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《哈滴威爾鋼、混好大,混好快》Intel® Optane™ Memory @ 捷元電腦 之 窮究奧義篇!
 
520evoli
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一般會員
發表於2017-06-11 21:59:22

 

《前言》

Intel為補足在傳統硬碟、3D NAND SSD與隨機存取記憶體之間的產品線空缺,最近正式發布了型號為DC P4800X的首款Optane SSD 固態硬碟,售價約台幣46500元,基於售價的緣故,設定為企業級或資料中心使用,容量有375G、750G與1.5T三種。Intel也沒有忘記嘉惠一般終端消費者,目前則推出Intel Optane Memory作為磁碟快取使用,未來則會有消費型的Intel Optane SSD,型號為900P。

有人發畢業問卷問過:「病友社群網站對於病友有沒有幫助?」一位本身是醫生的站長回答說:「廢話,當然有幫助。」然後站長屏蔽了該問卷。

如果問說Intel Optane Memory對於系統效能有沒有助益?答案是當然有助益啊!如果本文只著重於速度有沒有提升,那麼網友大大就可以不用繼續看下去了。結論就是,Intel Optane Memory技術對於磁碟存取與整機效能有相當大的助益。

筆者身為三大本科系的資訊從業人員,當然不能滿足僅於堆砌跑分截圖來撐篇幅或是驗證Intel Optane對於系統效能有沒有助益這個預知的結果。本文將從Intel Optane三大技術 –《3D Xpoint》、《ISRT》與 《M.2 NVMe SSD》帶起,進而探討在Microsoft Windows架構下效能增益所在,並敘述一週來Optane實際為筆者周遭所帶來的體驗改變,並做Optane+HDD、Optane做為SSD、純粹SSD與純粹HDD模式相互比較,另外還有Optane在VM環境應用的研討。

《大綱》

- Intel Optane Memory三大技術解析 
- 規格表 
- 產品開箱 
- 快取機制討論 
- 跑分測試 
- 困局與改善 
- 體驗心得與未來展望

《Intel Optane Memory三大技術解析》

● 3D Xpoint

3D Xpoint的英文念作 Three D Cross-point,關於實際技術細節,原廠僅透露一小部分,是一種由Intel和美光科技於2015年7月發表的新型態記憶體技術。存取效能介於DRAM與NAND Flash之間的半導體技術,相對於DRAM的存取效能較慢,但卻具有斷電時記憶不消逝的非揮發特性。Intel將使用3D Xpoint技術的儲存裝置取一個系列名稱為Optane,原譯為閃騰,後改譯為傲騰,顯然是由意譯改為更貼切的音譯。

3D Xpoint在美光則有QuantX產品,美光的儲存解決方案副總裁說:「3D Xpoint的售價將是DRAM的一半,但比NAND Flash貴4到5倍。」在速度上,Intel的技術資料表示有NAND Flash的10倍的低延遲,3倍寫入壽命,4倍寫入與3倍讀取的效能提升。

NAND Flash已發展了很多年,本質上利用許多微小電晶體裡的電子來表示 0 和 1。3D Xpoint顧名思義,是一種多層線路構成的3D結構,架構上卻捨棄了電晶體,改採用柵狀電線電阻來表示 0 和 1。本質上,3D Xpoint就是電阻式 RAM,美光在材料的研發上有了新突破,藉由Intel 的技術實用化且量產,這就是3D XPoint。

● M.2 NVMe SSD

由於受限於SATA傳輸介面限制,使得SSD無法達到NAND FLASH應有的效能,而且NAND FLASH晶片體積相對於碟盤也小上許多,安置在2.5吋或1.8吋大小的傳統硬碟外殼,都相當浪費空間,在寸土寸金的行動裝置上更不適宜,故便有M.2介面的問世。

Intel® Optane™ Memory雖名為Memory,但本質上屬於一種M.2 NVMe SSD,M.2有三種邏輯架構方式,傳統SATA方式、AHCI的PCI Express介面、NVMe的PCI Express介面。全新設計的NVMe為PCI Express SSD提供低延遲和並列性,並具有更少的資料傳輸階層,較長的命令佇列,優化的中斷處理流程,故更能搭配Intel® Optane™ Memory,發揮其優異的存取效能。

● ISRT

ISRT全名Intel Smart Response Technology,是現今以高速碟+HDD的混碟方式之一,可來提升磁碟存取的效能,一般的做法是以SSD作為HDD的快取空間,混碟在跑分上,能讓大容量的HDD將會有趨近SSD的效能,而且這種快取機制會用越會越快,因為常用的部分已經寫在SSD上,不用回到HDD上找。但不建議容量32GB以下SSD來組ISRT,因為快取空間將會被頻繁寫入,縮短SSD的使用壽命。ISRT容易與I.R.S.T.(全名Intel Rapid Storage Technology),後者是Intel的AHCI/RAID驅動程式,ISRT是架構在I.R.S.T.的功能之一。

而本文中使用Intel Optane Memory作為ISRT的高速碟,除了Intel Optane Memory的速度較SSD快之外,也解決的SSD作為快取碟的短命問題。

《規格表》

 
圖片來源:www.anandtech.com


《產品開箱》

筆者第一次認識捷元電腦是在大學時代在建國電腦商場銷售資訊產品時,那時筆者唯一推薦捷元代理的硬碟,良好的售後服務是筆者堅持採用捷元代理產品的原因。

▲ 本次開箱的主機是捷元電腦的AvBody Optane i7極速快閃,搭載全新第7代Intel® i7-7700處理器與16GB的Intel Optane Memory,出廠安裝Windows 10 Home 64bit,內含ㄧ年期訂閱服務的Office 365個人版。

▲ 正面下方特寫,面板採用菱格紋路設計。右下角還有Intel與Windows的證明貼紙。

▲ AvBody Optane i7極速快閃的側面,側板上貼有捷元的服務資訊。

▲ 現在還有設計防塵蓋的PC主機殼不多了,筆者第一台主機便是採用防塵蓋設計,也很喜歡這種設計。

▲ AvBody Optane i7極速快閃的背面。

 
▲ 完整的I/O介面,共有七個USB插孔,包含兩個Type A USB 2.0、四個 Type A USB 3.0與一個Type C USB,採DVI、D-Sub、HDMI三輸出介面,以及5.1聲道音效介面與Gigabit Ethernet RJ-45網路孔。

 
▲ 免螺絲設計拆背板。

▲ 打開側板看內裝。

▲ 整線俐落,不阻風流。

 
▲ AvBody Optane i7極速快閃採用技嘉主機板H270M-D3H-CF,定位為多媒體文書機,故無搭配獨立顯卡。

▲ 可以插四支DDR4記憶體。

▲ 出廠配備8GB DDR4記憶體x1。

▲ 主機板清楚標示支援Intel OptaneMemory。

▲ Intel® Optane™ Memory採M.2 Type 2280 介面規格設計,2280表示22mm x 80mm大小。

 
▲ Intel 的消費版 Optane採用 M.2 格式,可以看到標籤後方的晶片只有焊上一半,故容量為較小的16GB,而非32G。

▲ 右邊方型晶片為控制器。

 
▲ MIT的Intel® Optane™ Memory是台灣之光,標籤上註明容量為16GB。

▲ Intel® Optane™ Memory背面全貌,無其餘電子零件在背面。

 
▲ 出廠內裝1TB的WD藍標裝機硬碟。

▲ HDD背面全貌。

▲ HDD採用SATA-3介面。

《快取機制討論》

筆者溫故知新一下就讀資訊工程學系時,修習計算機組織與結構與作業系統中所學的記憶體階層管理:

快取擊中率:p

高速記憶體存取速度:v

低速記憶體硬碟存取速度:u

存取時間:T

單位容量搜尋速度:c

高速記憶體大小:s

傳輸區塊大小:S

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

● 情境(1) Optane+HDD vs SSD+HDD 
v為應變變因,其他為固定變因,則因為Optane的速度v較大,所以前者快於後者。

● 情境(2) Optane+SDD vs SSD 
需視v與u的速差、與快取擊中率p有沒有辦法超越cs(演算時間與搜尋索引)所造成的延遲。

● 情境(3) Optane+HDD vs SSD 
與情境(2)相同。

● 情境(4) SSD+HDD vs SSD 
因為p<1且cs>0,故後者快於前者。

● 情境(5) HDD vs 其他模式 
純粹HDD的速度最慢,除非v與u速差小或者cs(演算時間與搜尋索引)太大,不過在市面上銷售的硬體產品不應該存在這種狀況。

《跑分測試》

經由上個章節討論,需要測試驗證的就只有情境(2)與(3)。為避免推砌跑分使得文章結構過於冗長,故將跑分列於專文之中,本文僅以圖表方式討論結果。

專文請見→→→ Intel Optane Memory存取速度與其他磁碟組態之比較

 
▲ 在VM的guest os啟動速度上,映像檔放在Optane的SSD或是Optane作為快取,兩者的開機時間相當,但若是映像檔放在傳統硬碟,則開機速度延遲15秒。

 
▲ 表格以較為全面性的AS SSD Benchmark做為測試數據來分析。黃色部分為直接掛載為OS磁碟的狀況下,橘色部分為放在VM映像檔的所在,進一步整理為長條圖便於比較。

 
▲ 循序讀寫速度長條圖,縱軸單位為MB/s,數據越大表示越快。

 
▲ 4K讀寫速度長條圖,縱軸單位為MB/s,數據越大表示越快。

 
▲ 存取時間(Access Time)長條圖,縱軸單位為ms,數據越小表示越快。

 
▲ 整體評比,紅色為寫入分數,藍色為讀取取分數,累加之後為總分。

由以上圖表得到以下結論:

1. 在Guest OS裏頭測試跑分。不管是黃色或者橙色狀態,在總分上皆顯示Optane Memory as SSD > Optane Memory+HDD > HDD only。

2. Optane單獨作為SSD在存取時間上更有驚人的表現,可以預期Intel Optane SSD產品的驚人表現。

3. 以Optane Memory作為ISRT機制的快取磁碟,能讓循序讀寫效能與Optane SSD相當,這也達成了Intel當初設計時的預期目標。

4. 原本以為黃色(DISK)部分optane-HDD的Acc(讀)部分是測試錯誤,但重複測試的結果依然如此,而在橘色(VM)部分的optane-HDD的Acc(讀)部分,居然可以有效地降低存取時間,讓Optane作為VM的快取可以大幅降低HDD的存取時間,算是這系列測試的意外發現。

5. 3D Xpoint突破NAND Flash的物理極限,在存取時間上取得一個數量級以上的大躍進。因為所使用的磁碟介面不同,與HyperX SSD在傳輸率上的比較僅供參考,但至少可得知Intel Optane Memory勝過SATA介面的SSD。

6. Intel Optane Memory作為ISRT的快取磁碟使用時,能有效提升傳統硬碟的開機時間與檔案讀取速度,更能大幅縮減存取時間。

《困局與改善》

Intel Optane Memory對於以下幾類使用者具有絕對的助益:

1. 新購電腦者:

困局:朋友常抱怨購買電腦後,沒多久又遇到規格跟不上時代,需要再更換配備,勞民又傷財。

改善:筆者身為3C採購的意見領袖,朋友傳訊新購PC主機有無應注意事項 ,筆者表示當然直上Intel第七代處理器與200系列晶片組,才能啟用Intel Optane功能,避免往後還需要再次升級。

2. 大型遊戲玩家:

困局:線上遊戲團練在過地圖是最容易發生意外的,堂妹表示她在玩黑色沙漠時,常常過地圖時與隊友進入的速度不一致而分別被擊破。

筆者表示就是因為把大型遊戲主程式安裝在傳統硬碟,而其他戰友都是使用SSD,所以戰友先進入地圖了,堂妹卻因為卡在讀取而延後進入,才會被各個擊破。

改善:筆者將黑色沙漠安裝在Intel Optane Memory的捷元電腦,只要最近走過的地圖,過地圖速度就會加快,堂妹因此而順利無阻礙地衝等。

3. 七進七出救劉禪:

困局:公司長官表示開啟傳統硬碟中的軟體越來越慢,Outlook信件近兩萬封,啟動與搜尋速度大為下降。

筆者當場畫了說明圖跟老闆解釋,因為Outlook的信件是日積月累產生的,在收信的當下,磁碟機哪裡有空間,作業系統就塞在那哩,久而久之資料就會產生外部破碎,基於傳統硬碟的碟盤結構,讀取頭必需隨時移動到資料所在磁區,而且反方向搜尋時還必須減速,根本就是《七進七出救劉禪》,無法提升存取時間(Access Time)是物理限制,也是幾十年來磁碟速度無法大幅突破的痛。

長官擺起官架子,認為這是資訊人員份內應該處理的事,沒有藉故推拖的理由。老闆更不想要重灌作業系統,想要維持舊有傳統硬碟內的使用環境,還想要升級使用效能,。

改善:筆者馬上扛來公司剛剛採購的捷元電腦AvBody Optane i7極速快閃,裡面搭載了Intel Optane Memory,將老闆的舊傳統硬碟移入,並將Windows 7升級成Windows 10與安裝驅動程式後,交給老闆使用,拜ISRT奏效之故,Outlook信件所在資料依演算法被存放在Intel Optane Memory中,順利解決了老闆的難題,老闆表示以後新購電腦皆將Intel Optane作為必購選項。

4. 對採購有預算上限,又想兼顧容量與效能者:

困局:原先之困難:由於影像工作室所存放的多媒體資料相當龐大,擔任美工設計師的表弟因為採購有預算上限,又想兼顧容量與效能,曾經採購過混合硬碟SSHD,卻得不到開檔速度的提升,表弟現在希望應用程式開啟任何資料都能加速。

改善:筆者告知,由於混合硬碟的快取容量太小,演算法只有加速程式執行部分,對於多媒體資料並沒有進行快取行為,而快取空間高達32GB的Intel® Optane Memory,可以快取整顆系統碟,工作時將修圖或算圖的檔案放在系統碟中,作業完畢之後在放到資料碟或者NAS上歸檔,就可以提升工作效率。表弟大呼大好,表示Intel® Optane Memory就是他想要的產品,趕快跟公司申請預算。

5. 程式設計師:

困局:程式設計師編譯大型專案時,耗時甚久影響工作效率。

改善:在反覆編譯程式或除錯的過程中,往往讀取的是相同的動態連結程式或程式碼,所以Intel® Optane Memory的快取機制也相當有幫助。

6. 懶得整理硬碟空間:

困局:是男人都有一個神秘的D槽,老哥表示使用分別獨立的SSD與HDD,常常遇到C槽系統碟容量不足的問題,一兩百G的SSD不能滿足老哥,時常要整理不常使用的遊戲與應用程式,資料或多媒體檔案還必須搬到D槽才行,但是老哥又是一個很懶惰的人。

改善:筆者馬上展示搭載Intel® Optane Memory技術的捷元電腦,可以裝很大的傳統硬碟當作系統碟,而且存取速度相當於SSD,老哥馬上上網刷了一台同型號的電腦。

7. 網路搶票:

困局:家人長期在榮總呂醫師追蹤疾病,由於很難搶到網路掛號,故我們稱之為「秒殺呂」。但由於呂醫師到市立醫院支援一天門診,在榮總就少一天門診,所以要搶到掛號可以說是難上加難。

改善:有Intel Optane的加持,整機效能的增進,居然讓我幫家人搶到這次網路掛號的號碼啊!感謝Intel,感謝Optane!

《體驗心得與未來展望》

許多年以來,PC硬體的發展已經逐漸停滯,但Intel® Optane™的出現讓筆者瞬間興奮起來,根據Intel與美光透露出的技術細節,3D Xpoint將為資料中心帶來一股革命性的浪潮,原因倒不是由於3D Xpoint顆粒只有DRAM一半的價格,而是3D Xpoint的非揮發性與比NAND Flash快上幾倍的速度,再加上寫入壽命遠遠高過於NAND Flash,3D Xpoint改善NAND Flash的缺點,卻有接近DRAM的效能,應用在價格不是問題的伺服器領域,筆者推測3D Xpoint將會有以下的爆炸性應用:

(1) 使用在NAS以突破I/O瓶頸與IOPS。

(2) 提供快速的休眠與休眠回復。

(3) 作為純寫回(Write Back)的磁碟快取,磁碟不用怕停電。

(4) 作為虛擬記憶體的最佳首選。

(5) 資料庫伺服器切割特定分割區置放高回應需求的資料表或者索引表。

(6) 作為網路設備或IoT設備的主記憶體,另以DRAM作為快取。

(7) 使用在低使用率的虛擬機器上,將其置換到3D Xpoint上,也能有極快的回覆時間。

(8) 使用在高使用率的虛擬機器上,3D Xpoint作為系統碟以改善I/O瓶頸。

以上到底會命中幾條,過幾年後便分曉。

本文跑分驗證得知Intel® Optane™ Memory受限於使用的M.2規格,速度上限受制於介面結界,日後勢必有為Intel® Optane™產品量身訂做的傳輸匯流排介面,已解除Intel® Optane™的速度封印。

由於Intel Optane Memory有32G之多,比之前被罵死的8G+1T混合碟快上許多,實際使用上,已經可以感覺Intel Optane+HDD與SSD速度的些微差異,這並不是只有在實驗室測速才有速差感。況且CPU採用i7-7700,用起來比筆者原先的第六代Intel Core i5處理器加上Kingston HyperX SSD還快上一點,但由於原本主機的速度就不慢,所以增加幅度不大,增加爽度稍可。

當日後類似3D Xpoint的技術普及之後,市場價格勢必下降,將直接壓縮到NAND Flash的生存空間,基於目前的價位、速度特性與容量大小,作為磁碟快取的Intel Optaner Memory是現今在PC生態位上最適宜的產品線,未來則會有型號為900P的消費型Intel Optane SSD。

筆者身為3C採購的意見領袖,朋友傳訊新購PC主機有無應注意事項 ,筆者表示當然直上Intel第七代處理器與200系列晶片組,才能啟用Intel Optane功能,避免往後還需要再次升級。

捷元全系列客製化機由迷你電腦到大型伺服器等級皆有販售,更有全省多達126經銷服務據點,唯一五年保固領先業界,MIT整機台灣製造,系出名門有保障,出廠前燒機72小時,產線更有ISO認證。不同於採購主機板廠所出品的品牌機,捷元更提供多廠牌零組件的彈性選擇。

想要有完美的售後服務,讓磁碟整體速度與SSD同等級,卻也要有傳統硬碟的大容量,加上超高耐寫次數,選購內建Intel Optane Memory的捷元電腦,正是最好的選擇。

 
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  #1    RE:《哈滴威爾鋼、混好大,混好快》Intel® Optane™ Memory @ 捷元電腦 之 窮究奧義篇!
 
micheallin
(1)
版主
發表於2017-06-18 11:57:55
520evoli wrote:
 《前言》Intel為補足在傳統硬碟、3DNANDSSD與隨機存取記憶體之間的...(恕刪)

感謝分享,但是

沒寫到跑黑沙用甚麼顯卡

這種主機最大的缺點就是power不足想加顯卡也難

 

 
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  #2    本文已刪!散佈色情圖片或內容!
abc3243發表於2018-12-01 19:02:00
 
      
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