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英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存即將上市:電腦性能的新指標(biāo)

英特爾
2017-04-19 19:55 11712
什么是評(píng)價(jià)電腦的關(guān)鍵指標(biāo)?CPU、內(nèi)存、硬盤、顯示卡,這些簡(jiǎn)單羅列在產(chǎn)品包裝上的信息勾勒出電腦的基本水平。但是,隨著 英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存的上市,一項(xiàng)新的指標(biāo)出現(xiàn)了,它將有機(jī)會(huì)改變電腦配置和心能格局。

北京2017年4月19日電 /美通社/ -- 英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存即將從4月24日起上市,一項(xiàng)新的指標(biāo)出現(xiàn)了,它將有機(jī)會(huì)改變電腦配置和心能格局。什么是評(píng)價(jià)電腦的關(guān)鍵指標(biāo)?CPU、內(nèi)存、硬盤、顯示卡,這些簡(jiǎn)單羅列在產(chǎn)品包裝上的信息勾勒出電腦的基本水平。

英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存面世
英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存面世

內(nèi)存對(duì)于計(jì)算機(jī)來說始終是一種稀缺資源,上到大型計(jì)算機(jī)、高性能計(jì)算機(jī),小到智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備。數(shù)十年前業(yè)已成型的馮·諾依曼計(jì)算機(jī)架構(gòu),確立了計(jì)算和存儲(chǔ)兩者間的關(guān)系。更具體一些,負(fù)責(zé)實(shí)質(zhì)計(jì)算的CPU中ALU單元只會(huì)從固定的位置(寄存器)獲取數(shù)據(jù),計(jì)算結(jié)果也只會(huì)存在固定位置,而CPU的控制單元(CU)根據(jù)指令不斷地將數(shù)據(jù)放入或取出,完成了整個(gè)計(jì)算的過程。實(shí)際情況略復(fù)雜一些,CU所讀寫的數(shù)據(jù)還包括了地址信息,這樣它才知道數(shù)據(jù)從何出來或向何處去。和同樣起到緩沖作用、但以減低接口壓力的Buffer不同,Cache是加速內(nèi)存數(shù)據(jù)存取,經(jīng)過Cache一級(jí)一級(jí)的映射和預(yù)取,內(nèi)存逐漸接近并匹配千倍于其速度的ALU,計(jì)算的瓶頸隨之打破。在整個(gè)映射過程中,內(nèi)存中數(shù)據(jù)的地址,并未因映射而改變。

英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存產(chǎn)品
英特爾傲騰(Optane)內(nèi)存產(chǎn)品

從硬盤到傲騰

雖然中文都是一樣的“內(nèi)存”,但是Memory、RAM和DRAM卻是截然不同的含義。馮·諾依曼架構(gòu)的內(nèi)存是Memory,數(shù)據(jù)能通過地址索引存儲(chǔ)在上面就可以,而RAM則是落地到計(jì)算設(shè)備(計(jì)算機(jī)、手機(jī)等)的Memory技術(shù)類型,具體的產(chǎn)品是DRAM,對(duì)應(yīng)關(guān)系如同外存 --> 光盤 --> DVD一樣。即便已經(jīng)是相對(duì)較便宜的類型,DRAM價(jià)格仍然高達(dá)10美元/GB,是主流外存設(shè)備HDD有著100倍以上的價(jià)格差距。更致命的是,DRAM是典型的易失性半導(dǎo)體,簡(jiǎn)單的說就是斷電就會(huì)丟失數(shù)據(jù),不僅需要在通電狀態(tài)下不斷刷新數(shù)據(jù)(通過讀操作完成),而且每次加電,都需要重新從外存加載數(shù)據(jù),說白了就是從更慢的硬盤上讀取系統(tǒng)、應(yīng)用和數(shù)據(jù),這就是為什么硬盤的速度對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間的影響較大最直接了。

與內(nèi)存相對(duì)應(yīng),外存是容量更大,同時(shí)不以內(nèi)存地址映射表形式保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器,HDD(硬盤)可謂是我們最熟悉,并且仍然是最主流的外存產(chǎn)品,其存儲(chǔ)邏輯已變?yōu)榉謪^(qū)表索引扇區(qū)的形式,SSD在存儲(chǔ)邏輯上與HDD并無差異,而物理介質(zhì)上的存儲(chǔ)邏輯有別,另外就是相應(yīng)延遲更短、數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸帶寬更高。

對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說,它并不“認(rèn)得”外存,OS(操作系統(tǒng))起到了很好的“翻譯”作用,將系統(tǒng)發(fā)出的內(nèi)存訪問需求轉(zhuǎn)化為硬盤讀寫操作,DOS(Disk Operating System,磁盤操作系統(tǒng))就是這么來的。計(jì)算機(jī)并不知道數(shù)據(jù)真實(shí)存儲(chǔ)在何處,而OS知道,當(dāng)要訪問的數(shù)據(jù)不再內(nèi)存中時(shí),OS會(huì)臨時(shí)將其從外存中調(diào)入,這個(gè)速度只有直接訪問就能獲得數(shù)據(jù)的千分之一,在獲得該數(shù)據(jù)前計(jì)算機(jī)只能等待,所有時(shí)間被浪費(fèi)。經(jīng)過優(yōu)化的OS或驅(qū)動(dòng)程序,可以預(yù)判計(jì)算機(jī)將要求的下一個(gè)數(shù)據(jù),從而提前將其裝入內(nèi)存。至于為什么OS不把所有數(shù)據(jù)都裝入內(nèi)存,以減少數(shù)據(jù)等待時(shí)間,這還不都是容量不夠、價(jià)格高企造成的么。使用高性能SSD能解決從外存獲取數(shù)據(jù)速度的問題么?這里先留給懸念,稍后詳細(xì)解讀。

新的思路

技術(shù)已經(jīng)發(fā)布一年多的3D Xpoint,終于以O(shè)ptane(傲騰)的產(chǎn)品形式落地了,姑且不論面向企業(yè)級(jí)高性能存儲(chǔ)市場(chǎng)的Optane SSD和暫未推出的Optane DIMM,先來說說解決PC外存性能不足問題的第三種產(chǎn)品形式Optane Memory。

Optane Memory是夾在內(nèi)存(DRAM)和外存(HDD)中的“勸架人”,又是OS處理數(shù)據(jù)訪問需求的好幫手,它情商頗高,三頭都喜歡它,內(nèi)存和外存都愿意與它交換數(shù)據(jù),OS對(duì)它管理外存的能力非常放心。而在Optane Memory誕生之前,內(nèi)存總是埋怨外存“太肉”,而外存則抱怨內(nèi)存對(duì)它呼來喚去都快累死了,OS經(jīng)常里外不是人。

Optane Memory憑什么讓大家都喜歡它?這還要從它的身世說起。今天的計(jì)算機(jī),特別是PC核心的性能瓶頸已經(jīng)從CPU、內(nèi)存轉(zhuǎn)移到外存,更高頻率的CPU、更大容量的內(nèi)存,只能解決有限的數(shù)據(jù)問題,一旦牽扯到更大量的數(shù)據(jù),就必須和慢吞吞的外存打交道。甚至在越來越多的實(shí)際應(yīng)用中,更大的內(nèi)存拖累了PC的性能體驗(yàn)。舉例來說,當(dāng)OS獲知有4GB內(nèi)存時(shí),它會(huì)調(diào)用較少的2GB數(shù)據(jù),100MB/s讀寫性能的HDD需用時(shí)20秒;而當(dāng)內(nèi)存增至8GB,OS會(huì)允許調(diào)入6GB數(shù)據(jù),需讀取數(shù)據(jù)60秒,PC等待時(shí)間變長(zhǎng)、體驗(yàn)變差。好在這只是個(gè)比方,現(xiàn)實(shí)中的OS沒有那么不濟(jì),可以在數(shù)據(jù)部分調(diào)入內(nèi)存后就允許CPU還是工作,極端情況下已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)回寫與讀取數(shù)據(jù)的沖突才更令人撓頭。

Optane Memory恰好出現(xiàn)在這個(gè)位置。它本質(zhì)上是一種緩存,在英特爾RST(Rapid Storage Technology)驅(qū)動(dòng)幫助下,它可以協(xié)助OS將HDD上的頻繁訪問數(shù)據(jù)預(yù)讀到自己內(nèi)部,等待OS隨時(shí)發(fā)號(hào)將數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存的施令。Optane Memory采用了全新的存儲(chǔ)介質(zhì),響應(yīng)時(shí)間為ns級(jí)別、速度是GB/s級(jí)別,均比高性能SSD高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,以接近甚至達(dá)到DRAM的水平,可謂一呼即應(yīng)。目前Optane Memory模塊已推出16GB和32GB兩種容量,能夠輕易做到兩倍于主流電腦DRAM容量的水平,再也不用擔(dān)心512MB或1GB的TurboMemory模塊上所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)量不夠內(nèi)存用的問題,對(duì)DRAM來說,由它所供給的數(shù)據(jù)可謂源源不絕。同時(shí),Optane Memory與DRAM的特性相同,支持多任務(wù)并行操作,在不斷喂飽DRAM的同時(shí)還能從HDD繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫回HDD,這個(gè)能力可謂是HDD技術(shù)發(fā)展幾十年來夢(mèng)寐以求的能力。對(duì)HDD來說,Optane Memory既遷就了它的低速、“同意”用時(shí)間換總量,又擋住了嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)和小數(shù)據(jù)頻繁讀寫,對(duì)延長(zhǎng)壽命、降低功耗頗有貢獻(xiàn)。

新性能指標(biāo)

如今,對(duì)尋求性能的PC來說,配備SSD是相當(dāng)不錯(cuò)的選擇,但與此同時(shí),容量和價(jià)格的問題困擾著它完全取代HDD,在預(yù)算允許的情況下,SSD+HDD的雙盤方案成為可能。然而,從整體PC配備的硬盤情況來看,雙盤的比例恰恰較低,從金錢到管理,成本問題是較大的障礙;使用集成NAND模塊為HDD加速的SSHD產(chǎn)品配備率也不高,產(chǎn)品選擇少、性能提升有限等因素是主要制約。對(duì)更多用戶來說,單盤仍然是主要選擇,而其中單HDD攜容量和成本優(yōu)勢(shì)占據(jù)85%的份額。

Optane Memory很有可能改變這一市場(chǎng)格局,甚至成為實(shí)質(zhì)拉動(dòng)存儲(chǔ)性能上新臺(tái)階的推手。在SSD價(jià)格不跌反漲的當(dāng)下,Optane Memory可以讓數(shù)TB容量的數(shù)據(jù)達(dá)到甚至超越SSD的性能表現(xiàn),同價(jià)格情況下,SSD只有100GB量級(jí)的容量?;氐絼偛帕粝碌陌ぃ司执俚娜萘侩y以令SSD發(fā)揮出較佳性能,SSD在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)邏輯中仍舊是外存設(shè)備,其上存儲(chǔ)的是文件,但是Optane Memory在RST的幫助下,已經(jīng)將HDD上的文件整理為內(nèi)存直接可用的數(shù)據(jù)塊,在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)直接減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程,對(duì)數(shù)據(jù)的訪問響應(yīng)更快至DRAM水平。

更具意義的部分在于,Optane Memory性能是如此出色,竟還被OS當(dāng)作硬盤使用。當(dāng)開啟虛擬內(nèi)存功能時(shí),內(nèi)存鏡像要暫存至HDD,這個(gè)功能雖緩解了系統(tǒng)內(nèi)存不足問題,但HDD太慢,動(dòng)輒過GB虛擬內(nèi)存頁(yè)的讀寫交換過程嚴(yán)重影響體驗(yàn)。Optane Memory在此時(shí)變身為影子HDD,帶來數(shù)十倍的速度提升,變相增加了系統(tǒng)內(nèi)存容量,形成了類似Xeon平臺(tái)+Optane SSD才能做到的內(nèi)存池(Memory Pool)特性,即DRAM+Optane Memory(虛擬內(nèi)存形式)。這也可以解釋為何在實(shí)際測(cè)試中,4GB內(nèi)存+16GB Optane Memory的系統(tǒng)比配備8GB內(nèi)存的HDD系統(tǒng)性能更為出色了。

如今,主流PC的內(nèi)存容量不過8GB-16GB,數(shù)百元的Optane Memory就能帶來數(shù)千元內(nèi)存才能做到的32GB-64GB內(nèi)存性能和應(yīng)用能力,更有本職工作 -- 加速HDD,真可謂以小博大的經(jīng)典呀。

消息來源:英特爾
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