С прошлого года начался выпуск нового типа энергонезависимой памяти, совместно разработанной Intel и Micron и обладающей гораздо большими быстродействием и износостойкостью по сравнению с существующими SSD-накопителями. Преимущества новой технологии и перспективs ее использования в дата-центрах обсуждает портал eWeek.

Новый тип памяти хранения данных, который сегодня становится доступным для эксплуатации в дата-центрах, существенно уменьшает задержки и времена ожидания процессоров и многократно ускоряет процессы сохранения и извлечения данных по сравнению с широко используемыми SSD-накопителями. Память нового типа носит название 3D XPoint (последнее слово произносится как cross-point) и использует штабелируемую структуру ячеек памяти, состояние которых зависит от небольших изменений электрического сопротивления на пересечениях перпендикулярно расположенных проводников. Каждый элемент памяти состоит из ячейки памяти и селектора.

Эта новая технология является плодом совместных работ Intel и Micron на протяжении нескольких лет, начиная примерно с 2012 г. Хотя она была публично представлена в 2015 г., реальные устройства хранения данных на ее основе стали появляться в дата-центрах лишь пару месяцев назад.

Первоначально заявлялось, что по сравнению с традиционными твердотельными накопителями новые продукты смогут обеспечивать тысячекратный выигрыш в скорости работы памяти. При этом отмечалось, что новая память, как и SSD, энергонезависима, а ее ячейки будут иметь более высокую плотность. Когда во второй половине 2017 г. стали появляться реальные продукты, выяснилось, что они действительно работают намного (хотя и не в тысячи раз) быстрее SSD.

Со временем технология 3D XPoint может заменить в твердотельных накопителях технологии NAND и DRAM. Intel продает новые продукты для использования как в ПК, так и в серверах дата-центров. Micron поставляет их своим партнерам и ведет исследования по созданию улучшенных версий 3D XPoint второго и третьего поколений.

Главное отличие 3D PPoint от флэш-памяти, применяемой в современных SSD, состоит в том, что последние используют транзисторы типа NAND-вентилей, которые зависят от присутствия или отсутствия электрона. Эти вентили имеют физический предел скорости, а также не могут служить вечно, в результате чего SSD-память со временем может изнашиваться.

3D XPoint не зависит ни от транзисторов, ни от перетекания электронов. По словам представителей Intel, для хранения битов в носителях памяти 3D XPoint используется не электрический заряд, а изменения свойств материала, переходящего из состояния с низким электрическим сопротивлением в состояние с высоким сопротивлением. А в технологии NAND изменение данных происходит благодаря туннельному проникновению электронов в плавающий (изолированный для электронов) затвор или удалению их из него. Вследствие этого память на базе 3D XPoint будет служить дольше, чем флэш-память. Эта износоустойчивость поможет скомпенсировать тот факт, что новые накопители стоят примерно втрое дороже SSD на базе флэш-памяти. Сегодняшняя технология 3D XPoint также требует несколько большего расхода энергии, чем эквивалентная по объему флэш-память, хотя в новых поколениях продуктов эта ситуация, возможно, изменится.

Для использования в дата-центрах Intel предлагает накопители бренда Optane объемом 375 и 750 Гб, имеющие разные форм-факторы, но стандартные интерфейсы PCIe. Они официально именуются Optane SSD PC P4800X и предназначены для непосредственного подключения к серверной шине.

Это подразумевает отсутствие версии с интерфейсом SATA (Serial ATA). Причина в том, что обычные контроллеры жестких дисков, такие как SATA, слишком медленны, чтобы ощутить производительность, на которую способны накопители 3D XPoint. Прямое подключение к шине уменьшает задержки и значительно увеличивает скорость передачи данных.

Кроме того, Intel представила накопители для рабочих станций Optane 900P емкостью 280 и 480 Гб. Они будут полезны, например, при профессиональном редактировании видео, где очень важна производительность памяти хранения данных. Intel также их позиционирует для пользователей категории «энтузиастов».

Micron распространяет свои устройства 3D XPoint под брендом QuantX через партнерские компании. В этом году они, вероятно, могут появиться в некоторых ноутбуках и настольных ПК. Накопители Micron, по всей видимости, будут поставляться в форм-факторе M2, который рассчитан на использование разъема, присутствующего в более новых моделях материнских плат.

Очевидной сферой применения накопителей 3D XPoint являются специализированные дата-центры, например, обслуживающие работу фондовых рынков. Эти центры сегодня уже настолько чувствительны к быстродействию, что их размещают как можно ближе к самим фондовым биржам, чтобы избавиться даже от минимальных задержек. И ускорение работы памяти хранения данных здесь будет всячески приветствоваться.

Часто прогнозируется также внедрение этой технологии в сферу искусственного интеллекта (ИИ), где скорость функционирования долговременной памяти является важным фактором для работы систем. В Intel полагают, что новая технология хранения данных будет играть важную роль в аналитике больших данных и вообще при обработке очень крупных массивов данных, так как она позволяет гораздо быстрее искать и извлекать нужную для анализа информацию. Большие данные и ИИ уже идут рука об руку, и внедрение этой технологии в практику вычислений позволит эффективнее использовать данные.

На сегодняшний день Intel предлагает свои накопители для дата-центров как отдельно продаваемые комплектующие. Но с позиций пользователей было бы желательно, чтобы производители наладили выпуск серверов со встроенными накопителями нового типа в более плотном расположении. Маловероятно, что многие организации станут использовать эти накопителями, заменяя ими прежние SSD. Выгоднее установить вместо старого сервера новый сервер, оптимизированный для использования 3D XPoint.

Это первое крупное нововведение в технологиях хранения данных за последнюю пару десятков лет, и пользователи, возможно, скоро осознают его преимущества на практике.

Версия для печати