Intel Optane SSD：機能と利点

7月上旬、Intel Optane SSDの無料テストを開始しました。 プロモーションは現在も進行中であり、誰でも参加できます（詳細については、上記のリンクを参照してください）。

Optaneの市場への登場は、ストレージの革命といっても過言ではありません。 この記事では、新しいドライブの基盤となるテクノロジーと、それらが提供する利点について説明します。

3D X-point：新しい不揮発性メモリ

3D X-Point（リード3Dクロスポイント）は、相転移（Phase-Change Memory、略称PCM）に基づく新しい不揮発性メモリテクノロジーです。



冒頭で述べられた革命的なIntel Optaneについての言葉は、単なるマーケティングの動き以上のものです。実際、大量生産でこのタイプのメモリを起動する最初のケースを扱っています。



明らかな理由により、インテルは3D X-Pointの複雑さをすべて開示していません。 さらに、公的な声明では、会社はこの記憶が相転移に基づいていることを否定しています。 ただし、反対のことを確認する間接的な証拠（たとえば、このトピックに関する優れた記事を参照 ）があります。 3D X-Pointの基盤は、何らかのハイブリッドテクノロジーである可能性があります。



したがって、次のプレゼンテーションでは、オープンソースで公開されている情報に依存します。

相転移メモリ：クイックリファレンス

相転移に基づく記憶の考え方は新しいものではありません。1960年代にアメリカの発明者スタンフォード・オヴシンスキーによって提唱されました。 1970年、PCテクノロジーに関する記事が、Intelの創設者の1人であるGordon Mooreによって公開されました。 過去10年間、そのようなメモリの生産を開始する試みが繰り返し行われてきましたが、その広範な使用に対する障害は、セルサイズが大きすぎることと、技術プロセスが複雑すぎることでした。 この問題は今だけ解決されました。 正確に-インテルは秘密を守っています。



3D X-Pointの仕組みを理解するために、相転移とは何かを思い出しましょう。

相転移は、外部条件が変化する物質の1つの熱力学的相から別の相への転移です。 詳細の説明は、この記事の範囲をはるかに超えるタスクです。 興味のある読者にはWikipediaを参照してください。ここでは、すべてが非常に明確かつ詳細に説明されています。



相転移を起こす可能性のある物質には、いわゆるメタロイド（ 半金属とも呼ばれ、ロシア語の文献ではこの用語がより頻繁に使用されます）-金属と非金属の両方の特性を持つ化学元素が含まれます。 室温では、メタロイドは絶縁体であり、加熱すると導電性があります。 ホウ素は、通常、ドーピングに使用され、シリコン-標準トランジスタの製造に使用されます。



相転移を起こすことができ、産業で使用される他の半金属は、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン、テルルです。 これらの物質と金属の化合物は、いわゆるカルコゲナイドを生成します。 それらを適切な比率で混ぜると、次の特性が得られます（ Pcper.comからの図 ）。





Pcper.comの図



メタロイド合金は、ある状態から別の状態に移行でき、抵抗が変化します。 アモルファス状態では、それらはガラスのようであり、結晶状態では金属です。



2つの状態では、電気抵抗の特性が異なります。抵抗が高いアモルファス相（論理単位）と、抵抗が低い結晶相（論理ゼロ）です。 この特性により、カルコゲナイドは情報を記録するのに適した材料です。 実際、これらは長い間このために使用されてきました。CD-RWおよびDVD-RWディスクは、カルコゲナイドに基づいた材料で作られています。



相転移に基づいたメモリを他のタイプのメモリと比較した表を次に示します（ ここから取得）。

物件	PCM	エルプロム	また	ナンド	DRAM
不揮発性	はい	はい	はい	はい	いや
最小要素サイズ、nm	<10	〜4x	〜3x	〜1x	〜2x
ビット単位のデータ変更	はい	はい	いや	いや	はい
消去サイクルが必要です	いや	いや	はい	はい	いや
書き込み速度	〜100 MB /秒	〜30 KB /秒	〜1 MB /秒	〜20 MB /秒	〜1GB / s
読み取り速度	50 ... 100 ns	〜200 ns	70 ... 100 ns	15 ... 50μs	20 ..80 ns
書き換えサイクル数	10 6 ... 10 8	10 5 ... 10 6	10 5	10 4 ... 10 5	限定されない

この表は2011年に公開された記事から引用したものです。 当時、相転移に基づくメモリは、実験サンプルの形でのみ存在していました。 興味深いことに、これらの特性は3D X-Pointの実際の特性とほぼ一致していますが、いくつかの違いがあります。 次のセクションでは、3D X-Pointメモリの技術的特徴をさらに詳しく調べます。

3D X-Point：主な仕様

相転移に基づいたメモリ操作の一般原則を検討したので、3D X-Pointデバイスの説明に戻りましょう。 技術的特性の分析から始めましょう（ここではTechInsights Webサイトの資料に依存しています）。



3D X-Pointメモリモジュールのサイズは17.6×13.7 mm（241.12平方mm）です。 唯一のX-Pointメモリチップが内部にあります。 クリスタルの長さは16.16ミリメートル、幅は12.78ミリメートルです。 チップ上のメモリ効率は91.4％です。 これは、Samsung 3D 48L V-NAND（70％）とIntel / Micron 3D FG NAND（84.9％）で同じ値を超えています。



3D X-Pointメモリのデータ記録密度は0.62 GB / sq。Mmであり、市場にある多くの2D NANDおよび3D NANDメモリモジュールよりもはるかに低いです。 比較のために：Toshiba / San Diskのデータ記録密度はToshiba / SanDiskおよびSamsung 3D 48L TLC NAND 2.5 Gbit /mm²で、Toshiba / SanDisk 2D TLC NANDは1.28 Gbit /mm²です。 同時に、DRAMのこのインジケーターの値はほぼ5倍低くなります。



近い将来、3D X-Pointベースのメモリモジュールが広く使用されると信じるには、あらゆる理由があります。



同じTechInsights Webサイトで、3D X-Pointメモリモジュールチップの写真が最近公開されました。





TechInsightsの図



ご覧のとおり、すべてが非常に単純に配置されています：セレクターとメモリセルのペアは、導体の2つの垂直な行の交差点に位置しています（そのため、交差点、つまり交差点の名前）-ビット（ビットライン）および辞書（ワードライン）バス。 電圧が印加されると、セレクターがアクティブになり、その結果、読み取りまたは書き込みが行われます。



クリスタル内のセルはいくつかの層に配置されています-そのため、名前の略語は3Dです。 第1世代の3D X-Pointは2層構造で、20ナノメートルプロセスで利用できます。 NANDと比較して、3D X-Pointのセルパッキング密度は8〜10倍です。



相転移メモリは、従来のフラッシュメモリよりもはるかに高速です。 実験によると、PCMメモリの1つのセルでの記録時間は19ナノ秒です（比較のため、フラッシュメモリの1つのセルでの記録には数ミリ秒かかります）。



このメモリの重要な利点はその寿命です：フラッシュメモリが最大10,000回の書き換えサイクルに耐えられる場合、3D X-Pointメモリ-最大100,000,000サイクル！

Intel Optane SSD：実用的な利点

この記事の前の部分は、理論的な側面の質問に専念しました。3DX-Pointテクノロジーについて話しました。 次に、実際の問題を見て、Intel Optaneドライブの機能と利点について説明します。

ビットメモリアクセス

フラッシュメモリの特徴は、ページレベルのアクセスです。データの小さな部分を読み書きするには、大きなメモリブロックを操作する必要があります。 これにより、待ち時間が短くなります。これは、たとえば、忙しいデータベースを操作する場合に非常に重要です。



3D X-Pointテクノロジーに基づいたドライブでは、すべてが異なって配置されています。DRAMのように、メモリへのビット単位のアクセスが可能です。 これにより、NANDメモリに比べて100分の1のレイテンシを実現し、ガベージコレクション操作を完全に排除してエネルギーを節約できます。

Intelメモリドライブテクノロジー

Optaneドライブは、ストレージとキャッシュだけでなく、RAMの拡張にも使用できます。 特別なプログラムをインストールすれば十分です^。オペレーティングシステムはOptaneをディスクとしてではなくRAMとして認識します。 システムは、そのアーキテクチャ機能を提供するメモリと比較して、非常に大きなメモリを大量に処理できるようになります。 RAMとOptane間のデータは自動的に配信されます。



Intel Memory Driveテクノロジーは、たとえば、ビッグデータおよび機械学習の分野で使用できます。これにより、メモリに大きなデータセットを保存し、最小限の遅延でそれらへのアクセスを提供できます（このトピックに関する注意を参照してください）。



Intel Memory Driveテクノロジーを使用してメモリを増やすことは、純粋に財政的な観点からも有益です。1GBのDDR4メモリは約10ドルです。 Intel Optaneの場合、現在の低価格とはいえ、1GBのコストは$ 4をわずかに上回り、ほぼ2.5倍安くなります。

長寿

Intel Optane機能は、Intel Webサイトに記載されています：30 DWPD（1日あたりのドライブ書き込み）。 これは、ドライブに情報を入力してから、消去して再度書き換えることができることを意味します（30回）。



Intel Optaneは、たとえば、クラウドストレージサービスや企業のストレージシステムのキャッシュディスクとしての使用に適しています。どのような負荷にも耐えることができます。



ディスクドライブのもう1つの重要な特性はTBW（Total Bytes Written）、つまり、その寿命の全期間中にディスクに書き込むことができる情報の合計量です。 Intel Optaneのこの機能の価値は12.3ペタバイトです。



これらの数字は、新しいドライブがほぼ永遠であり、その高い価格を完全に正当化することを示しています。

おわりに

すでに述べたように、私たちはすべてのユーザーに新しいドライブを無料で試乗することを提供しています。



プロモーションの条件は簡単です。 テストに登録すると、Intel Optane P4800xを搭載したサーバーが提供されます。



テスト結果に基づいて、Webサイト、ブログ、またはテーマ別リソースで記事レポートを公開します。



そして、あなたが本当に興味深い報告書を書いたら、私たちの企業ブログにゲスト投稿としてそれを公開する可能性を考慮します。