Technologie Intel Optane

04. 06. 2018

Tradičně ve výpočetní technice používáme celou řadu technologií pro uložení dat. Tyto technologie se liší rychlostí, cenou a faktem, zda data udrží i bez napájení nebo ne.

Asi nejrychlejší a nejdražší jsou dynamické paměti DRAM, v současné době v technologii DDR4, které se používají jako operační paměť počítače v podobě modulů DIMM. Přístupová doba v nanosekundách, relativně vysoká cena za gigabyte, při ztrátě napájení se obsah ztratí.

Naopak nejpomalejší, avšak v přepočtu na gigabyte nejlevnější, jsou magnetické disky. Přístupová doba v milisekundách, obsah je permanentní (tj. neztrácí se při vypnutí napájení).

Nějakou dobu je již s námi technologie, založená na přepisovatelných paměťových čipech, tzv. flash pamětech. Tato technologie se musela přizpůsobit existujícím rozhraním, která již máme v počítačích, a proto se tzv. SSD disky potkáváme v osobních počítačích a noteboocích. Používá podobné rozhraní jako magnetické disky, avšak vzhledem k tomu, že se nikde nic neotáčí a přístup k datům je řešen vybavením informace z příslušné adresy paměťového čipu, mají prakticky nulovou přístupovou dobu - vybavení probíhá v mikrosekundách. Cena za gigabyte je vyšší než u magnetických disků, ale výrazně nižší než u pamětí DRAM.

Postupem času s větším rozšířením SSD disků (ve skutečnosti se nejedná o disk, název se drží z tradice a z toho důvodu, že se kvůli kompatibilitě montáže používá stejné rozhraní i fyzické rozměry) se ukázalo, že SSD disky mají určité nevýhody. Paměťová buňka má omezenou životnost, ze která každý zápis něco "ukrojí". Navíc nejde přepsat jediný bit - vždy se musí vymazat celý blok, a pak se do něj dá zapisovat. Z těchto dvou důvodů se používají sofistikované řadiče, které jednak při zápisu použijí prázdný blok místo vymazávání a přepisování starého, a jednak se toto ukládání snaží rozložit tak, aby se všechny buňky opotřebovávaly zhruba stejně. Uvolněné bloky pak fyzicky vymazává a připravuje je tak pro další použití v době nižší zátěže. Při trvalém tlaku na zápis (což se sice běžnému uživateli osobního počítače prakticky nestane, ale v serveru u zatížené databáze je to jiná písnička) pak může dojít k zaplnění připraveného volného místa, a řadič si musí "uklidit", tedy opravdu fyzicky vymazat bloky, do kterých potřebuje zapsat. To se projeví ve zpoždění zápisu, tedy v prodloužení doby trvání této operace.

Společnosti Intel - která je v současnosti kromě známých procesorů také světovou špičkou ve výrobě SSD pamětí - se podařilo vyvinout technologii, kterou zatím nikdo z konkurence nemá, což jsou paměti založené na technologii 3D Xpoint, výrobky na ní založené pak mají obchodní označení Optane. Je to paměťová technologie nonvolatilní, tedy nezapomíná při ztrátě napájení, přitom eliminující většinu nevýhod pamětí flash. Především přístupová doba je jen o trochu pomalejší než u pamětí DRAM (desítky nanosekund). Cenově je sice dražší než technologie flash, ale výrazně levnější než DRAM. Dále umožňuje individuální přepis buněk bez předchozího vymazání celého bloku, a životnost buněk je výrazně vyšší než z pamětí flash. Intel například na SSD disky založené na této technologii dává záruku 5 let při 30 DWPD (Drive Writes Per Day, čili 30 přepsání kompletního obsahu denně po dobu 5 let).

Tato technologie má celou řadu využití. Již nějakou dobu se používá ve formě SSD disků, zejména pro caching serverových SSD i běžných diskových polí. Existují však i cenově dostupné 16-32GB moduly, které ve spojení s příslušným ovladačem mohou výrazně urychlit diskové operace například u notebooků.

31. května Intel oznámil další formát - Optane DIMM. Jsou to paměti Optane ve formátu běžného DIMM modulu, s kapacitou až 512GB (Kódové označení této technologie je Apache Pass). Tuto technologii bude podporovat po stránce hardwarové nová generace procesorů Xeon, po stránce softwarové všichni hlavní výrobci softwaru (Microsoft, Linux, VMWare...). Paměť typu Optane bude možno nakonfigurovat buď jako trochu pomalejší - ale zato řádově větší - paměť RAM, nebo jako do paměťového prostoru mapované "diskové" úložiště. V současné době Intel dodává vzorky hlavním vývojářům, aby mohl být odladěn sotware, běžná dostupnost Optane DIMM se předpokládá začátkem roku 2019.