Кто сказал, что Intel Optane SSD DC P5800X — не для ПК? Обзор и тест самого быстрого накопителя в мире

Накопители, основанные на принципиально новой памяти 3D XPoint, в последнее время мы вспоминаем всё реже и реже. Очевидно, что эта технология, несмотря на прорывной характер и многообещающие перспективы, оказалась не столь проста для применения в реальных продуктах. Она была представлена в 2015 году, а спустя два года Intel приступила к внедрению памяти 3D XPoint в накопители для серверного и десктопного сегмента, которые получили марку Optane. Однако, несмотря на тёплый приём — ещё бы, SSD с памятью 3D XPoint выдавали впечатляющую производительность и гарантировали высокую надёжность хранения данных, — накопители Optane не стали бестселлерами, а заняли всего лишь очень узкую нишу на рынке.

Серьёзной проблемой Optane оказалась их стоимость, которая в несколько раз превысила стоимость традиционных SSD аналогичного объёма. Более того, в отличие от SSD, построенных на флеш-памяти, накопители серии Optane не дешевели со временем, и если в момент появления они стоили примерно в два с половиной раза дороже классических SSD с интерфейсом NVMe, то сейчас разрыв в цене дошёл уже до шестикратного размера. Всё это в конечном итоге обусловило смену парадигмы: если вначале казалось, что технология 3D XPoint способна стать фундаментом нового класса твердотельных накопителей с высокими потребительскими характеристиками, то теперь Intel явно задвинула накопители Optane на второй план и занялась продвижением изделий класса Persistent Memory — дорогих энергонезависимых модулей памяти для серверных конфигураций.

При этом хороших новостей для пользователей, заинтересованных в высокопроизводительных носителях информации, практически нет. Построенные на 3D XPoint накопители, которые Intel до недавнего времени предлагала для десктопов высокого класса, Optane SSD 900P и 905P, сняты с производства и окончательно перестали поставляться с начала этого года. Попутно Intel подтвердила, что эволюция чистокровных 3D XPoint-моделей SSD для энтузиастов завершена, и никаких новых продуктов в этом ряду ждать не стоит. А значит, единственное решение с памятью 3D XPoint, которое осталось доступно на потребительском рынке, это Optane Memory H20 — комбинированный накопитель, где в единый массив собраны 512 Гбайт или 1 Тбайт традиционной QLC 3D NAND и небольшой 32-Гбайт кеш на базе 3D XPoint. Однако такой гибрид для высокопроизводительных ПК, естественно, не подойдёт — его Intel предлагает ставить в ноутбуки среднего уровня.

Ещё одна грустная новость недавно пришла от Micron, которая развивала технологию 3D XPoint параллельно с Intel. В прошлом месяце эта компания объявила об отказе от дальнейшего участия в разработках 3D XPoint и накопителей QuantX на её основе. При этом соответствующие производственные мощности Micron собирается перепрофилировать и продать, то есть выпуска SSD, которые смогли бы занять нишу Optane SSD 900P и 905P, не стоит ждать и со стороны этой компании.

Однако говорить о полном сворачивании направления Optane пока рано. Модели для серверного рынка никуда не делись, и, более того, в отличие от своих десктопных собратьев, они продолжают развиваться. Так, в конце прошлого года Intel представила Optane SSD DC P5800X — серверный накопитель нового поколения, в котором нашёл место комплекс улучшений по сравнению с теми Optane, что были доступны ранее как пользователям настольных компьютеров, так и в серверном сегменте. И этот продукт вызывает неподдельный интерес, особенно с учётом того, что Intel в момент анонса назвала его не иначе как «самый быстрый в мире твердотельный накопитель».

Памятуя о том, насколько впечатляюще смотрелись в десктопах Optane SSD 900P и 905P, нам захотелось попробовать применить в обычном компьютере их технологического преемника — улучшенный Optane SSD DC P5800X, пусть он и имеет серверное предназначение. Хотя новый «большой Optane» — очень дорогой SSD, который стоит даже больше, чем стоили Optane SSD 900P и 905P, радикальные энтузиасты, располагающие неограниченными бюджетами (да, такие бывают), вполне могут заинтересоваться таким предложением. Тем более, установить серверный Optane SSD DC P5800X в настольной системе ничто не мешает — это накопитель со стандартным интерфейсом PCIe 4.0 x4, работающий по протоколу NVMe 1.3. Именно поэтому и появилась данная статья, в которой мы сначала поговорим о том, что представляет собой Optane SSD второго поколения в принципе, а затем коснёмся столь интригующих практических аспектов использования Optane SSD DC P5800X в современном высокопроизводительном ПК.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Optane SSD DC P5800X относится ко второму поколению накопителей Optane, известному ранее по кодовому имени Alder Stream. Это поколение получило как новый контроллер, так и новую версию памяти 3D Xpoint.

Что касается контроллера, то в нём, с одной стороны, появилась поддержка интерфейса PCIe 4.0 x4, а с другой — заметно выросло быстродействие, чтобы заполнение полосы пропускания этой шины, которая достигает 7,9 Гбайт/с, не становилось для него проблемой. Новая 3D XPoint, в свою очередь, стала результатом масштабирования технологии производства данной энергонезависимой памяти по вертикальной оси и отличается четырёхслойным дизайном (первое поколение этой памяти ограничивалось использованием лишь двух слоёв). В сумме с новым контроллером она должна обеспечивать принципиальный прирост производительности — по крайней мере, так говорит сама Intel. Следовательно, не будет преувеличением назвать Optane SSD DC P5800X революционно улучшенным продуктом, который должен поднять знамя 3D XPoint и Optane на недосягаемую высоту.

Хотя речь идёт и про прорывные технологии, и про решения для дата-центров, внешний вид Optane SSD DC P5800X вряд ли напугает обычного человека. Выглядят накопители этой серии как привычные 2,5-дюймовые «кирпичики» высотой 15 мм, то есть как два сложенных вместе потребительских SSD с SATA-интерфейсом. Стоит напомнить, что некоторые версии Optane SSD 905P, которые Intel предлагала энтузиастам, выглядели точно так же.

А это означает, что с подключением Optane SSD DC P5800X в обычную настольную систему возникнет уже известная проблема, связанная с тем, что такие накопители используют кабельный разъём SFF-8639 (или U.2). Когда-то производители материнских плат пытались сделать форм-фактор и разъёмы U.2 стандартом для HEDT-платформ, но у них ничего не получилось — пользователи сделали выбор в пользу более практичных слотов M.2. А вот в серверах коннекторы SFF-8639, напротив, прижились, что вполне закономерно, поскольку там накопители в подавляющем большинстве случаев эксплуатируются в корзинах.

Впрочем, проблема с подселением U.2-накопителя в настольную платформу отнюдь не непреодолимая, ведь что M.2, что U.2 — это всего лишь разные по физическому исполнению варианты одного и того же интерфейса PCI Express x4. Например, в случае с 2,5-дюймовыми версиями «гражданских» Optane SSD 905P подключать U.2-накопитель предлагалось в обычный слот M.2, для чего Intel добавляла в комплект поставки специальный кабель-переходник. С Optane SSD DC P5800X такого переходника, естественно, не будет, но что-то подобное нетрудно найти, например, на Aliexpress. Подойти может и карта-конвертер, позволяющая установить U.2-накопитель напрямую в слот PCIe.

Самым заметным отличием Optane SSD DC P5800X от накопителей Optane предыдущих изданий является то, что он рассчитан на использование более скоростной шины PCIe 4.0 x4. Однако, поскольку с электрической точки зрения четвёртая версия PCIe не отличается от третьей, никаких специальных переходников и кабелей не требуется – более скоростной режим интерфейса будет работать с теми же конвертерами, которые изначально позиционировались как PCIe 3.0.

Корпус Optane SSD DC P5800X сделан таким образом, чтобы эффективно отводить тепло. Он выполнен из алюминия и фактически представляет собой один большой радиатор. И это не просто так – столь высокопроизводительное решение действительно заметно нагревается во время работы. Впрочем, если сравнивать с Optane прошлого поколения, никакого прироста в тепловыделении не видно — его максимум остался на уровне 21 Вт.

Но внутренности накопителя действительно полностью новые. Единственное, что тут осталось от Optane прошлых поколений, — это фирменные голубые термопрокладки забавной овальной формы. В остальном же сходства с накопителями прошлого семейства не прослеживается — полностью переделана даже печатная плата.

Впрочем, это и не удивительно. Прошлый контроллер (условно называемый SLL3D), который Intel использовала в накопителях Optane, имел лишь семиканальную архитектуру, и поэтому к нему возникали претензии в части максимальных линейных скоростей, которые у накопителей серии Optane оказывались ниже, чем у SSD с NAND-памятью. Новый контроллер (SLNBF), который используется в Optane SSD DC P5800X, работает с массивом 3D XPoint уже по восьми каналам, и его возможностей вполне хватает для того, чтобы при линейных обращениях к памяти задействовать пропускную способность шины PCIe 4.0 x4 почти полностью.

В процессе знакомства с Optane SSD DC P5800X мы разобрали накопитель паспортной ёмкостью 800 Гбайт (десятичных гигабайт, то есть в реальности – 745 «честных» гигабайт), и его массив памяти оказался набран восемью микросхемами ёмкостью по терабиту каждая. Таким образом, в 800-гигабайтном SSD установлен 1 Тбайт памяти 3D XPoint, более четверти которой служит своеобразным запасом.

Ещё одна интересная особенность печатной платы второго поколения Optane — наличие посадочных мест под DRAM-память. Вообще, накопители на базе 3D XPoint в DRAM-буфере не нуждаются. 3D XPoint — память с прямым доступом, и она позволяет обходиться без таблиц трансляции адресов, которые в традиционных SSD как раз и кешируются в динамической памяти. Поэтому отсутствие чипов DRAM в Optane SSD DC P5800X совершенно неудивительно. Но Intel всё-таки предусмотрела возможность установки в такие накопители микросхем DRAM, а значит, для каких-то пока не очень ясных целей в будущие модели Optane динамическая память может попасть.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Предваряя таблицу с характеристиками Optane SSD DC P5800X, хочется ещё раз напомнить, что мы говорим о накопителе, который построен на совершенно иных принципах по сравнению с привычными SSD. Во-первых, 3D XPoint — это память с прямым доступом, в отличие от NAND, имеющей страничную организацию. Во-вторых, основываясь на эффекте фазового перехода вещества, она не нуждается в предварительной очистке перед операциями записи. В сумме это позволяет осуществлять многоканальный доступ в массив памяти даже при мелкоблочных операциях, обходиться без сложных трансляций логических и физических адресов друг в друга и упразднить операции сборки мусора и TRIM. В результате производительность Optane при случайных операциях с небольшими блоками оказывается неожиданно высокой, а латентности при обращении данных – феноменально низкими.

Кроме того, запись в 3D XPoint почти не изнашивает физическую структуру ячеек, поэтому накопители Optane выделяются в том числе и исключительным ресурсом. А в случае с Optane SSD DC P5800X, который нацелен на использование в дата-центрах, ресурс дополнительно увеличен за счёт выделения достаточно существенной части массива памяти под резерв.

Optane SSD DC P5800X выглядит внушительно не только при сопоставлении с любыми потребительскими SSD, которые он превосходит и по параметрам выносливости, и по скорости произвольных операций. Вместе с тем Optane второго поколения уверенно опережает по паспортным показателям и своих предшественников. Не важно, сравниваем мы его с десктопным Optane SSD 905P или с серверным Optane SSD DC P4800X, новый Optane SSD DC P5800X выигрывает по производительности как минимум вдвое. Причём это касается как линейной, так и мелкоблочной скорости — роль здесь играет и переход на интерфейс PCIe 4.0 x4 с удвоенной пропускной способностью, и увеличение мощности базового контроллера.

Примерно то же самое можно сказать и про ресурс — на новый Optane писать разрешено на две трети интенсивнее, даже если сравнивать с флагманскими моделями прошлого поколения для дата-центров. В новой модели выносливость выросла настолько, что Intel разрешает перезаписывать полную ёмкость до 100 раз в день, что открывает перед этим SSD возможность использования в качестве дискового кеша в самых интенсивных серверных нагрузках. Действительно, в случае модели с ёмкостью 1,6 Тбайт такой ресурс позволяет непрерывно и круглосуточно записывать данные на накопитель со скоростью 1,85 Гбайт/с.

Но в этом материале мы будем говорить о Optane SSD DC P5800X в контексте его применения в десктопных системах — поднять эту тему нас заставило нежелание Intel выпускать какую-либо потребительскую альтернативу этому SSD. Однако не нужно забывать, что это всё-таки накопитель серверного класса. Наглядно убедиться в этом можно, взглянув на показатели производительности при многопоточных нагрузках с глубокими очередями запросов.

Предваряя основную часть тестирования, мы измерили мелкоблочную производительность Optane SSD DC P5800X при случайном чтении, записи и в случае смешанных операций (70 % из которых составляли операции чтения и 30 % — записи) при обращениях к нему в восемь потоков. Для десктопных систем такие нагрузки нехарактерны, но эти тесты позволят оценить потенциал накопителя при использовании по прямому назначению — в качестве буферного диска в высоконагруженном сервере.

Результаты говорят сами за себя — накопитель с лёгкостью обеспечивает более миллиона IOPS, причём на неглубоких очередях запросов его производительность отнюдь не проваливается. Даже без очереди запросов он выдаёт более полумиллиона IOPS, на что традиционные SSD не способны даже близко. Ещё один любопытный факт касается того, что максимальные показатели на приведённых выше графиках обуславливаются не столько предельными возможностями нового Optane, сколько мощностью используемого нами десктопного процессора (Core i9-11900K), который попросту не позволяет сгенерировать такое количество запросов к дисковой подсистеме, с которым способен справиться Optane SSD DC P5800X.

Также очень убедительно Optane второго поколения выглядит и в сценариях с различной по характеру смешанной нагрузкой. В отличие от традиционных накопителей он отлично работает в полнодуплексном режиме — производительность не проседает, если ему одновременно приходится выполнять операции чтения и записи в несколько потоков. Иными словами, накопитель действительно очень мощный даже по меркам специализированных SSD для центров обработки данных.

Ещё один график, который мы должны предъявить в подтверждение прогрессивности Optane SSD DC P5800X, показывает, как изменяется (а вернее, не изменяется) скорость непрерывной случайной многопоточной записи. В традиционных накопителях на базе флеш-памяти в такой нагрузке мы обычно сталкиваемся с двумя последовательными падениями производительности – при исчерпании объёма SLC-кеша и при окончании во флеш-памяти свободных страниц. У Optane никаких подобных эффектов не наблюдается – память 3D XPoint имеет колоссальное быстродействие без каких-либо технологий кеширования и не нуждается в предварительной подготовке (очистке) перед повторными записями. В результате Optane SSD DC P5800X — накопитель с постоянной производительностью, сколько на него ни пиши.

Что же касается применения Optane SSD DC P5800X в настольных компьютерах, то в этом случае он способен «выстрелить» по другим причинам — за счёт высокой скорости обработки неконвейеризованных мелкоблочных операций. Но нужно понимать, что использовать его в десктопах могут захотеть лишь отдельные индивидуумы. Всё дело в цене — даже младшая модель Optane SSD DC P5800X ёмкостью 400 Гбайт стоит сейчас примерно 100 тысяч рублей, и это превышает стоимость привычных NVMe SSD более чем на порядок.