採用3D XPoint的新型製程技術，英特爾提供新世代固態硬碟

在2015年中，英特爾與美光宣布合作發展新一代記憶體技術3D XPoint，強調能提供的效能及耐用度，可達到現行NAND Flash的1,000倍，後來英特爾將採用這套技術的系列產品，命名為Optane。而在2017年3月，英特爾終於正式推出資料中心等級固態硬碟Optane SSD DC P4800X，除了具備更快的資料存取速度與更長的使用壽命，作為伺服器的儲存裝置或快取，他們也引進了新的軟體定義記憶體（Software Defined Memory，SDM）技術，能將Optane SSD用於DRAM記憶體的部分容量取代或延伸。

而這款產品推出之後，英特爾也積極與許多IT廠商合作，希望推動相關的應用生態系。

例如，微軟針對旗下伺服器作業系統Windows Server 2016裡面的軟體定義儲存技術——Storage Spaces Direct，宣布未來將會支援這款儲存裝置。

更早之前（2016年11月），IBM Cloud也宣布和英特爾合作，提供Optane SSD搶先試用。這項在2016年底上線的服務，稱為「Intel Optane SSD Innovator Testbed」，是在IBM Cloud資料中心裡面的聯想伺服器上執行（聯想本身也是Optane先期採用的OEM廠商之一）。而在2017年下半，IBM也將在Bluemix平臺上，推出許多底層採用Optane SSD儲存裝置的新型服務。

而在系統廠商方面，我們也看到Supermicro在全系列伺服器產品線，宣布支援Optane SSD，初期將會針對這款固態硬碟的PCIe擴充介面卡形式為主。若以2U伺服器為例，該公司表示，每臺設備將可提供6百萬IOPS的寫入效能，以及16.5TB的Optane高效能儲存空間。
HPE也在2016年底預告，將會在他們正在發展的儲存系統加速技術3PAR 3D Cache當中，支援Optane SSD這類型的儲存等級記憶體（Storage Class Memory）。3PAR 3D Cache是一種DRAM快取的延伸，可結合HPE 3PAR的智慧型快取演算法，以及NVMe協定，預計可大幅提升HPE 3PAR StoreServ All Flash儲存系統的效能。

對於Optane SSD的應用上，英特爾也和許多廠商合作，橫跨企業用戶、獨立軟體開發商，以及系統OEM廠商。

提供超越現行NAND Flash技術的效能與耐用度

如同上述提及的特色，Optane SSD DC P4800X這款產品因為採用3D Xpoint技術的關係，因此具有低延遲度、高吞吐量的存取性能，並且具有相當大的耐用度，能做到更好的儲存服務品質控管（QoS）。

相較於現行NAND Flash固態硬碟，在新推出的Optane SSD DC P4800X當中，英特爾強調三種優勢：首先在更低的佇列深度，即可提供高I/O效能；其次是在高存取負載的情況下，反應時間卻能更短，幅度可達到35倍；對於應用程式讀取資料時的反應時間，也有六、七十倍的改進。

而在後續發布的規畫上，今年3月中之後，英特爾會先推出容量、介面卡形式的產品，希望在下半年能夠普及；第二季則是發布375GB的U.2形式產品，以及750GB的介面卡與U.2產品；下半年預計推出1.5TB容量的產品。

以資料存取的效能而言，P4800X即使面對的是佇列深度（Queue Depth）較低的工作負載，也能提供5到8倍的效能增長幅度，而且在單一存取的情況下，就能達到很高的吞吐量與很低的延遲。舉例來說，P4800X在佇列深度為11的狀態下，就能提供50萬IOPS，或是2GB/s的效能，相較之下，一般採用SATA或NVMe介面的固態硬碟，若要展現最大吞吐量的效能，往往必須搭配更大的佇列深度（SATA為32，NVMe是128）的組態。

這也是4K隨機讀寫70/30的測試，差異在於佇列深度（Queue Depth）。NAND Flash固態硬碟在佇列深度較大的狀態下，可提供更高的I/O效能，但Optane SSD（黃色部分）在佇列深度較小的狀態下，就能具有不錯的效能，與前者相差5到8倍。

圖中是4K隨機讀寫70/30的測試，P4800X在I/O負載持續提升的情況下，讀取的延遲度都維持在更低的狀態，可到10微秒以下，在服務品質的控管（QoS）上，不會超過 200毫秒。

而採用NAND Flash設計的P3700，延遲度卻呈線性增長的趨勢，反應時間是P4800X的10倍，若在QoS的測試下，反應時間可長達P4800X的100倍。

至於P4800X在效能上的另一個特色——低延遲度，根據英特爾內部的隨機寫入資料量2GB/s的壓力測試結果來看，這臺固態硬碟在讀取資料的反應時間，仍可維持在30毫秒以下。而且，在同樣的龐大工作負載下，若以英特爾NAND Flash的SSD DC P3700為基準，P4800X在這方面的表現，可達到8到40倍——當單位時間的寫入資料量越大，P4800X的反應時間平穩，P3700卻是線性增加，因此兩者的差距越來越大。

此外，P4800X若面對隨機寫入的工作負載，對於讀取資料的反應時間也是相當快，若同樣以P3700為對照組，P4800X在99％的讀取反應時間，可達到60倍之高！而有了這樣的效能，企業可以進一步加快各種資料分析作業，提供更穩定、迅捷的存取服務品質。

在混合式工作負載、QoS，以及佇列深度為1的設定下，P4800X（黃色部分）的讀取反應時間幾乎都在很短的時間內，相較之下，P3700的讀取反應時間分散、不平均，與P4800X之間的落差，最大可到60倍。

圖中是在增加持續隨機寫入資料量的情況下，觀察NAND Flash SSD與Optane SSD之間的效能差距。隨著每秒寫入的資料量越來越大，P4800X（黃色部分）讀取資料的反應時間非常短暫，而且平穩，而P3700的反應時間卻越來越長，因此P4800X領先幅度也越來越明顯，甚至可達到40倍之高。

而在儲存裝置本身的耐用度，Optane SSD在每日寫入量（DPWD）可達到30以上，而且這方面的規格還有向上擴充的空間，因為，英特爾在這系列固態硬碟當中，特別運用了就地寫入（Write in place），以及非破壞性的寫入處理等技術。

若以我們現行使用的NAND Flash固態硬碟來看，每日寫入量是在0.5到10之間，因此，新推出的P4800X，以及日後其他款Optane SSD，載使用壽命上，也會比傳統固態硬碟要來得長。

耐用度更佳，也是Optane SSD的優點之一。英特爾表示，若以P4800X 750GB容量的機型，對上NAND Flash固態硬碟P3700 800GB的機型，在這樣相近的儲存容量下，前者可寫入的資料量是後者的2.8倍。
值得一提的是，NAND Flash固態硬碟的每日寫入量（DPWD），一般而言，是0.5到10之間，但Optane SSD的DPWD，則為30以上，當中應用了Write in place技術，以及非破壞式寫入的方式。

支援新的軟體定義記憶體技術，能以固態硬碟之姿，大幅擴充伺服器的記憶體容量

除了固態儲存的應用之外，P4800X也採用了英特爾新發展的Memory Drive Technology，能夠將固態硬碟整合為系統記憶體的子系統，形成非揮發的記憶體共用資源池，讓作業系統和應用系統將SSD當成DRAM來存取。

目前Optane SSD有兩種使用方式，一種是作為系統的儲存裝置與快取，不同於DRAM、NAND固態硬碟。

另一種Optane SSD的用法，則是作為延伸記憶體來配置，可透過軟體定義記憶體的技術Memory Drive Technology，將DRAM和Optane SSD融合為記憶體資源池。

在當時的簡報內容裡面，英特爾表示，Memory Disk搭配NVMe固態硬碟之後，能針對兩種情況的應用：取代部分記憶體，以及擴充記憶體。前者可節省記憶體成本與電費，後者則是能在伺服器原本的系統記憶體最大容量限制下，以NVMe固態硬碟增加系統記憶體空間。

不過，當時英特爾提到NVMe固態硬碟的單位儲存成本，主要是以P3700的容量作為基準，號稱可以用固態硬碟的2.5倍成本，提供到5倍記憶體容量。

以運作方式而言，這項技術是一種軟體的中介層，執行在作業系統以下的層級，能夠將固態硬碟轉換成記憶體，並且軟體會判斷資料應該存放的位置，以便達到最佳效能。

使用者可透過軟體將Optane SSD與系統記憶體配對，而以單一記憶體資源池的形式呈現在作業系統當中，換言之，應用系統可在不需修改的情況下，即可應用Optane SSD，並用這樣的儲存裝置來擴展記憶體資源池。

事實上，Memory Drive Technology使用的軟體，主要是英特爾向ScaleMP公司取得授權而來，而這家公司的強項是軟體定義式記憶體相關技術。在2016年8月，他們宣布旗下的SDM已針對Optane SSD進行最佳化。

在英特爾所公布的產品規格當中，我們也看到Memory Drive Technology能夠運用的軟體定義記憶體容量，最大可到64TB，而在與系統記憶體之間的搭配上，英特爾建議Optane SSD的容量，最大可採用8倍的配置，也就是說，若系統記憶體為128GB，Optane SSD最大可搭配1024GB。

將DRAM搭配Optane SSD、Memory Drive Technology之後，可獲得更大的系統記憶體容量。若以Xeon E5 v4系列處理器為例，在2路伺服器的記憶體組態，最大可到3TB（24個插槽裝上每支容量為128GB的記憶體），而Memory Drive Technology軟體在2路伺服器當中，最大可支援24TB的定址空間。所以，在這種方式下，伺服器的記憶體可擴充到原來的8倍。

在英特爾公布的資料當中，在這樣的記憶體共享機制下，特定應用程式可以獲得近乎完全在系統記憶體內執行的良好效能，但有些應用程式工作負載不一定能發揮效能優勢。

而在這樣的架構下，伺服器端的組態與使用，也有一些條件與限制，需要注意。

例如，伺服器端可搭配的處理器為Xeon E5與E7的v2系列以後的CPU，支援到8路架構；在儲存裝置方面，這項技術需要搭配具有系統開機能力的儲存媒體使用，並且不支援熱插拔的作法。

作業系統的部分，Memory Drive Technology目前支援兩種平臺——Red Hat Enterprise Linux 6.5到7.3版，以及SUSE Linux Enterprise Server 11 SP4到12 SP2，而且，安裝這些Linux作業系統時 伺服器端必須設為非UEFI的模式。

Memory Drive Technology所形成的記憶體資源池，現階段主要針對的是Optane SSD與DRAM，未來也將支援以3D XPoint設計的DIMM記憶體模組。

產品資訊

Intel Optane SSD DC P4800X
●原廠：Intel(02)6622-0000
●建議售價：廠商未提供
●可用容量：375GB、750GB、1.5TB
●存取效能：50萬IOPS（4K隨機讀寫70/30）
●延遲度：低於10微秒
●使用介面：PCIe 3.0 x4、NVMe 1.2
●外型：半高半寬介面卡、2.5吋U.2

【註：規格與價格由廠商提供，因時有異動，正確資訊請洽廠商】