英特爾(Intel)的傲騰(Optane)內(nèi)存已經(jīng)上市一段時(shí)間，分別推出了Optane SSD搶攻企業(yè)市場(chǎng)和Optane Memory主打消費(fèi)市場(chǎng)，據(jù)悉針對(duì)高端個(gè)人市場(chǎng)的Optane SSD也即將上市。就在傲騰開(kāi)始跟著供應(yīng)鏈出貨之時(shí)，英特爾針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)再做出了解釋?zhuān)紫嚷暶魉⒉皇情W存，而是比主流NAND還要有前景的新內(nèi)存技術(shù)。
 
Optane的技術(shù)原理
 
　　2015年英特爾發(fā)布了3D XPoint技術(shù)，今年初該技術(shù)被定名為Optane；美光則將其命名為QuantX。3月28日正式發(fā)布中文名為“傲騰”。
 
　　從技術(shù)原理角度來(lái)看，3D XPoint或者說(shuō)Optane與NAND/NOR等Flash完全不同，而更接近于內(nèi)存，延遲、耐擦寫(xiě)性、介質(zhì)速度等幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)也優(yōu)于NAND幾個(gè)數(shù)量級(jí)。簡(jiǎn)而言之，Optane具有堪比內(nèi)存（DRAM）的性能，而容量向NAND靠攏。
 
　　當(dāng)然，與3D XPoint具有類(lèi)似特性的技術(shù)并不在少數(shù)，它們被統(tǒng)稱(chēng)為NVRAM，但是無(wú)論是FeRAM（鐵電）、MRAM（磁阻）、PRAM（相變）還是Millipede Memory（千足蟲(chóng)）、NanoRAM（碳納米管），距離產(chǎn)品化乃至商品化都還有相當(dāng)?shù)木嚯x，而Optane已經(jīng)華麗登場(chǎng) 。

　　不過(guò)，在正式普及Optane之前，英特爾要面臨的挑戰(zhàn)并不少，自身的產(chǎn)能爬坡和市場(chǎng)的接受度都是不小的問(wèn)題。好在相比其他NVM或NVRAM的競(jìng)爭(zhēng)者，根植PC市場(chǎng)四十余年的 英特爾 ，有著巨大的平臺(tái)及生態(tài)優(yōu)勢(shì)，Optane Memory就是一款革命性產(chǎn)品。
 
解決傳統(tǒng)硬盤(pán)速度瓶頸
 
　　硬盤(pán)的存取速度一直是計(jì)算產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)。盡管發(fā)展已逾數(shù)十年，但馮·諾依曼1946年提出的計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)，仍是現(xiàn)在乃至可見(jiàn)的未來(lái)，計(jì)算機(jī)所遵循的基本架構(gòu)體系：存儲(chǔ)和計(jì)算。CPU是大家所熟悉的計(jì)算核心，但是并非馮·諾依曼體系中的計(jì)算核心，按照大學(xué)計(jì)算機(jī)原理課老師所說(shuō)，CPU非常笨，它只會(huì)做“1+1”這一件事，而且只會(huì)從A、B寄存器取數(shù)、結(jié)果放到C寄存器，馮·諾依曼體系中的計(jì)算是指ALU（數(shù)邏運(yùn)算單元）而存儲(chǔ)是寄存器。當(dāng)然，這是最狹義的馮·諾依曼體系理解，不過(guò)也從側(cè)面說(shuō)出了計(jì)算和存儲(chǔ)相依相存的特殊關(guān)系。 
　　速度快當(dāng)然是王道，但是非常遺憾，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到今天，仍然不能解決容量和性能的根本矛盾，考慮到成本和實(shí)現(xiàn)因素，最終的產(chǎn)品都是性能向成本的妥協(xié)。對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，高速和低俗設(shè)備之間，對(duì)獲取數(shù)據(jù)方面的摩擦一直沒(méi)有停止過(guò)，解決這種數(shù)據(jù)沖突的方式也在革新。
 
　　以速度最快的ALU為例，與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的寄存器有著相同速度的寄存器，除去在相鄰周期里循環(huán)存取的時(shí)間周期不算，兩者實(shí)際上是同頻同步工作的。寄存器有著動(dòng)輒數(shù)GHz的運(yùn)行速度，只能集成在離ALU最近的地方，但代價(jià)是成本高昂、容量以字節(jié)為單位精打細(xì)算，這就是為什么如AVX 2.0中的256位指令/數(shù)據(jù)寄存器，英特爾更壕一些，直接放入256位長(zhǎng)，而AMD摳門(mén)些，旗艦的Ryzen 7 1800X只有128位寄存器，256位數(shù)據(jù)需要兩個(gè)周期讀入和寫(xiě)出，性能折損極大。
 
　　當(dāng)然，處理器廠商們?cè)缫炎⒁獾竭@個(gè)問(wèn)題，早在數(shù)年前就大肆引入Cache結(jié)構(gòu)作為從寄存器到內(nèi)存的梯級(jí)緩沖，用數(shù)量和逐漸提高的速度解決計(jì)算單元從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)的性能落差。L1、L2、L3 Cache容量通常為數(shù)十KB、數(shù)百KB和數(shù)MB，對(duì)應(yīng)容量提升一個(gè)級(jí)別，速度也降低一個(gè)級(jí)別，以匹配慢速的GB級(jí)別內(nèi)存。為了保證速度，Cache通常會(huì)采用SRAM（靜態(tài)內(nèi)存）制作，而內(nèi)存雖然用了DRAM速度低了不少，但當(dāng)年正是DRAM的出現(xiàn)，讓配有64KB內(nèi)存的PC有機(jī)會(huì)誕生，要知道同容量的SRAM當(dāng)時(shí)價(jià)格超過(guò)2500美元，而第一臺(tái)PC的不過(guò)1999美元。
 
類(lèi)似的情況也出現(xiàn)在“存儲(chǔ)”設(shè)備上，雖然以硬盤(pán)（HDD）為代表的存儲(chǔ)設(shè)備已經(jīng)是外設(shè)“矬子里面的將軍”，但是它和PC系統(tǒng)之間的性能落差仍然很大，其性能包括了帶寬和響應(yīng)延遲等兩個(gè)維度的速度。于是另一種緩存，Buffer出現(xiàn)了。別看中文都是“緩存”，但是在計(jì)算機(jī)詞匯中，Cache和Buffer是兩個(gè)不同世界的速度，相比多采用SRAM的Cache，Buffer多使用廉價(jià)的DRAM以緩解I/O接口兩側(cè)的速度不匹配，最常見(jiàn)的情形是Buffer容量作為HDD的重要參數(shù)標(biāo)識(shí)產(chǎn)品檔次。無(wú)論是哪種緩沖，都能在響應(yīng)時(shí)間和帶寬上同時(shí)匹配兩端性能，兩端都認(rèn)為對(duì)方遷就了自己的性能水準(zhǔn)，而沒(méi)有察覺(jué)到緩沖的加入，此現(xiàn)象就叫透明。
 
容量與性能的分歧
 
　　經(jīng)過(guò)多級(jí)緩沖，DRAM的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CPU，但即便如此，它仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主流的存儲(chǔ)設(shè)備。更具體點(diǎn)說(shuō)，單通道DDR4-2400內(nèi)存帶寬已近20GB/s、延遲為30ns左右，而容量已突破10TB的HDD，對(duì)應(yīng)的性能水準(zhǔn)只略微增長(zhǎng)到150MB/s~200MB/s帶寬，延遲則停留在3~4ms（接口）+7~8ms（平均尋道）的10年前水平，明顯不能滿(mǎn)足當(dāng)下電腦系統(tǒng)的需求。于是這才有了近幾年最有效的升級(jí)已經(jīng)從增加內(nèi)存變?yōu)榱烁鼡QHDD為SSD。SSD綜合性能較HDD已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，主流產(chǎn)品接口帶寬突破1GB/s水平、延遲下降到μs量級(jí)，但與之伴隨的就是10倍的價(jià)格差異。
 
　　無(wú)論是容量還是性能，對(duì)使用體驗(yàn)的影響都是顯而易見(jiàn)的。在預(yù)算有限的前提下，考慮到時(shí)間可以換取性能而容量不行，更多數(shù)消費(fèi)者都傾向于容量更大而非性能更高，這也就是為何仍有超過(guò)85%的臺(tái)式電腦選擇HDD作為唯一存儲(chǔ)設(shè)備的原因。但凡預(yù)算寬裕一些，或者性能的需求稍占上風(fēng)，雙硬盤(pán)就成為更為理想的搭配?，F(xiàn)實(shí)是很殘酷的，艱難的預(yù)算增加，并不能帶來(lái)如一的性能體驗(yàn)，頻繁使用的數(shù)據(jù)固然可以手動(dòng)放置到SSD中，但是相對(duì)較小的容量被占滿(mǎn)后，越是大量的數(shù)據(jù)，越會(huì)深刻體會(huì)到“慢”的熬人，小容量SSD對(duì)此無(wú)能為力。
 
　　而Optane的問(wèn)世，看似能夠解決電腦與HDD性能落差、解決SSD與HDD容量落差這些根本性的問(wèn)題。
 
不用NAND做介質(zhì)的Optane SSD
 
　　雖然都叫做固態(tài)硬盤(pán)“SSD”，但是Optane SSD已經(jīng)不再使用NAND做存儲(chǔ)介質(zhì)。無(wú)論是響應(yīng)速度、IOPS還是吞吐速度，已經(jīng)上市的DC P4800X都遠(yuǎn)超DC P3600/P3700系列，只是目前僅有采用PCI-E插卡形態(tài)的375GB這一款。
 
　　關(guān)于這款產(chǎn)品的性能表現(xiàn)，還有待獲得樣品后測(cè)試驗(yàn)證。而它所帶來(lái)的計(jì)算機(jī)架構(gòu)巨大變革，首先從服務(wù)器領(lǐng)域開(kāi)始。除了常規(guī)的存儲(chǔ)模式（馮·諾依曼架構(gòu)中的Storge），Optane SSD還支持異常高大上的Memory Pool（內(nèi)存池）模式。同時(shí)其讀寫(xiě)和響應(yīng)速度遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前主流的SSD，能輕易幫助內(nèi)存容量突破TB，不僅分分鐘解決服務(wù)器上內(nèi)存容量不足的問(wèn)題，而且從性能上比原有8通道DRAM更高。從中期來(lái)看，Optane的非易失性，還會(huì)在使用模式上挑戰(zhàn)DRAM，待到Optane DIMM到來(lái)，斷電后內(nèi)存數(shù)據(jù)都不會(huì)丟失，于今天是完全不可實(shí)現(xiàn)卻極度渴求的特性。
 
　　目前，通過(guò)英特爾Memory Drive Technology就能將Optane SSD映射為內(nèi)存池，只是目前公布出來(lái)的只支持Xeon（至強(qiáng)）平臺(tái)。面向高端個(gè)人市場(chǎng)的Optane SSD 900P不久就將面世，界面都是PCI-E 3.0 x4，插卡、M.2和U.2并發(fā)，是否支持內(nèi)存池模式暫時(shí)不明。
 
作為緩存解決設(shè)備通信問(wèn)題
 
　　和存儲(chǔ)、內(nèi)存模式完全不同，Optane Memory實(shí)質(zhì)是一種緩存，與廣泛分布在計(jì)算機(jī)中的Cache、Buffer的使用模式類(lèi)似，即邏輯架構(gòu)上類(lèi)似，而其不同主要集中在電氣層面。緩存存在的目的在于解決快慢兩個(gè)設(shè)備間的通訊問(wèn)題，否則快速設(shè)備會(huì)被迫與慢速設(shè)備同速運(yùn)行，影響整體性能。和執(zhí)行單流的Cache/Buffer相比，Optane Memory的緩沖任務(wù)復(fù)雜得多，系統(tǒng)寫(xiě)向存儲(chǔ)（HDD、SSD等）的流并行性非常高，同時(shí)還具有非順序地址、非并發(fā)等特點(diǎn)，因此一直以來(lái)，只能通過(guò)OS和存儲(chǔ)設(shè)備直接對(duì)話(huà)完成，這也是PC換用SSD能帶來(lái)如此大性能提升的原因。
 
　　早在2005年，英特爾就推出了基于其N(xiāo)AND技術(shù)的TurboMemory（迅盤(pán)），彼時(shí)調(diào)用的正是Windows Vista中的Superfetch特性實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬盤(pán)的緩沖，微軟稱(chēng)之為ReadyDrive。如今，十幾年過(guò)去了，操作系統(tǒng)層面早已變得更為平滑，而TurboMemory卻早已因?yàn)镾SD的流行和自身的問(wèn)題而湮沒(méi)。
 
　　Optane Memory明顯汲取了教訓(xùn)，其市場(chǎng)定位放低至SSD遠(yuǎn)未普及的臺(tái)式電腦市場(chǎng)，僅配備1顆HDD機(jī)械硬盤(pán)的臺(tái)式機(jī)仍占市場(chǎng)85%以上份額。從容量方面來(lái)說(shuō)，無(wú)論是44美元的16GB還是77美元的32GB版本，都難以作為Win8/10的系統(tǒng)盤(pán)使用，勢(shì)必與HDD組合使用。
 
　　在導(dǎo)入3D Xpoint技術(shù)后，Optane Memory的讀寫(xiě)壽命不再是問(wèn)題，100GB的數(shù)據(jù)寫(xiě)入量已折合3~6全盤(pán)寫(xiě)。介質(zhì)和PCI-E 3.0接口的響應(yīng)速度更快，本身速度也更高，再加上新版本的RST（Rapid Storage Technology，快速存儲(chǔ)技術(shù)）的改進(jìn)，僅使用16GB版本Optane Memory就能帶來(lái)如系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、常用軟件安裝時(shí)間等主流應(yīng)用30%~50%的時(shí)間縮短，無(wú)論是訪問(wèn)延時(shí)還是吞吐速度，其表現(xiàn)以接近PCI-E通道的高端SSD而高于SATA通道產(chǎn)品。