Hitrejši kot blisk
Intel in Micron sta leta 2015 napovedala nov obstojni pomnilnik, ki je bistveno hitrejši od flasha in utegne revolucionirati sprva hrambo podatkov, kasneje pa koncept večnivojskega pomnilnika v računalništvu. Manj kot dve leti pozneje smo dobili prvi izdelek, ki ni razočaral, čeprav ni mogel izpolniti predlanskih nerealnih obljub.
Intel in Micron sta razvila že številne vrste obstojnega (non-volatile) pomnilnika, zato ni bil razvoj 3D XPointa leta 2012 nič nenavadnega. Tehnologijo so napovedali julija 2015, ko je bilo jasno, da gre razvoj v pravo smer, tako da izdelki bodo. Napovedali so 1000-kratno pohitritev v primerjavi s SSDji. Že takoj povejmo, da se to še ni uresničilo, a da moramo biti tudi z nekajkratno izboljšavo zadovoljni.
Podrobnosti o tehnologiji Intel in Micron ljubosumno skrivata, a nekaj je znanega. Bistvena je sprememba koncepta, saj za razliko od SSDjev ali pomnilnika podatkov ne hranijo elektroni niti magnetizacija kakor v klasičnih diskih. Namesto tega spreminjajo upornost celic, s čimer shranijo podatke. Zato sodi 3D XPoint med tako imenovane PCM (phase-change memory).
Kot pove že ime (ki se bere kot three-d cross point), je pomnilnik sestavljen iz vzporednih prevodnih vodnikov v istem nivoju. Vodniki nivo više ali niže so drug drugemu prav tako vzporedni, a pravokotni (zasukani za 90 stopinj v ravnini) glede na tiste na sosednjih nivojih. Med dvema nivojema so stolpci, ki jih sestavljata pomnilniška celica in izbirnik celice (cell selector). Ker za krmiljenje posamezne celice ne potrebujemo tranzistorjev, je celoten čip skoraj 10-krat manjši od DRAMa. Podatki so v celici shranjeni kot njena upornost. Točna implementacija je poslovna skrivnost, predvideva pa se, da podatke (enice) zapišejo tako, da na celico pritisnejo napetost, ki spremeni njeno upornost. Brisanje (zapis ničel) poteka, da na celico pritisnejo obratno napetost. Branje je izvedeno ob konstantnem toku z merjenjem padca napetosti.
V praksi
Prvi izdelek se imenuje Optane SSD DC P4800X. Ima zmogljivost 375 GB in sede v režo PCI Express ali NVMe. Kasneje letos pričakujemo še dvakrat in štirikrat večji model ter inačico s klasične oblike U.2. Glavna odlika novega pogona so zelo kratke latence, ki ne presegajo 10 µs – običajen disk ima latenco nekaj milisekund, SSDji med 0,1 in 1,0 ms, DRAM pa med 10 in 20 ns – ter visoka hitrost prenosa podatkov. Latenca ali zakasnitev je merilo za odzivnost diska, saj meri čas, ko poteče od ukaza do začetka prenosa podatkov. Optane pa ima tudi visoko hitrost prenosa podatkov, ki pri zaporednih podatkih dosega 2,4 GB/s pri branju in 2 GB/s pri pisanju. To ni tako zelo veliko, da ga SSDji ne bi mogli prehiteti, a to niti ni edina poglavitna prednost. Pomembnejše je visoka prepustnost ukazov, saj zmore 550.000 bralnih in 500.000 zapisovalnih I/O na sekundo. Mimogrede, Optane je potratnejši od SSDjev in diskov, saj porabi 18 W energije, SSD pa okrog 12 W.
Optane ima še nekaj značilnosti, ki zvenijo lepo. Ni tako občutljiv za število prepisov kakor SSDji, kjer je bil svoj čas realen strah, da jih bomo iztrošili. Optane zmore v povprečju zapisati 12 PB podatkov v svoji življenjski dobi (30-kratni prepis na dan). Z zapisom podatkov je povezana tudi druga lastnost, in sicer bitna naslovljivost. Pri SSDjih je glavni problem upočasnitev, ki nas doleti, ko na disk zapišemo veliko podatkov. Pri SSDjih podatkov ne moremo prepisovati, temveč je treba celico pred vsakim zapisom izbrisati. Brisanje pa lahko poteka le v blokih – če želimo prepisati eno samo celico, moramo prebrati celoten blok v predpomnilnik, izbrisati vsebino bloka in ga zapisati nazaj s spremenjeno celico. To traja, zato moderni operacijski sistemi tudi podpirajo ukaz trim, ki med neaktivnostjo dejansko briše prazne celice. Optane uporablja tehnologijo 3D XPoint, ki teh težav nima, saj lahko prepisujemo posamezne bajte.
Dodatna funkcija je Memory Drive Technology (MDT), kakor se imenuje programska oprema, ki stoji med operacijskim sistemom in Optanom. Ta skombinira dostopen RAM in Optane ter ju operacijskemu sistemu predstavi kot pomnilnik. Toda ne gre zgolj za običajni navidezni pomnilnik, saj MDT sam skrbi za ustrezno premikanje podatkov med RAMom in Optanom, da so dostopni časi čim krajši. Ta tehnologija je namenjena nišni rabi, ko določene aplikacije potrebujejo gromozanske količine pomnilnika, ki ga fizično ni mogoče stlačiti v računalnik. Tako 375-GB Optane omogoča predstavitev kot 320 GB pomnilnika.
Tak izdelek seveda ni poceni in s 1520 dolarji zagotovo ni namenjen domačim uporabnikom, temveč strežnikom. Toda mar ni tako z vsako novotarijo?
Flash in DRAM ostajata
Vidimo, da je 3D XPoint po vseh značilnostih med flashem in DRAMom. Obstojen je in zmore več ciklov kakor flash. Dostopni časi ter hitrost prenosa podatkov so boljši kakor pri flashu in slabši kakor pri DRAMu, a ga imamo po drugi strani lahko več kakor pomnilnika. Če k temu dodamo še visoko ceno, je jasno, da flash in DRAM ne gresta nikamor. 3D XPoint bo v trenutni obliki dobrodošel dodatek nekaterim strežniškim sistemom, v prihodnosti pa bo morda v hierarhijo procesorski registri, predpomnilnik, pomnilnik, flash, disk vnesel dodatno stopničko.