英特爾(Intel)的傲騰(Optane)內(nèi)存已經(jīng)上市一段時間，分別推出了Optane SSD搶攻企業(yè)市場和Optane Memory主打消費(fèi)市場，據(jù)悉針對高端個人市場的Optane SSD也即將上市。就在傲騰開始跟著供應(yīng)鏈出貨之時，英特爾針對這項技術(shù)再做出了解釋，首先聲明它并不是閃存，而是比主流NAND還要有前景的新內(nèi)存技術(shù)。
 
Optane的技術(shù)原理
 
　　2015年英特爾發(fā)布了3D XPoint技術(shù)，今年初該技術(shù)被定名為Optane；美光則將其命名為QuantX。3月28日正式發(fā)布中文名為“傲騰”。
 
　　從技術(shù)原理角度來看，3D XPoint或者說Optane與NAND/NOR等Flash完全不同，而更接近于內(nèi)存，延遲、耐擦寫性、介質(zhì)速度等幾個關(guān)鍵指標(biāo)也優(yōu)于NAND幾個數(shù)量級。簡而言之，Optane具有堪比內(nèi)存（DRAM）的性能，而容量向NAND靠攏。
 
　　當(dāng)然，與3D XPoint具有類似特性的技術(shù)并不在少數(shù)，它們被統(tǒng)稱為NVRAM，但是無論是FeRAM（鐵電）、MRAM（磁阻）、PRAM（相變）還是Millipede Memory（千足蟲）、NanoRAM（碳納米管），距離產(chǎn)品化乃至商品化都還有相當(dāng)?shù)木嚯x，而Optane已經(jīng)華麗登場 。

　　不過，在正式普及Optane之前，英特爾要面臨的挑戰(zhàn)并不少，自身的產(chǎn)能爬坡和市場的接受度都是不小的問題。好在相比其他NVM或NVRAM的競爭者，根植PC市場四十余年的 英特爾 ，有著巨大的平臺及生態(tài)優(yōu)勢，Optane Memory就是一款革命性產(chǎn)品。
 
解決傳統(tǒng)硬盤速度瓶頸
 
　　硬盤的存取速度一直是計算產(chǎn)業(yè)的挑戰(zhàn)。盡管發(fā)展已逾數(shù)十年，但馮·諾依曼1946年提出的計算機(jī)體系架構(gòu)，仍是現(xiàn)在乃至可見的未來，計算機(jī)所遵循的基本架構(gòu)體系：存儲和計算。CPU是大家所熟悉的計算核心，但是并非馮·諾依曼體系中的計算核心，按照大學(xué)計算機(jī)原理課老師所說，CPU非常笨，它只會做“1+1”這一件事，而且只會從A、B寄存器取數(shù)、結(jié)果放到C寄存器，馮·諾依曼體系中的計算是指ALU（數(shù)邏運(yùn)算單元）而存儲是寄存器。當(dāng)然，這是最狹義的馮·諾依曼體系理解，不過也從側(cè)面說出了計算和存儲相依相存的特殊關(guān)系。 
　　速度快當(dāng)然是王道，但是非常遺憾，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到今天，仍然不能解決容量和性能的根本矛盾，考慮到成本和實現(xiàn)因素，最終的產(chǎn)品都是性能向成本的妥協(xié)。對于計算機(jī)來說，高速和低俗設(shè)備之間，對獲取數(shù)據(jù)方面的摩擦一直沒有停止過，解決這種數(shù)據(jù)沖突的方式也在革新。
 
　　以速度最快的ALU為例，與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的寄存器有著相同速度的寄存器，除去在相鄰周期里循環(huán)存取的時間周期不算，兩者實際上是同頻同步工作的。寄存器有著動輒數(shù)GHz的運(yùn)行速度，只能集成在離ALU最近的地方，但代價是成本高昂、容量以字節(jié)為單位精打細(xì)算，這就是為什么如AVX 2.0中的256位指令/數(shù)據(jù)寄存器，英特爾更壕一些，直接放入256位長，而AMD摳門些，旗艦的Ryzen 7 1800X只有128位寄存器，256位數(shù)據(jù)需要兩個周期讀入和寫出，性能折損極大。
 
　　當(dāng)然，處理器廠商們早已注意到這個問題，早在數(shù)年前就大肆引入Cache結(jié)構(gòu)作為從寄存器到內(nèi)存的梯級緩沖，用數(shù)量和逐漸提高的速度解決計算單元從內(nèi)存獲取數(shù)據(jù)的性能落差。L1、L2、L3 Cache容量通常為數(shù)十KB、數(shù)百KB和數(shù)MB，對應(yīng)容量提升一個級別，速度也降低一個級別，以匹配慢速的GB級別內(nèi)存。為了保證速度，Cache通常會采用SRAM（靜態(tài)內(nèi)存）制作，而內(nèi)存雖然用了DRAM速度低了不少，但當(dāng)年正是DRAM的出現(xiàn)，讓配有64KB內(nèi)存的PC有機(jī)會誕生，要知道同容量的SRAM當(dāng)時價格超過2500美元，而第一臺PC的不過1999美元。
 
類似的情況也出現(xiàn)在“存儲”設(shè)備上，雖然以硬盤（HDD）為代表的存儲設(shè)備已經(jīng)是外設(shè)“矬子里面的將軍”，但是它和PC系統(tǒng)之間的性能落差仍然很大，其性能包括了帶寬和響應(yīng)延遲等兩個維度的速度。于是另一種緩存，Buffer出現(xiàn)了。別看中文都是“緩存”，但是在計算機(jī)詞匯中，Cache和Buffer是兩個不同世界的速度，相比多采用SRAM的Cache，Buffer多使用廉價的DRAM以緩解I/O接口兩側(cè)的速度不匹配，最常見的情形是Buffer容量作為HDD的重要參數(shù)標(biāo)識產(chǎn)品檔次。無論是哪種緩沖，都能在響應(yīng)時間和帶寬上同時匹配兩端性能，兩端都認(rèn)為對方遷就了自己的性能水準(zhǔn)，而沒有察覺到緩沖的加入，此現(xiàn)象就叫透明。
 
容量與性能的分歧
 
　　經(jīng)過多級緩沖，DRAM的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CPU，但即便如此，它仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主流的存儲設(shè)備。更具體點(diǎn)說，單通道DDR4-2400內(nèi)存帶寬已近20GB/s、延遲為30ns左右，而容量已突破10TB的HDD，對應(yīng)的性能水準(zhǔn)只略微增長到150MB/s~200MB/s帶寬，延遲則停留在3~4ms（接口）+7~8ms（平均尋道）的10年前水平，明顯不能滿足當(dāng)下電腦系統(tǒng)的需求。于是這才有了近幾年最有效的升級已經(jīng)從增加內(nèi)存變?yōu)榱烁鼡QHDD為SSD。SSD綜合性能較HDD已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，主流產(chǎn)品接口帶寬突破1GB/s水平、延遲下降到μs量級，但與之伴隨的就是10倍的價格差異。
 
　　無論是容量還是性能，對使用體驗的影響都是顯而易見的。在預(yù)算有限的前提下，考慮到時間可以換取性能而容量不行，更多數(shù)消費(fèi)者都傾向于容量更大而非性能更高，這也就是為何仍有超過85%的臺式電腦選擇HDD作為唯一存儲設(shè)備的原因。但凡預(yù)算寬裕一些，或者性能的需求稍占上風(fēng)，雙硬盤就成為更為理想的搭配?，F(xiàn)實是很殘酷的，艱難的預(yù)算增加，并不能帶來如一的性能體驗，頻繁使用的數(shù)據(jù)固然可以手動放置到SSD中，但是相對較小的容量被占滿后，越是大量的數(shù)據(jù)，越會深刻體會到“慢”的熬人，小容量SSD對此無能為力。
 
　　而Optane的問世，看似能夠解決電腦與HDD性能落差、解決SSD與HDD容量落差這些根本性的問題。
 
不用NAND做介質(zhì)的Optane SSD
 
　　雖然都叫做固態(tài)硬盤“SSD”，但是Optane SSD已經(jīng)不再使用NAND做存儲介質(zhì)。無論是響應(yīng)速度、IOPS還是吞吐速度，已經(jīng)上市的DC P4800X都遠(yuǎn)超DC P3600/P3700系列，只是目前僅有采用PCI-E插卡形態(tài)的375GB這一款。
 
　　關(guān)于這款產(chǎn)品的性能表現(xiàn)，還有待獲得樣品后測試驗證。而它所帶來的計算機(jī)架構(gòu)巨大變革，首先從服務(wù)器領(lǐng)域開始。除了常規(guī)的存儲模式（馮·諾依曼架構(gòu)中的Storge），Optane SSD還支持異常高大上的Memory Pool（內(nèi)存池）模式。同時其讀寫和響應(yīng)速度遠(yuǎn)超過當(dāng)前主流的SSD，能輕易幫助內(nèi)存容量突破TB，不僅分分鐘解決服務(wù)器上內(nèi)存容量不足的問題，而且從性能上比原有8通道DRAM更高。從中期來看，Optane的非易失性，還會在使用模式上挑戰(zhàn)DRAM，待到Optane DIMM到來，斷電后內(nèi)存數(shù)據(jù)都不會丟失，于今天是完全不可實現(xiàn)卻極度渴求的特性。
 
　　目前，通過英特爾Memory Drive Technology就能將Optane SSD映射為內(nèi)存池，只是目前公布出來的只支持Xeon（至強(qiáng)）平臺。面向高端個人市場的Optane SSD 900P不久就將面世，界面都是PCI-E 3.0 x4，插卡、M.2和U.2并發(fā)，是否支持內(nèi)存池模式暫時不明。
 
作為緩存解決設(shè)備通信問題
 
　　和存儲、內(nèi)存模式完全不同，Optane Memory實質(zhì)是一種緩存，與廣泛分布在計算機(jī)中的Cache、Buffer的使用模式類似，即邏輯架構(gòu)上類似，而其不同主要集中在電氣層面。緩存存在的目的在于解決快慢兩個設(shè)備間的通訊問題，否則快速設(shè)備會被迫與慢速設(shè)備同速運(yùn)行，影響整體性能。和執(zhí)行單流的Cache/Buffer相比，Optane Memory的緩沖任務(wù)復(fù)雜得多，系統(tǒng)寫向存儲（HDD、SSD等）的流并行性非常高，同時還具有非順序地址、非并發(fā)等特點(diǎn)，因此一直以來，只能通過OS和存儲設(shè)備直接對話完成，這也是PC換用SSD能帶來如此大性能提升的原因。
 
　　早在2005年，英特爾就推出了基于其NAND技術(shù)的TurboMemory（迅盤），彼時調(diào)用的正是Windows Vista中的Superfetch特性實現(xiàn)了對硬盤的緩沖，微軟稱之為ReadyDrive。如今，十幾年過去了，操作系統(tǒng)層面早已變得更為平滑，而TurboMemory卻早已因為SSD的流行和自身的問題而湮沒。
 
　　Optane Memory明顯汲取了教訓(xùn)，其市場定位放低至SSD遠(yuǎn)未普及的臺式電腦市場，僅配備1顆HDD機(jī)械硬盤的臺式機(jī)仍占市場85%以上份額。從容量方面來說，無論是44美元的16GB還是77美元的32GB版本，都難以作為Win8/10的系統(tǒng)盤使用，勢必與HDD組合使用。
 
　　在導(dǎo)入3D Xpoint技術(shù)后，Optane Memory的讀寫壽命不再是問題，100GB的數(shù)據(jù)寫入量已折合3~6全盤寫。介質(zhì)和PCI-E 3.0接口的響應(yīng)速度更快，本身速度也更高，再加上新版本的RST（Rapid Storage Technology，快速存儲技術(shù)）的改進(jìn)，僅使用16GB版本Optane Memory就能帶來如系統(tǒng)啟動時間、常用軟件安裝時間等主流應(yīng)用30%~50%的時間縮短，無論是訪問延時還是吞吐速度，其表現(xiàn)以接近PCI-E通道的高端SSD而高于SATA通道產(chǎn)品。