Nowa pamięć Intela oferuje dwukrotnie szybszy start systemu operacyjnego, wzrost wydajności o 28%, ładowanie gier szybsze o 67% i kosztuje jedynie 44 dolary. Ale to dopiero początek i choć zaczyna się od komputerów to z czasem Optane Memory powinna trafić do innych urządzeń, takich jak np. smartfony.

Według badań Intela przeciętny użytkownik codziennie uruchamia 11 aplikacji, z których każdą otwiera następnie siedmiokrotnie. Zastosowanie pamięci Optane przyspiesza pracę dysków 14-krotnie. Czas potrzebny na uruchomienie takich aplikacji jak Microsoft Outlook skraca się prawie sześciokrotnie, a przeglądarki Chrome – pięciokrotnie. Gry można uruchamiać nawet o 67% szybciej.

Tak duże przyspieszenie jest zasługą zastosowania nowej generacji pamięci 3D XPoint, nad którą Intel wraz z firmą Micron pracuje już od 2012 roku. W porównaniu z pamięcią RAM oferuje ona 4-krotnie większą gęstość zapisu i w przeciwieństwie do niej jest nieulotna, czyli zachowuje się tak jak karta microSD czy każdy pendrive. Równocześnie 3D XPoint, w stosunku do pamięci NAND, z jakich zbudowane są dyski SSD, charakteryzuje się 1000 razy szybszym czasem dostępu do zapisanej na niej informacji. Intel opisuje ją jako pierwszą od 25 lat rewolucję w dziedzinie pamięci półprzewodnikowych.

Droga do 3D XPoint (Zdjęcie: Intel Corporation)

3D Xpoint działa, ale możemy tylko się domyślać jak

Jak opisuje ją dr hab. inż Paweł Gepner „3D XPoint stanowi radykalne odstępstwo od wcześniejszych rodzajów pamięci, gdzie komórki pamięci nie są ułożone płasko, ale w trzech wymiarach. Pomyślmy, ile samochodów można  zaparkować na wielopiętrowym parkingu, a ile na parkingu jednopoziomowym.”

I choć z technologicznego punktu widzenia 3D Xpoint wykazuje podobieństwa do pamięci PCM (Phase Change RAM) czy też pamięci bazującej na memrystorach, to Intel twierdzi, że nie wykorzystuje tych technologii. To jaki mechanizm kryje się z nową pamięcią pozostaje wciąż tajemnicą. To co wiadomo, zawarte jest w tym zdaniu: Nie używa elektronów. Jest to właściwość materiału. 

Tak zbudowana jest pamięć 3D XPoint (Zdjęcie: Intel Corporation)

Z materiałów Intela można jednak wysnuć kilka wniosków. Pamięć ma trójwymiarową strukturę, którą tworzą kolumny zbudowane z ułożonych na sobie selektorów i komórek pamięci. Każda komórka może przechowywać 1 bit danych. Selektor funkcjonalnie odpowiada tranzystorowi i służy do zmiany logicznego stanu komórki pamięci, ale jest znacznie od niego mniejszy. Wszystkie kolumny połączone są siecią, przylegających do nich od góry i od dołu, prostopadłych do siebie mikroprzewodów (vide: Xpoint – cross point, skrzyżowanie), za pomocą których adresowane są komórki pamięci. Tak zbudowana warstwa może być układana jedna na drugiej w celu zwiększenia pojemności pamięci.

W przeciwieństwie do pamięci NAND, potrzebującej stosunkowo wysokiego napięcia do wyczyszczenia komórki, które z czasem ją zniszczy, 3D Xpoint zadawala się niskim napięciem. Dodatkowo nie wymaga też procedury czyszczenia przed wykonaniem każdej operacji zapisu. W pamięciach Intela binarne stany 0 i 1 uzyskuje się przykładając do komórek różne wartości napięcia. Najważniejsze jest jednak to, że te operacje wykonywane są na jednej, konkretnej komórce pamięci. W pamięci NAND, żeby zmienić stan jednego bita de facto trzeba wyczyścić i ponownie zapisać cały blok o wielkości aż 512 kB, czyli 4194304 bitów. Już samo to tłumaczyłoby skąd się bierze szybkość pamięci Intela. Napisałem „tłumaczyłoby”, bo o ile jest to prawda w stosunku do opisu pamięci 3D Xpoint, to sama pamięć Optane operuje na 512 bajtowych „sektorach”, ale i tak jest szybsza i dziesięciokrotnie trwalsza niż dyski SSD.

Jak wspomniałem, nie wiadomo czym jest tajemniczy materiał znajdujący się pomiędzy liniami adresowymi. Nie jest to memrystor, ale z informacji wynika, że również może zmieniać swoją rezystencję i utrzymywać ustanowiony stan nawet po odłączeniu zasilania.

W praktyce: HDD może być tak szybki ja SSD

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że Windows 10 zajmuje ok. 20 GB miejsca na dysku, a gra taka jak Grand Theft Auto V potrzebuje… 65 GB na dysku, to nie powinna nas zdziwić informacja, że 79% komputerów PC wyposażonych jest w tradycyjne dyski twarde. Są one tanie, pojemne, ale spowalniające pracę i opóźniają reakcje systemu. Remedium na te niedogodności ma być właśnie zastosowanie nowych pamięci.

Optane to rozwiązanie, które Intel opisuje jako pomost pomiędzy pamięcią DRAM (ulotną), a pamięcią masową, na której przechowujemy dane. Jej zastosowanie ma wyeliminować wąskie gardło jakim jest duża dysproporcja pomiędzy szybkością działania dysków twardych a RAM. Nowa pamięć pełni rolę cache – pamięci podręcznej, przechowującej najczęściej używane dane.

Zasada działania Optane przypomina rozwiązania znane z dysków hybrydowych, gdzie tradycyjny dysk magnetyczny zintegrowany jest z niewielką (4 lub 8 GB) pamięcią flash, pełniącą rolę pamięci cache. Propozycja Intela idzie o krok dalej i jest znacznie bardziej elastyczna: dane zgromadzone mogą być na dowolnym nośniku (HDD, SSD), który z pamięcią RAM i procesorem połączy pamięć Optane. Jest ona znacznie wydajniejsza niż pamięć flash NAND i dostępna w większych niż w hybrydowych dyskach pojemnościach 16 i 32 GB (moduły w standardzie M.2).

Wystarczy zainwestować 44 lub 77 USD (większy moduł) i komputer z 1 czy 2 terabajtowym dyskiem twardym osiągami zbliży się do tego, co oferują SSD. Jest tylko jeden wymóg: Optane działa tylko z procesorami Intel Core siódmej generacji i najnowszymi płytami głównymi.

Skoro 3D XPoint jest tak rewelacyjne, to dlaczego mamy go używać tylko jako pamięci podręcznej? Przecież to jest idealna technologia, która może zastąpić dyski SSD. Problem leży w koszcie produkcji. Na dzień dzisiejszy Optane Memory jest znacznie droższe niż pamięci NAND. Widać to na przykładzie dysku Intela, Optane SSD DC P4800X, który ma pojemność 375 GB i jest wyceniany na 1520 dolarów. Przy takiej cenie i parametrach technicznych dziś jest to raczej sposób na rozszerzenie pamięci RAM niż korzystanie z niego jako nośnika danych. Choć Optane SSD jest wolniejszy niż DRAM to wygrywa z nią ceną i sprawdzi się w wielkich centrach przetwarzania danych.

To dopiero początek. Dzięki dużej gęstości upakowania nowa pamięć pozwoli tworzyć nie tylko szybkie, ale też i pojemniejsze dyski. Intel podczas IDF 2016 zapowiedziała, że docelowo w obudowie 2,5 calowej będzie można zmieścić ok 15 terabajtów danych, a w module M.2 jeden terabajt.

Źródło:

http://www.crazynauka.pl/zbudowano-1000-razy-szybsze-pamieci-jak-to-dziala-tajemnica/