Dois em um: Intel Optane Memory H10 (Parte 1)

Parte 1 >> Parte 2

O armazenamento em cache do SSD existe há muito tempo e permite reduzir o desempenho máximo de dispositivos de armazenamento rápidos. Nos últimos anos, os produtos Intel Optane que usam memória 3D XPoint não volátil dominaram o mercado de unidades pequenas, caras e muito rápidas. Com a memória de cache Optane Memory de terceira geração da Intel, o desempenho do Optane se qualificará para um novo segmento de produto.



As primeiras unidades Optane Memory eram minúsculos SSDs NVMe projetados para acelerar o acesso a unidades SATA mais lentas, principalmente discos rígidos mecânicos. Atualmente, a Intel continua a usar SSDs de memória Optane para armazenar em cache outros SSMs NVMe, concentrando-se em uma combinação de memória flash Optane e QLC NAND. Agora eles colocaram os dois tipos de SSDs no mesmo módulo M.2 para criar a nova Optane Memory H10.

Pela primeira vez, o Intel Optane Memory H10 permite que a Intel implemente sua tecnologia de cache Optane Memory em ultrabooks, onde há espaço para apenas um SSD, não há nada a falar sobre SATA. A compressão de dois discos em um módulo M.2 de 80 mm de um lado foi possível, principalmente devido à alta densidade da memória flash de quatro bits da Intel QLC NAND. O Intel 660p QLC SSD possui muito espaço livre na placa nas versões 1 TB e 512 GB, o cache Optane pode compensar potencialmente as deficiências do QLC NAND em desempenho e durabilidade. Mesmo com a colocação de dois tipos de memória em um módulo, o design do H10 é muito simples.



O Optane Memory H10 não usa nenhum novo hardware ASIC ou outro para fazer com que os módulos de unidade Optane e QLC pareçam um único dispositivo. O armazenamento em cache é totalmente controlado por software e o sistema host acessa independentemente o Optane e o QLC H10. Cada metade da unidade possui duas faixas PCIe dedicadas. Anteriormente, todos os SSDs da Optane Memory eram dispositivos PCIe x2; portanto, eles não perdem nada no novo dispositivo. Mas o Intel 660p usa um controlador 4x Silicon Motion NVMe, que agora está limitado a duas linhas de PCIe. Embora, francamente, o 660p quase nunca exija mais largura de banda do que o canal x2 pode oferecer, portanto isso não é realmente um gargalo.



Com SSDs lentos de QLC e SSDs Optane rápidos no mesmo dispositivo Intel, era difícil tomar decisões difíceis sobre o desempenho da unidade. Para duas grandes capacidades H10 (512 GB e 1 TB), são declaradas velocidades de leitura seqüencial superior a 2 GB / s. Isso reflete a capacidade do software Intel Optane Memory de extrair dados do QLC e do Optane H10 ao mesmo tempo. A gravação também pode alternar entre diferentes tipos de memória, mas a classificação máxima não excede nenhum limite óbvio para o desempenho de qualquer um dos dispositivos. As especificações para E / S aleatória do H10 estão entre o desempenho da Optane Memory e dos dispositivos SSD de 660p, mas muito mais próximas do desempenho da Optane. A Intel não está tentando anunciar a taxa ideal de acertos do cache, mas espera que seja suficiente para uso real.

O cache do Optane deve reduzir a carga que o QLC H10 grava, mas a Intel ainda estima a resistência de todo o dispositivo com as mesmas regravações de disco de 0,16 por dia. É a mesma resistência que os SSDs 660p QLC.







As fotografias de marketing da Intel Optane Memory H10 apresentam um SSD com uma placa de circuito impresso de duas cores para enfatizar a natureza dupla da unidade, mas, na verdade, a placa da unidade é monocromática. O layout da placa é único graças a dois controladores e três tipos de memória, mas também mostra claramente os dois produtos distintos nos quais se baseia. Metade da unidade com QLC NAND está mais próxima do conector M.2 e está equipada com um controlador SM2263, além de um pacote DRAM e NAND. As familiares conexões de teste / depuração do Silicon Motion estão localizadas na fronteira entre o NAND e o Optane. O lado Optane contém um pequeno controlador Intel Optane, um único pacote de memória 3D XPoint e a maioria dos componentes de gerenciamento de energia. As unidades SSD 660p e SSD anteriores da Intel com Optane Memory tinham muito espaço livre nas placas de circuito impresso; A Optane Memory H10 está cheia e provavelmente possui a maior parte das SSDs M.2 existentes no mercado.



À primeira vista, o software Optane Memory mal mudou; a menos que agora haja mais flexibilidade na escolha de dispositivos de cache. (A Intel anunciou o suporte aprimorado à memória Optane para os processadores Pentium e Celeron em plataformas que já eram suportadas pelos processadores Core.) Se o volume de inicialização estiver em cache, o software Intel permitirá que o usuário armazene em cache os arquivos e aplicativos selecionados para impedir que sejam removidos do cache. Além dessa opção, não há configurações de comportamento do cache.

Alguns sistemas de vendas de OEM equipados com Optane Memory relataram tamanhos de memória como a soma de DRAM e Optane. Isso faria sentido quando falamos dos módulos de memória somente leitura Optane DC conectados ao controlador de memória do processador; o que é enganoso é o fato de o produto Optane em questão ser um SSD.

Inicialmente, o Optane Memory H10 será apenas uma peça do OEM. O novo SSD estará disponível para os consumidores apenas como um componente de novos sistemas, principalmente laptops. Atualmente, a Intel está considerando a possibilidade de lançar o H10 no varejo - como um produto independente e como parte do kit NUC, nenhum momento foi anunciado. Seus parceiros de placas-mãe estão preparando o suporte para o H10 há quase um ano, e muitas placas-mãe da série 300 da área de trabalho já suportam o H10 com o firmware mais recente disponível ao público.

Compatibilidade de plataforma

A colocação de dois dispositivos PCIe na mesma placa M.2 é nova, para dizer o mínimo. A Intel já instalou dois controladores SSD em uma placa de circuito - nos SSDs corporativos de última geração, por exemplo, P3608 e P4608, mas essas unidades usam chips de switch PCIe para dividir a conexão do host x8 em dois hosts x4 para cada um dos dois controladores NVMe na placa . Essa abordagem aumenta o TDP do dispositivo para 40 watts, o que não é de todo útil sob as limitações do M.2.

Existem várias placas de expansão PCIe que permitem conectar quatro SSDs M.2 PCIe através de um slot PCIe x16. Algumas dessas placas incluem comutadores PCIe, mas a maioria usa um sistema host que suporta duas portas PCIe para dividir uma porta x16 em quatro portas x4 independentes. As CPUs de consumidor convencionais geralmente não suportam isso e estão limitadas a dividir x8 + x4 + x4 ou apenas x8 + x8, e somente quando as linhas são redirecionadas para slots diferentes para suportar o uso de várias GPUs. Os processadores mais recentes para servidores e estações de trabalho têm mais probabilidade de oferecer suporte à separação de portas até x4, mas o suporte da placa-mãe para habilitar esse recurso não está presente.

Mesmo nos processadores em que o slot x16 pode ser dividido em quatro portas x4, uma separação adicional de até portas x2 é rara ou não é possível. Os chips que suportam muitas faixas PCIe, como portas estreitas x2 ou x1, são chips southbridge / PCH na maioria das placas-mãe. Como regra, eles não suportam portas maiores que x4, porque essa é a largura normal da conexão com o processador.

Com base no exposto, tentamos o Optane Memory H10 com quase todas as portas PCIe 3.0 disponíveis, usando todos os adaptadores necessários. Nossos resultados são mostrados abaixo:



O notebook Whiskey Lake fornecido pela Intel para esta análise é, obviamente, totalmente compatível com o Optane Memory H10 e em breve estará disponível para compra com a nova unidade. A compatibilidade com plataformas mais antigas e não Intel é basicamente o que se esperava: apenas o lado NAND H10 está disponível. Nessas placas-mãe, não será possível usar dois dispositivos PCIe que possuem um slot M.2 x4 comum - eles não são capazes de detectar e inicializar os dois dispositivos. Há algumas exceções a serem observadas:

Em primeiro lugar, a placa-mãe H370 em nosso sistema Coffee Lake deveria suportar totalmente o H10, mas a GIGABYTE lançou uma atualização de firmware estragada que supostamente adicionou suporte ao H10: ambas as partes do NAND e Optane H10 ficaram disponíveis ao usar o slot M.2 que se conecta à PCH , mas o cache não pode ser ativado. Existem muitas placas-mãe da série 300 que adicionaram suporte ao H10 com sucesso, e tenho certeza que a GIGABYTE lançará em breve uma atualização de firmware corrigida para esta placa específica. A conexão do H10 ao slot PCIe x16, conectado diretamente à CPU, não fornece acesso ao lado do Optane, refletindo a falta de suporte da CPU para separação de portas PCIe de até x2 + x2.

O único sistema AMD moderno que tínhamos em mãos era a placa-mãe Threadripper / X399. Todos os slots PCIe e M.2 que testamos tornaram o lado do Optane H10 visível, mas não conseguimos detectar o NAND.

Conectamos o H10 através de duas marcas diferentes do switch PCIe 3.0. O Avago PLX PEX8747 forneceu acesso apenas ao lado NAND, o que é esperado, uma vez que suporta apenas portas PCIe duplas até portas x4. O comutador Microsemi PFX PM8533 suporta divisão de até x2, e esperávamos que desse acesso aos dois lados do H10, mas, em vez disso, obtivemos acesso apenas à metade do Optane. O switch Microsemi e a placa-mãe Threadripper podem precisar apenas de uma atualização de firmware para funcionar com as duas metades do H10; as gerações anteriores do Intel PCH podem ter esse potencial, mas a Intel não fornecerá essas atualizações. Mesmo que essas plataformas pudessem acessar as duas partes do H10, elas não seriam suportadas pelos drivers de cache Optane Memory da Intel. É verdade que existe um software de cache de terceiros.

Sistema de teste

Nosso principal sistema para testar SSDs de consumidores é o computador de mesa Skylake. Possui um módulo de potência programável Quarch XLC para medições detalhadas de potência e é usado para testes de rastreamento IO ATSB e testes sintéticos usando o FIO. Mas nosso sistema é mais antigo que o Optane Memory, e a Intel e seus parceiros na placa-mãe não desejavam lançar atualizações de firmware para suportar o cache do Optane Memory nos sistemas de geração Skylake. Como resultado, com a ajuda de nossa bancada de testes, podemos acessar apenas metade do disco - QLC NAND.



Como acontece com o lançamento da nova Optane Memory, a Intel nos enviou um sistema inteiro com a nova Optane Memory H10 já instalada e configurada. Portanto, agora o sistema para teste é um laptop HP Spectre x360 13t com um processador Intel Core i7-8565U Whiskey Lake e 16 GB de memória DDR4. Nos anos anteriores, a Intel forneceu sistemas de desktop para testar os produtos Optane Memory, mas a principal vantagem do H10 é que ele é um módulo M.2 adequado para sistemas pequenos e, portanto, foi escolhido um laptop de 13 polegadas. A Intel confirmou que o Spectre x360 em breve estará disponível para venda com o Optane Memory H10 como uma de suas opções de armazenamento.

O HP Spectre x360 13t possui apenas um slot M.2 tipo M, portanto, para testar configurações de cache em vários discos ou opções usando SATA, usamos os sistemas Coffee Lake e Kaby Lake que a Intel forneceu para versões anteriores da Optane Memory. Os resultados dos testes de aplicativos, como SYSmark e PCMark, são bastante afetados por diferenças na potência do processador e RAM entre essas máquinas, portanto, devemos listar três conjuntos de classificações para cada configuração de disco testada. No entanto, nossos testes de E / S do AnandTech Storage Bench e nossos testes sintéticos usando o FIO fornecem resultados quase idênticos para esses três sistemas, para que possamos fazer comparações diretas e, para cada teste, listamos um conjunto de pontos para cada configuração de armazenamento.



O software de cache da memória Intel Optane é apenas para Windows; portanto, nossos testes FIO sintéticos baseados em Linux tiveram que ser adaptados para serem executados no Windows. O procedimento de configuração e teste é o mais próximo possível de nossa metodologia usual, mas algumas diferenças importantes significam que os resultados desta revisão não podem ser comparados diretamente com os resultados de nossas revisões usuais de SSD e os resultados publicados no Bench. Em particular, em alguns casos, não foi possível apagar ou formatar com segurança o NVMe no Windows. Nossos testes geralmente envolvem apagar o disco entre as fases principais para restaurar o desempenho, sem esperar pela coleta de lixo do SSD em segundo plano concluir a limpeza e limpeza do cache do SLC. Em uma revisão dos testes sintéticos baseados no Windows, os testes que registram a menor quantidade de dados foram executados primeiro e os testes necessários para o preenchimento de todo o disco funcionaram por último.

O cache de memória Optane requer o uso de drivers Intel. Nosso procedimento usual para testes baseados no Windows é usar o driver NVMe da Microsoft, mas não usar drivers específicos do fornecedor. Os testes de configuração de cache do Optane nesta revisão foram realizados com drivers Intel, mas o driver do Windows é usado por padrão em todos os testes com uma unidade (incluindo testes em apenas um lado do Optane Memory H10).

Nossa bancada de testes Skylake padrão foi projetada para testar os SSDs NVMe no principal slot PCIe x16 conectado ao processador. O cache de memória Optane exige que as unidades sejam conectadas por meio do chipset; portanto, há pouca chance de que a sobrecarga no canal D4 x4 possa afetar as unidades mais rápidas, mas é improvável que o H10 sature essa conexão.

Tentamos incluir medições de potência detalhadas em quase todos os nossos testes de desempenho, mas nesta revisão somos forçados a pular muitos deles. Nosso equipamento de medição de energia de última geração não pode fornecer energia ao slot M.2 em um laptop; ele requer um slot PCIe x4 comum.

Testes de aplicação

Com um sofisticado sistema de armazenamento em camadas, como o Intel Optane Memory H10, os benchmarks mais precisos serão os testes que usam aplicativos do mundo real. O SYSmark 2018 da BAPCo e o PCMark 10 da UL são dois conjuntos concorrentes de testes de aplicativos automatizados. Ambos têm um objetivo comum - fornecer uma avaliação do desempenho geral do sistema, além de várias avaliações adicionais que abrangem vários casos de uso comuns. O PCMark 10 é um teste mais curto e fornece uma análise mais detalhada de vários parâmetros. Ele também carrega a GPU com muito mais força, pois a renderização em 3D está incluída no conjunto de testes padrão e alguns testes do 3DMark estão incluídos no teste avançado. A vantagem do SYSmark 2018 é o uso de versões comerciais completas de aplicativos populares, incluindo o Microsoft Office e o Adobe Creative Suite, e inclui a capacidade de medir o consumo total de energia do sistema durante o teste. A desvantagem desses testes é que eles abrangem apenas os casos mais comuns do uso diário e não simulam uma carga multitarefa pesada. Nenhum de seus subtestes usa o armazenamento intensivamente; portanto, as pontuações variam ligeiramente ao comparar SSDs rápidos e lentos.

BAPCo SYSmark 2018

O BAPCo SYSmark 2018 é um benchmark baseado em aplicativos que usa aplicativos do mundo real para simular o comportamento dos usuários de negócios, com indicadores adicionais de produtividade, criatividade e capacidade de resposta. Os resultados refletem o desempenho geral do sistema e são calibrados em relação a um sistema de referência cujo desempenho é de 1000 pontos em cada cenário. Uma avaliação de, digamos, 2000 significa que o sistema em teste é duas vezes mais rápido que o sistema de referência.









A área de trabalho Kaby Lake e o laptop Whiskey Lake mudam de lugar, dependendo do subteste; às vezes um laptop na frente, graças à sua RAM adicional, e às vezes um computador de mesa na frente, graças a um TDP maior. Essas diferenças geralmente têm um impacto maior do que a escolha do armazenamento, embora o teste de resposta mostre que os parâmetros do disco rígido por si só não são suficientes. Avaliar a Optane Memory H10 com o cache ativado não é muito melhor do que usar apenas parte do QLC, e com o cache do Optane ele funciona aproximadamente no nível de outras configurações SSD mais simples.

Consumo de energia

As classificações de energia do SYSmark mostram o consumo total do sistema, excluindo a exibição. Nosso sistema de teste Kaby Lake consome cerca de 26 watts em modo inativo e atinge valores de potência de pico acima de 60 watts, de acordo com nossos resultados. Os SSDs SATA raramente consomem mais de 5 watts e ficam ociosos com uma fração de watt; além disso, os SSDs realizam a maior parte do teste no modo ocioso. Isso significa que o uso de energia será muito semelhante. O laptop consome significativamente menos energia, apesar de o consumo da tela também ser levado em consideração. Nenhuma das opções de armazenamento com alto consumo de energia (discos rígidos, Optane 900P) pode se encaixar nesse sistema, portanto, os números de consumo de energia também são muito próximos um do outro.



O Optane Memory H10 foi a versão mais gulosa do M.2. Desativar o cache do Optane economiza um pouco de energia, mas não o suficiente para acompanhar as boas unidades baseadas em TLC. O Optane SSD 800P possui maior eficiência energética do que a maioria das unidades flash, mas sua baixa capacidade é um obstáculo ao uso real.

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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