Zwei in einem: Intel Optane Memory H10 (Teil 1)

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SSD-Caching gibt es schon seit langer Zeit und ermöglicht es Ihnen, maximale Leistung aus schnellen Speichergeräten herauszuholen. In den letzten Jahren haben sich Intel Optane-Produkte, die nichtflüchtigen 3D-XPoint-Speicher verwenden, im Bereich kleiner, teurer und sehr schneller Laufwerke durchgesetzt. Mit dem Optane Memory Caching-Speicher der dritten Generation von Intel qualifiziert sich die Leistung von Optane für ein neues Produktsegment.



Die ersten Optane-Speicherlaufwerke waren winzige NVMe-SSDs, die den Zugriff auf langsamere SATA-Laufwerke, insbesondere mechanische Festplatten, beschleunigen sollen. Intel verwendet derzeit weiterhin Optane-Speicher-SSDs, um andere NVMe-SSMs zwischenzuspeichern, wobei der Schwerpunkt auf einer Kombination aus Optane-Flash-Speicher und QLC-NAND liegt. Jetzt haben sie beide SSD-Typen auf dasselbe M.2-Modul gesetzt, um den neuen Optane Memory H10 zu erstellen.

Mit Intel Optane Memory H10 kann Intel erstmals seine Optane Memory Caching-Technologie in Ultrabooks implementieren, in denen nur eine SSD Platz findet und über SATA nichts zu reden ist. Das Zusammendrücken von zwei Festplatten in ein einseitiges 80-mm-M.2-Modul wurde insbesondere durch die hohe Dichte des 4-Bit-Flash-Speichers QLC NAND von Intel ermöglicht. Die Intel 660p QLC SSD verfügt in den Versionen 1 TB und 512 GB über viel freien Speicherplatz auf dem Board. Der Optane-Cache kann möglicherweise die Mängel des QLC NAND in Bezug auf Leistung und Haltbarkeit ausgleichen. Selbst mit der Platzierung von zwei Speichertypen auf einem Modul ist das Design des H10 sehr einfach.



Der Optane Memory H10 verwendet keinen neuen ASIC oder andere Hardware, damit die Optane- und QLC-Laufwerksmodule wie ein einzelnes Gerät aussehen. Das Caching ist vollständig softwaregesteuert und das Hostsystem greift unabhängig auf Optane und den QLC H10 zu. Jede Hälfte des Laufwerks verfügt über zwei dedizierte PCIe-Lanes. Bisher waren alle Optane Memory-SSDs PCIe x2-Geräte, sodass sie im neuen Gerät nichts verlieren. Intel 660p verwendet jedoch einen Silicon Motion NVMe mit 4-fachem Controller, der jetzt auf zwei PCIe-Leitungen beschränkt ist. Obwohl der 660p offen gesagt fast nie mehr Bandbreite benötigte, als der x2-Kanal bieten kann, ist dies kein wirklicher Engpass.



Mit langsamen QLC-SSDs und schnellen Optane-SSDs auf demselben Intel-Gerät war es schwierig, schwierige Entscheidungen über die Laufwerksleistung zu treffen. Für zwei große H10-Kapazitäten (512 GB und 1 TB) werden sequentielle Lesegeschwindigkeiten von mehr als 2 GB / s angegeben. Dies spiegelt die Fähigkeit der Intel Optane Memory-Software wider, Daten gleichzeitig aus QLC und Optane H10 zu extrahieren. Die Aufzeichnung kann auch zwischen verschiedenen Speichertypen wechseln, die maximale Bewertung überschreitet jedoch keine offensichtliche Grenze für die Leistung eines der Geräte. Die Spezifikationen für zufällige E / A für den H10 liegen zwischen der Leistung von Optane Memory und 660p SSD-Geräten, liegen jedoch viel näher an der Leistung von Optane. Intel versucht nicht, die ideale Cache-Trefferquote anzukündigen, erwartet jedoch, dass sie für den tatsächlichen Gebrauch ausreicht.

Der Optane-Cache sollte die Last reduzieren, die der QLC H10 schreibt, aber Intel schätzt die Lebensdauer des gesamten Geräts immer noch auf die gleichen 0,16 Festplatten, die pro Tag neu geschrieben werden. Dies entspricht der Lebensdauer von 660p-QLC-SSDs.







Marketingfotos des Intel Optane Memory H10 verfügen über eine SSD mit einer zweifarbigen Leiterplatte, um die doppelte Natur des Laufwerks hervorzuheben. Tatsächlich ist die Laufwerksplatine jedoch monochrom. Das Layout der Karte ist dank zweier Controller und drei Speichertypen einzigartig, zeigt aber auch deutlich die beiden diskreten Produkte, auf denen sie basiert. Die Hälfte des Laufwerks mit QLC-NAND befindet sich näher am M.2-Anschluss und ist mit einem SM2263-Controller sowie einem DRAM- und NAND-Paket ausgestattet. Die bekannten Silicon Motion-Test- / Debug-Verbindungen befinden sich an der Grenze zwischen NAND und Optane. Die Optane-Seite enthält einen kleinen Intel Optane-Controller, ein einzelnes 3D-XPoint-Speicherpaket und die meisten Energieverwaltungskomponenten. Intel SSD 660p und frühere Solid-State-Laufwerke mit Optane Memory hatten viel freien Speicherplatz auf Leiterplatten. Der Optane Memory H10 ist voll und hat wahrscheinlich die meisten Teile unter allen M.2-SSDs auf dem Markt.



Auf den ersten Blick hat sich die Optane Memory-Software kaum verändert. es sei denn, es gibt jetzt mehr Flexibilität bei der Auswahl von Caching-Geräten. (Intel hat eine verbesserte Optane Memory-Unterstützung für Pentium- und Celeron-Prozessoren auf Plattformen angekündigt, die bereits von Core-Prozessoren unterstützt wurden.) Wenn das Startvolume zwischengespeichert wird, kann der Benutzer mithilfe der Intel-Software die ausgewählten Dateien und Anwendungen zwischenspeichern, um zu verhindern, dass sie aus dem Cache entfernt werden. Abgesehen von dieser Option gibt es keine Einstellungen für das Cache-Verhalten.

Einige OEM-Verkaufssysteme, die mit Optane Memory ausgestattet sind, gaben die Speichergröße als Summe aus DRAM und Optane an. Dies wäre sinnvoll, wenn es sich um schreibgeschützte Optane DC-Speichermodule handelt, die an den Speichercontroller des Prozessors angeschlossen sind. Was irreführend ist, ist die Tatsache, dass es sich bei dem fraglichen Optane-Produkt um eine SSD handelt.

Der Optane Memory H10 ist zunächst nur ein OEM-Teil. Die neue SSD wird den Verbrauchern nur als Bestandteil neuer Systeme, hauptsächlich Laptops, zur Verfügung stehen. Intel erwägt derzeit die Möglichkeit, den H10 im Einzelhandel herauszubringen - sowohl als eigenständiges Produkt als auch als Teil des NUC-Kits. Es wurde kein Zeitpunkt bekannt gegeben. Ihre Motherboard-Partner bereiten seit fast einem Jahr die Voraussetzungen für die H10-Unterstützung vor, und viele Motherboards der Desktop 300-Serie unterstützen H10 bereits mit der neuesten öffentlich verfügbaren Firmware.

Plattformkompatibilität

Das Platzieren von zwei PCIe-Geräten auf derselben M.2-Karte ist, gelinde gesagt, neu. Intel hat bereits zwei SSD-Controller auf einer Platine installiert - in High-End-SSDs von Unternehmen, z. B. P3608 und P4608. Diese Laufwerke verwenden jedoch PCIe-Switch-Chips, um die x8-Hostverbindung für jeden der beiden NVMe-Controller auf der Platine in zwei x4-Hosts aufzuteilen . Dieser Ansatz erhöht die TDP des Geräts auf 40 Watt, was unter den Einschränkungen von M.2 überhaupt nicht sinnvoll ist.

Es gibt mehrere PCIe-Erweiterungskarten, mit denen Sie vier M.2-PCIe-SSDs über einen PCIe x16-Steckplatz anschließen können. Einige dieser Karten enthalten PCIe-Switches, die meisten verwenden jedoch ein Hostsystem, das zwei PCIe-Ports unterstützt, um einen x16-Port in vier unabhängige x4-Ports aufzuteilen. Herkömmliche Consumer-CPUs unterstützen dies normalerweise nicht und beschränken sich auf die Partitionierung von x8 + x4 + x4 oder nur x8 + x8 und nur dann, wenn die Leitungen auf verschiedene Steckplätze umgeleitet werden, um die Verwendung mehrerer GPUs zu unterstützen. Die neuesten Prozessoren für Server und Workstations unterstützen eher die Porttrennung bis zu x4, aber die Motherboard-Unterstützung zur Aktivierung dieser Funktion ist nicht überall.

Selbst auf Prozessoren, bei denen der x16-Steckplatz in vier x4-Ports unterteilt werden kann, ist eine weitere Trennung von bis zu x2-Ports selten oder überhaupt nicht möglich. Chips, die viele PCIe-Lanes unterstützen, z. B. schmale x2- oder x1-Ports, sind auf den meisten Motherboards Southbridge / PCH-Chips. In der Regel unterstützen sie keine Ports, die breiter als x4 sind, da dies die normale Breite der Verbindung zum Prozessor ist.

Basierend auf dem Vorstehenden haben wir Optane Memory H10 mit fast allen verfügbaren PCIe 3.0-Ports unter Verwendung aller erforderlichen Adapter ausprobiert. Unsere Ergebnisse sind unten gezeigt:



Das von Intel für diesen Test bereitgestellte Whiskey Lake-Notebook ist natürlich vollständig kompatibel mit dem Optane Memory H10 und wird in Kürze mit dem neuen Laufwerk zum Kauf angeboten. Die Kompatibilität mit älteren und Nicht-Intel-Plattformen wurde grundsätzlich erwartet: Es ist nur die NAND H10-Seite verfügbar. Auf diesen Motherboards können nicht zwei PCIe-Geräte mit einem gemeinsamen M.2 x4-Steckplatz verwendet werden. Beide Geräte können nicht erkannt und initialisiert werden. Es gibt einige Ausnahmen zu beachten:

Erstens sollte das H370-Motherboard in unserem Coffee Lake-System H10 vollständig unterstützen, aber GIGABYTE veröffentlichte ein verdorbenes Firmware-Update, das angeblich Unterstützung für H10 hinzufügte: Beide Teile von NAND und Optane H10 wurden verfügbar, wenn der M.2-Steckplatz verwendet wurde, der mit PCH verbunden ist , aber das Caching kann nicht aktiviert werden. Es gibt viele Motherboards der 300er-Serie, die erfolgreich Unterstützung für H10 hinzugefügt haben, und ich bin sicher, dass GIGABYTE bald ein gepatchtes Firmware-Update für dieses spezielle Board veröffentlichen wird. Das Anschließen des H10 an den PCIe x16-Steckplatz, der direkt mit der CPU verbunden ist, bietet keinen Zugriff auf die Optane-Seite, was darauf zurückzuführen ist, dass die CPU die PCIe-Port-Trennung bis zu x2 + x2 nicht unterstützt.

Das einzige moderne AMD-System, das wir zur Hand hatten, war das Threadripper / X399-Motherboard. Alle von uns getesteten PCIe- und M.2-Steckplätze machten die Optane H10-Seite sichtbar, konnten jedoch das NAND nicht erkennen.

Wir haben den H10 über zwei verschiedene Marken von PCIe 3.0-Switches angeschlossen. Avago PLX PEX8747 bot nur Zugriff auf die NAND-Seite, was zu erwarten ist, da nur zwei PCIe-Ports bis zu x4-Ports unterstützt werden. Der Microsemi PFX PM8533-Switch unterstützt Split bis zu x2, und wir hofften, dass er Zugriff auf beide Seiten des H10 bietet, aber stattdessen nur auf die Hälfte des Optane zugreifen kann. Der Microsemi-Switch und das Threadripper-Motherboard benötigen möglicherweise nur ein Firmware-Update, um mit beiden Hälften des H10 zu arbeiten. Frühere Generationen von Intel PCH haben möglicherweise dieses Potenzial, aber Intel wird solche Updates nicht bereitstellen. Selbst wenn diese Plattformen auf beide Hälften des H10 zugreifen könnten, würden sie von Intels Optane Memory Caching-Treibern nicht unterstützt. Es stimmt, es gibt Caching-Software von Drittanbietern.

Testsystem

Unser Hauptsystem zum Testen von Consumer-SSDs ist der Skylake-Desktop-Computer. Es verfügt über ein programmierbares Quarch XLC-Leistungsmodul für detaillierte Leistungsmessungen und wird für IO-ATSB-Trace-Tests und synthetische Tests mit FIO verwendet. Unser System ist jedoch älter als Optane Memory, und Intel und seine Motherboard-Partner wollten keine Firmware-Updates veröffentlichen, um das Optane Memory-Caching in Skylake-Generierungssystemen zu unterstützen. Infolgedessen können wir mit Hilfe unseres Prüfstands nur auf die Hälfte der Festplatte zugreifen - QLC NAND.



Wie bei der Veröffentlichung des neuen Optane-Speichers hat Intel uns ein komplettes System mit dem bereits installierten und konfigurierten neuen Optane-Speicher H10 gesendet. Das zu testende System ist jetzt ein HP Spectre x360 13t-Laptop mit einem Intel Core i7-8565U Whisky Lake-Prozessor und 16 GB DDR4-Speicher. In früheren Jahren stellte Intel Desktop-Systeme zum Testen von Optane Memory-Produkten zur Verfügung. Der Hauptvorteil des H10 besteht jedoch darin, dass es sich um ein M.2-Modul handelt, das für kleine Systeme geeignet ist. Daher wurde ein 13-Zoll-Laptop ausgewählt. Intel hat bestätigt, dass das Spectre x360 in Kürze mit dem Optane Memory H10 als einer seiner Speicheroptionen zum Verkauf angeboten wird.

Der HP Spectre x360 13t verfügt nur über einen M.2-Typ-M-Steckplatz. Um die Caching-Konfigurationen auf mehreren Festplatten oder Optionen mit SATA zu testen, haben wir Coffee Lake- und Kaby Lake-Systeme verwendet, die Intel für frühere Versionen von Optane Memory bereitgestellt hat. Anwendungstestergebnisse wie SYSmark und PCMark werden stark von Unterschieden in Prozessorleistung und RAM zwischen diesen Computern beeinflusst. Daher müssen wir für jede getestete Festplattenkonfiguration drei Bewertungssätze auflisten. Unsere AnandTech Storage Bench-E / A-Tests und unsere synthetischen Tests mit FIO liefern jedoch nahezu identische Ergebnisse für diese drei Systeme, sodass wir direkte Vergleiche anstellen können. Für jeden dieser Tests listen wir einen Satz von Punkten für jede Speicherkonfiguration auf.



Die Intel Optane Memory Caching-Software ist nur für Windows verfügbar, daher mussten unsere Linux-basierten synthetischen FIO-Tests für die Ausführung unter Windows angepasst werden. Das Konfigurations- und Testverfahren ist so nah wie möglich an unserer üblichen Methodik, aber einige wichtige Unterschiede führen dazu, dass die Ergebnisse dieser Überprüfung nicht direkt mit den Ergebnissen unserer üblichen SSD-Überprüfungen und den in Bench veröffentlichten Ergebnissen verglichen werden können. Insbesondere war es in einigen Fällen nicht möglich, NVMe unter Windows sicher zu löschen oder zu formatieren. Bei unseren Tests wird normalerweise das Laufwerk zwischen den Hauptphasen gelöscht, um die Leistung wiederherzustellen, ohne darauf zu warten, dass die SSD-Garbage Collection im Hintergrund das Leeren und Löschen des SLC-Cache abschließt. Bei einer Überprüfung von Windows-basierten synthetischen Tests wurden zuerst die Tests ausgeführt, die die kleinste Datenmenge aufzeichnen, und die Tests, bei denen die gesamte Festplatte aufgefüllt werden musste, funktionierten zuletzt.

Für das Zwischenspeichern von Optane-Speicher müssen Intel-Treiber verwendet werden. Unser übliches Verfahren für Windows-basierte Tests ist die Verwendung des Microsoft-eigenen NVMe-Treibers, jedoch nicht der Verwendung herstellerspezifischer Treiber. Die Optane-Caching-Konfigurationstests in diesem Test wurden mit Intel-Treibern durchgeführt. Der Windows-Treiber wird jedoch standardmäßig in allen Tests mit einem Laufwerk verwendet (einschließlich Tests nur auf einer Seite des Optane-Speichers H10).

Unser Standard-Skylake-Prüfstand dient zum Testen von NVMe-SSDs im Haupt-PCIe x16-Steckplatz, der an den Prozessor angeschlossen ist. Für das Optane-Speicher-Caching müssen die Laufwerke über den Chipsatz verbunden sein. Daher besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine Überlastung des x4-DMI-Kanals die schnellsten Laufwerke beeinträchtigt. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass der H10 diese Verbindung überlastet.

Wir versuchen, detaillierte Leistungsmessungen in fast alle unserer Leistungstests einzubeziehen, aber in diesem Test sind wir gezwungen, viele davon zu überspringen. Unsere hochmodernen Leistungsmessgeräte können den M.2-Steckplatz eines Laptops nicht mit Strom versorgen. Sie benötigen einen normalen PCIe x4-Steckplatz.

Anwendungstests

Mit einem ausgeklügelten abgestuften Speichersystem wie dem Intel Optane Memory H10 sind Tests, die reale Anwendungen verwenden, die genauesten Benchmarks. BAPCos SYSmark 2018 und ULs PCMark 10 sind zwei konkurrierende Sätze automatisierter Anwendungstests. Beide haben ein gemeinsames Ziel: eine Bewertung der Gesamtleistung des Systems sowie mehrere zusätzliche Schätzungen für verschiedene gängige Anwendungsfälle. PCMark 10 ist ein kürzerer Test und bietet eine detailliertere Aufschlüsselung verschiedener Parameter. Außerdem wird die GPU viel stärker geladen, da 3D-Rendering in der Standard-Testsuite enthalten ist und einige 3DMark-Tests im erweiterten Test enthalten sind. Der Vorteil von SYSmark 2018 ist die Verwendung kommerzieller Vollversionen gängiger Anwendungen, einschließlich Microsoft Office und Adobe Creative Suite, sowie die Möglichkeit, den Gesamtenergieverbrauch des Systems während des Tests zu messen. Der Nachteil dieser Tests besteht darin, dass sie nur die häufigsten Fälle des täglichen Gebrauchs abdecken und keine schwere Multitask-Belastung simulieren. Keiner ihrer Untertests nutzt den Speicher intensiv, so dass die Ergebnisse beim Vergleich schneller und langsamer SSDs häufig geringfügig variieren.

BAPCo SYSmark 2018

BAPCo SYSmark 2018 ist ein anwendungsbasierter Benchmark, der reale Anwendungen verwendet, um das Verhalten von Geschäftsbenutzern zu simulieren, mit zusätzlichen Indikatoren für Produktivität, Kreativität und Reaktionsfähigkeit. Die Ergebnisse spiegeln die Gesamtsystemleistung wider und werden gegen ein Referenzsystem kalibriert, dessen Leistung in jedem Szenario 1000 Punkte beträgt. Eine Bewertung von beispielsweise 2000 bedeutet, dass das zu testende System doppelt so schnell ist wie das Referenzsystem.









Der Kaby Lake Desktop und der Whiskey Lake Laptop wechseln je nach Subtest die Plätze. manchmal ein Laptop vorne dank seines zusätzlichen Arbeitsspeichers und manchmal ein Desktop-Computer vorne dank einer höheren TDP. Diese Unterschiede wirken sich normalerweise stärker aus als die Wahl des Speichers, obwohl der Reaktionstest zeigt, dass die Parameter der Festplatte allein nicht ausreichen. Die Auswertung des Optane-Speichers H10 mit aktiviertem Caching ist nicht viel besser als die Verwendung nur eines Teils des QLC. Mit dem Optane-Cache funktioniert er ungefähr auf dem Niveau anderer einfacherer SSD-Konfigurationen.

Energieverbrauch

Die SYSmark-Energiebewertungen zeigen den Gesamtsystemverbrauch ohne Anzeige an. Unser Kaby Lake-Testsystem verbraucht im Leerlauf etwa 26 Watt und erreicht nach unseren Ergebnissen Spitzenleistungswerte von über 60 Watt. SATA-SSDs verbrauchen selten mehr als 5 Watt und sind mit einem Bruchteil eines Watt im Leerlauf. Darüber hinaus führen SSDs den größten Teil des Tests im Leerlaufmodus durch. Dies bedeutet, dass der Energieverbrauch sehr ähnlich sein wird. Der Laptop verbraucht deutlich weniger Strom, obwohl auch der Verbrauch des Displays berücksichtigt wird. Keine der energieintensiven Speicheroptionen (Festplatten, Optane 900P) kann in dieses System passen, sodass die Energieverbrauchszahlen auch ziemlich nahe beieinander liegen.



Der Optane Memory H10 war die gefräßigste Version von M.2. Das Deaktivieren des Optane-Cache spart zwar etwas Strom, reicht jedoch nicht aus, um gute TLC-basierte Laufwerke einzuholen. Die Optane SSD 800P hat eine höhere Energieeffizienz als die meisten Flash-Laufwerke, aber ihre geringe Kapazität behindert die tatsächliche Verwendung.

UL PCMark 10

- Optane PCMark 10 Extended, H10 M.2, Whiskey Lake. Essentials Optane, , , . H10 .

, 128 B 32, 1 GB. - , . SLC , , .


Optane Intel Optane Memory H10 QLC (Intel 660p) — Optane 350 B/s. SLC NAND , Optane, 32 GB. , QLC .





Optane Memory H10 , . Intel 660p 1 B , 7200 / , H10 QLC .


- Optane H10 32 GB, 6–8 GB, , QLC. , Intel Optane , .

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