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[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt

2020-05-25179观看

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《前言》

Intel为补足在传统硬碟、3D NAND SSD与随机存取记忆体之间的产品线空缺,最近正式发布了型号为DC P4800X的首款Optane SSD 固态硬碟,售价约台币46500元,基于售价的缘故,设定为企业级或资料中心使用,容量有375G、750G与1.5T三种。Intel也没有忘记嘉惠一般终端消费者,目前则推出Intel Optane Memory作为磁碟快取使用,未来则会有消费型的Intel Optane SSD,型号为900P。

有人发毕业问卷问过:「病友社群网站对于病友有没有帮助?」一位本身是医生的站长回答说:「废话,当然有帮助。」然后站长屏蔽了该问卷。

如果问说Intel Optane Memory对于系统效能有没有助益?答案是当然有助益啊!如果本文只着重于速度有没有提升,那幺网友大大就可以不用继续看下去了。结论就是,Intel Optane Memory技术对于磁碟存取与整机效能有相当大的助益。

笔者身为三大本科系的资讯从业人员,当然不能满足仅于堆砌跑分截图来撑篇幅或是验证Intel Optane对于系统效能有没有助益这个预知的结果。本文将从Intel Optane三大技术 –《3D Xpoint》、《ISRT》与 《M.2 NVMe SSD》带起,进而探讨在Microsoft Windows架构下效能增益所在,并叙述一週来Optane实际为笔者周遭所带来的体验改变,并做Optane+HDD、Optane做为SSD、纯粹SSD与纯粹HDD模式相互比较,另外还有Optane在VM环境应用的研讨。

《大纲》

- Intel Optane Memory三大技术解析
- 规格表
- 产品开箱
- 快取机制讨论
- 跑分测试
- 困局与改善
- 体验心得与未来展望

《Intel Optane Memory三大技术解析》

● 3D Xpoint

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3D Xpoint的英文念作 Three D Cross-point,关于实际技术细节,原厂仅透露一小部分,是一种由Intel和美光科技于2015年7月发表的新型态记忆体技术。存取效能介于DRAM与NAND Flash之间的半导体技术,相对于DRAM的存取效能较慢,但却具有断电时记忆不消逝的非挥发特性。Intel将使用3D Xpoint技术的储存装置取一个系列名称为Optane,原译为闪腾,后改译为傲腾,显然是由意译改为更贴切的音译。

3D Xpoint在美光则有QuantX产品,美光的储存解决方案副总裁说:「3D Xpoint的售价将是DRAM的一半,但比NAND Flash贵4到5倍。」在速度上,Intel的技术资料表示有NAND Flash的10倍的低延迟,3倍写入寿命,4倍写入与3倍读取的效能提升。

NAND Flash已发展了很多年,本质上利用许多微小电晶体里的电子来表示 0 和 1。3D Xpoint顾名思义,是一种多层线路构成的3D结构,架构上却捨弃了电晶体,改採用栅状电线电阻来表示 0 和 1。本质上,3D Xpoint就是电阻式 RAM,美光在材料的研发上有了新突破,藉由Intel 的技术实用化且量产,这就是3D XPoint。

● M.2 NVMe SSD

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由于受限于SATA传输介面限制,使得SSD无法达到NAND FLASH应有的效能,而且NAND FLASH晶片体积相对于碟盘也小上许多,安置在2.5吋或1.8吋大小的传统硬碟外壳,都相当浪费空间,在寸土寸金的行动装置上更不适宜,故便有M.2介面的问世。

Intel® Optane™ Memory虽名为Memory,但本质上属于一种M.2 NVMe SSD,M.2有三种逻辑架构方式,传统SATA方式、AHCI的PCI Express介面、NVMe的PCI Express介面。全新设计的NVMe为PCI Express SSD提供低延迟和并列性,并具有更少的资料传输阶层,较长的命令伫列,优化的中断处理流程,故更能搭配Intel® Optane™ Memory,发挥其优异的存取效能。

● ISRT

ISRT全名Intel Smart Response Technology,是现今以高速碟+HDD的混碟方式之一,可来提升磁碟存取的效能,一般的做法是以SSD作为HDD的快取空间,混碟在跑分上,能让大容量的HDD将会有趋近SSD的效能,而且这种快取机制会用越会越快,因为常用的部分已经写在SSD上,不用回到HDD上找。但不建议容量32GB以下SSD来组ISRT,因为快取空间将会被频繁写入,缩短SSD的使用寿命。ISRT容易与I.R.S.T.(全名Intel Rapid Storage Technology),后者是Intel的AHCI/RAID驱动程式,ISRT是架构在I.R.S.T.的功能之一。

而本文中使用Intel Optane Memory作为ISRT的高速碟,除了Intel Optane Memory的速度较SSD快之外,也解决的SSD作为快取碟的短命问题。

《规格表》

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图片来源


《产品开箱》

笔者第一次认识捷元电脑是在大学时代在建国电脑商场销售资讯产品时,那时笔者唯一推荐捷元代理的硬碟,良好的售后服务是笔者坚持採用捷元代理产品的原因。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 本次开箱的主机是捷元电脑的AvBody Optane i7极速快闪,搭载全新第7代Intel® i7-7700处理器与16GB的Intel Optane Memory,出厂安装Windows 10 Home 64bit,内含ㄧ年期订阅服务的Office 365个人版。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 正面下方特写,面板採用菱格纹路设计。右下角还有Intel与Windows的证明贴纸。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ AvBody Optane i7极速快闪的侧面,侧板上贴有捷元的服务资讯。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 现在还有设计防尘盖的PC主机壳不多了,笔者第一台主机便是採用防尘盖设计,也很喜欢这种设计。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ AvBody Optane i7极速快闪的背面。

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▲ 完整的I/O介面,共有七个USB插孔,包含两个Type A USB 2.0、四个 Type A USB 3.0与一个Type C USB,採DVI、D-Sub、HDMI三输出介面,以及5.1声道音效介面与Gigabit Ethernet RJ-45网路孔。

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▲ 免螺丝设计拆背板。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 打开侧板看内装。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 整线俐落,不阻风流。

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▲ AvBody Optane i7极速快闪採用技嘉主机板H270M-D3H-CF,定位为多媒体文书机,故无搭配独立显卡。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 可以插四支DDR4记忆体。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 出厂配备8GB DDR4记忆体x1。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 主机板清楚标示支援Intel OptaneMemory。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ Intel® Optane™ Memory採M.2 Type 2280 介面规格设计,2280表示22mm x 80mm大小。

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▲ Intel 的消费版 Optane採用 M.2 格式,可以看到标籤后方的晶片只有焊上一半,故容量为较小的16GB,而非32G。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ 右边方型晶片为控制器。

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▲ MIT的Intel® Optane™ Memory是台湾之光,标籤上注明容量为16GB。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ Intel® Optane™ Memory背面全貌,无其余电子零件在背面。

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▲ 出厂内装1TB的WD蓝标装机硬碟。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ HDD背面全貌。

[分享] 《哈滴威尔钢、混好大,混好快》Intel® Opt▲ HDD採用SATA-3介面。

《快取机制讨论》

笔者温故知新一下就读资讯工程学系时,修习计算机组织与结构与作业系统中所学的记忆体阶层管理:

快取击中率:p

高速记忆体存取速度:v

低速记忆体硬碟存取速度:u

存取时间:T

单位容量搜寻速度:c

高速记忆体大小:s

传输区块大小:S

T=S/pv+S/(1-p)u+cs

● 情境(1) Optane+HDD vs SSD+HDD
v为应变变因,其他为固定变因,则因为Optane的速度v较大,所以前者快于后者。

● 情境(2) Optane+SDD vs SSD
需视v与u的速差、与快取击中率p有没有办法超越cs(演算时间与搜寻索引)所造成的延迟。

● 情境(3) Optane+HDD vs SSD
与情境(2)相同。

● 情境(4) SSD+HDD vs SSD
因为p<1且cs>0,故后者快于前者。

● 情境(5) HDD vs 其他模式
纯粹HDD的速度最慢,除非v与u速差小或者cs(演算时间与搜寻索引)太大,不过在市面上销售的硬体产品不应该存在这种状况。

《跑分测试》

经由上个章节讨论,需要测试验证的就只有情境(2)与(3)。为避免推砌跑分使得文章结构过于冗长,故将跑分列于专文之中,本文仅以图表方式讨论结果。

专文请见→→→ Intel Optane Memory存取速度与其他磁碟组态之比较

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▲ 在VM的guest os启动速度上,映像档放在Optane的SSD或是Optane作为快取,两者的开机时间相当,但若是映像档放在传统硬碟,则开机速度延迟15秒。

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▲ 表格以较为全面性的AS SSD Benchmark做为测试数据来分析。黄色部分为直接挂载为OS磁碟的状况下,橘色部分为放在VM映像档的所在,进一步整理为长条图便于比较。

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▲ 循序读写速度长条图,纵轴单位为MB/s,数据越大表示越快。

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▲ 4K读写速度长条图,纵轴单位为MB/s,数据越大表示越快。

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▲ 存取时间(Access Time)长条图,纵轴单位为ms,数据越小表示越快。

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▲ 整体评比,红色为写入分数,蓝色为读取取分数,累加之后为总分。

由以上图表得到以下结论:

1. 在Guest OS裏头测试跑分。不管是黄色或者橙色状态,在总分上皆显示Optane Memory as SSD > Optane Memory+HDD > HDD only。

2. Optane单独作为SSD在存取时间上更有惊人的表现,可以预期Intel Optane SSD产品的惊人表现。

3. 以Optane Memory作为ISRT机制的快取磁碟,能让循序读写效能与Optane SSD相当,这也达成了Intel当初设计时的预期目标。

4. 原本以为黄色(DISK)部分optane-HDD的Acc(读)部分是测试错误,但重複测试的结果依然如此,而在橘色(VM)部分的optane-HDD的Acc(读)部分,居然可以有效地降低存取时间,让Optane作为VM的快取可以大幅降低HDD的存取时间,算是这系列测试的意外发现。

5. 3D Xpoint突破NAND Flash的物理极限,在存取时间上取得一个数量级以上的大跃进。因为所使用的磁碟介面不同,与HyperX SSD在传输率上的比较仅供参考,但至少可得知Intel Optane Memory胜过SATA介面的SSD。

6. Intel Optane Memory作为ISRT的快取磁碟使用时,能有效提升传统硬碟的开机时间与档案读取速度,更能大幅缩减存取时间。

《困局与改善》

Intel Optane Memory对于以下几类使用者具有绝对的助益:

1. 新购电脑者:

困局:朋友常抱怨购买电脑后,没多久又遇到规格跟不上时代,需要再更换配备,劳民又伤财。

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改善:笔者身为3C採购的意见领袖,朋友传讯新购PC主机有无应注意事项 ,笔者表示当然直上Intel第七代处理器与200系列晶片组,才能启用Intel Optane功能,避免往后还需要再次升级。

2. 大型游戏玩家:

困局:线上游戏团练在过地图是最容易发生意外的,堂妹表示她在玩黑色沙漠时,常常过地图时与队友进入的速度不一致而分别被击破。

笔者表示就是因为把大型游戏主程式安装在传统硬碟,而其他战友都是使用SSD,所以战友先进入地图了,堂妹却因为卡在读取而延后进入,才会被各个击破。

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改善:笔者将黑色沙漠安装在Intel Optane Memory的捷元电脑,只要最近走过的地图,过地图速度就会加快,堂妹因此而顺利无阻碍地冲等。

3. 七进七出救刘禅:

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困局:公司长官表示开启传统硬碟中的软体越来越慢,Outlook信件近两万封,启动与搜寻速度大为下降。

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笔者当场画了说明图跟老闆解释,因为Outlook的信件是日积月累产生的,在收信的当下,磁碟机哪里有空间,作业系统就塞在那哩,久而久之资料就会产生外部破碎,基于传统硬碟的碟盘结构,读取头必需随时移动到资料所在磁区,而且反方向搜寻时还必须减速,根本就是《七进七出救刘禅》,无法提升存取时间(Access Time)是物理限制,也是几十年来磁碟速度无法大幅突破的痛。

长官摆起官架子,认为这是资讯人员份内应该处理的事,没有藉故推拖的理由。老闆更不想要重灌作业系统,想要维持旧有传统硬碟内的使用环境,还想要升级使用效能,。

改善:笔者马上扛来公司刚刚採购的捷元电脑AvBody Optane i7极速快闪,里面搭载了Intel Optane Memory,将老闆的旧传统硬碟移入,并将Windows 7升级成Windows 10与安装驱动程式后,交给老闆使用,拜ISRT奏效之故,Outlook信件所在资料依演算法被存放在Intel Optane Memory中,顺利解决了老闆的难题,老闆表示以后新购电脑皆将Intel Optane作为必购选项。

4. 对採购有预算上限,又想兼顾容量与效能者:

困局:原先之困难:由于影像工作室所存放的多媒体资料相当庞大,担任美工设计师的表弟因为採购有预算上限,又想兼顾容量与效能,曾经採购过混合硬碟SSHD,却得不到开档速度的提升,表弟现在希望应用程式开启任何资料都能加速。

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改善:笔者告知,由于混合硬碟的快取容量太小,演算法只有加速程式执行部分,对于多媒体资料并没有进行快取行为,而快取空间高达32GB的Intel® Optane Memory,可以快取整颗系统碟,工作时将修图或算图的档案放在系统碟中,作业完毕之后在放到资料碟或者NAS上归档,就可以提升工作效率。表弟大呼大好,表示Intel® Optane Memory就是他想要的产品,赶快跟公司申请预算。

5. 程式设计师:

困局:程式设计师编译大型专案时,耗时甚久影响工作效率。

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改善:在反覆编译程式或除错的过程中,往往读取的是相同的动态连结程式或程式码,所以Intel® Optane Memory的快取机制也相当有帮助。

6. 懒得整理硬碟空间:

困局:是男人都有一个神秘的D槽,老哥表示使用分别独立的SSD与HDD,常常遇到C槽系统碟容量不足的问题,一两百G的SSD不能满足老哥,时常要整理不常使用的游戏与应用程式,资料或多媒体档案还必须搬到D槽才行,但是老哥又是一个很懒惰的人。

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改善:笔者马上展示搭载Intel® Optane Memory技术的捷元电脑,可以装很大的传统硬碟当作系统碟,而且存取速度相当于SSD,老哥马上上网刷了一台同型号的电脑。

7. 网路抢票:

困局:家人长期在荣总吕医师追蹤疾病,由于很难抢到网路挂号,故我们称之为「秒杀吕」。但由于吕医师到市立医院支援一天门诊,在荣总就少一天门诊,所以要抢到挂号可以说是难上加难。

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改善:有Intel Optane的加持,整机效能的增进,居然让我帮家人抢到这次网路挂号的号码啊!感谢Intel,感谢Optane!

《体验心得与未来展望》

许多年以来,PC硬体的发展已经逐渐停滞,但Intel® Optane™的出现让笔者瞬间兴奋起来,根据Intel与美光透露出的技术细节,3D Xpoint将为资料中心带来一股革命性的浪潮,原因倒不是由于3D Xpoint颗粒只有DRAM一半的价格,而是3D Xpoint的非挥发性与比NAND Flash快上几倍的速度,再加上写入寿命远远高过于NAND Flash,3D Xpoint改善NAND Flash的缺点,却有接近DRAM的效能,应用在价格不是问题的伺服器领域,笔者推测3D Xpoint将会有以下的爆炸性应用:

(1) 使用在NAS以突破I/O瓶颈与IOPS。

(2) 提供快速的休眠与休眠回复。

(3) 作为纯写回(Write Back)的磁碟快取,磁碟不用怕停电。

(4) 作为虚拟记忆体的最佳首选。

(5) 资料库伺服器切割特定分割区置放高回应需求的资料表或者索引表。

(6) 作为网路设备或IoT设备的主记忆体,另以DRAM作为快取。

(7) 使用在低使用率的虚拟机器上,将其置换到3D Xpoint上,也能有极快的回覆时间。

(8) 使用在高使用率的虚拟机器上,3D Xpoint作为系统碟以改善I/O瓶颈。

以上到底会命中几条,过几年后便分晓。

本文跑分验证得知Intel® Optane™ Memory受限于使用的M.2规格,速度上限受制于介面结界,日后势必有为Intel® Optane™产品量身订做的传输汇流排介面,已解除Intel® Optane™的速度封印。

由于Intel Optane Memory有32G之多,比之前被骂死的8G+1T混合碟快上许多,实际使用上,已经可以感觉Intel Optane+HDD与SSD速度的些微差异,这并不是只有在实验室测速才有速差感。况且CPU採用i7-7700,用起来比笔者原先的第六代Intel Core i5处理器加上Kingston HyperX SSD还快上一点,但由于原本主机的速度就不慢,所以增加幅度不大,增加爽度稍可。

当日后类似3D Xpoint的技术普及之后,市场价格势必下降,将直接压缩到NAND Flash的生存空间,基于目前的价位、速度特性与容量大小,作为磁碟快取的Intel Optaner Memory是现今在PC生态位上最适宜的产品线,未来则会有型号为900P的消费型Intel Optane SSD。

笔者身为3C採购的意见领袖,朋友传讯新购PC主机有无应注意事项 ,笔者表示当然直上Intel第七代处理器与200系列晶片组,才能启用Intel Optane功能,避免往后还需要再次升级。

捷元全系列客製化机由迷你电脑到大型伺服器等级皆有贩售,更有全省多达126经销服务据点,唯一五年保固领先业界,MIT整机台湾製造,系出名门有保障,出厂前烧机72小时,产线更有ISO认证。不同于採购主机板厂所出品的品牌机,捷元更提供多厂牌零组件的弹性选择。

想要有完美的售后服务,让磁碟整体速度与SSD同等级,却也要有传统硬碟的大容量,加上超高耐写次数,选购内建Intel Optane Memory的捷元电脑,正是最好的选择。

《扩散分享》

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