Che cos'è Intel Optane e come funziona: inizia l'era post SSD

Della tecnologia Intel Optane si parla ormai già da tempo, almeno da metà del 2015. Soltanto adesso (e il CES 2017 ne è stata la conferma), però, iniziano a fare capolino sul mercato i primi prodotti che ne fanno uso.
Le modalità d’impiego sono per il momento piuttosto limitate (Intel Optane viene usata come cache veloce, da 8 o 16 GB, per unità SSD e hard disk tradizionali) ma il potenziale è davvero enorme. Cerchiamo di capire perché.

Che cos’è Intel Optane e come rivoluzionerà il mondo dello storage

Intel Optane è il nome commerciale di una tecnologia sviluppata dalla società di Santa Clara in collaborazione con Micron che velocizzare drasticamente le operazioni di lettura e scrittura dei dati, anche rispetto ai più performanti SSD.

I tecnici di Intel hanno più volte ribadito che Optane permette di surclassare le prestazioni delle attuali unità SSD di circa 1.000 volte arrivando a insidiare da vicino le performance delle memorie DRAM (latenza e tempo di accesso ai dati sarebbero appena un gradino più in basso rispetto a queste ultime).

Intel Optane e Micron QuantX sono i nomi commerciali di 3D XPoint

Dicevamo che Intel e Micron hanno collaborato “spalla a spalla” sullo sviluppo di Optane. Micron, da parte sua, commercializzerà le sue soluzioni di storage basate sulla stessa tecnologia usando l’appellativo QuantX.

Entrambe le offerte, però, sono figlie di 3D XPoint (si pronuncia “3D crosspoint“), progetto che rappresenta il risultato degli sforzi dei tecnici di Intel e Micron (annunciato congiuntamente a luglio 2015).

A 3D XPoint fa capo una categoria tutta nuova di memorie e non semplicemente una “declinazione” di DRAM o NAND. Una delle novità più interessanti e ad elevato potenziale dal 1989, quando furono presente le NAND flash, fino ai giorni nostri.

La nuova tecnologia è stata concepita per lavorare in maniera largamente differente rispetto alle memorie alle quali si è fatto ricorso fino ad oggi.

Le 3D XPoint sono, innanzi tutto, memorie non volatili (capaci quindi di conservare le informazioni ivi stivate anche in assenza di alimentazione elettrica) che non sono basate sull’impiego di transistor.

Gli ingegneri di Intel e Micron hanno “impilato” (da qui l’appellativo 3D) più celle di memoria di dimensioni microscopiche facendovi transitare due sottilissimi filamenti che attivano la lettura o la scrittura dei dati ogniqualvolta transiti corrente attraverso di loro.
Le varie “pile” di memorie sono a loro volta appoggiate su di un selettore, ovvero il componente che si occupa di gestire l’accesso alle memorie stesse.
La differenza di potenziale applicata (in volt) permette di stabilire se attivare la lettura o modificare lo stato della cella da 0 a 1 o viceversa.

Grazie alla possibilità di strutturare le memorie sia in orizzontale che in verticale, i produttori possono realizzare storage particolarmente densi impegnando spazi molto contenuti.
Nella presentazione iniziale, Intel e Micron spiegarono come si potessero già gestire 128 Gb di dati su due strati di memoria; ben presto, però, si potranno accrescere gli strati e, di conseguenza, le capacità delle unità Intel Optane o Micron QuantX.

Che le memorie 3D XPoint siano più veloci di diversi ordini di grandezza è un dato di fatto ma i numeri roboanti diffusi da Intel e Micron vanno comunque presi con le molle.
Le due aziende non hanno infatti chiarito, ad esempio, a quale generazione di NAND le memorie 3D XPoint sono state paragonate.
In attesa, quindi, di raccogliere dati più precisi e stabilire termini di paragone universalmente riconosciuti, uno degli aspetti cruciali è quello dell’affidabilità.

Quanto dureranno le memorie 3D XPoint?
Difficile, anche qui, fare un pronostico sensato anche perché andrà ovviamente verificato a quale tipologia di utenza verrà proposto ciascun prodotto 3D XPoint. È facilmente intuibile che le esigenze di un data center o di una grande azienda nella lettura e nella scrittura dei dati non sono certo quelle di un professionista o di un utente consumer.
Ad ogni modo, Micron ha fatto presente che la sua tecnologia QuantX consentirebbe fino a 25 DWPD (Drive Writes per Day) ossia il numero di volte per giorno che l’intera unità di memorizzazione può essere sovrascritta senza problemi.
Un valore che supererebbe di tre volte qualunque SSD destinato al settore enterprise di media qualità (va detto comunque che ci sono SSD destinati ad applicazioni enterprise mission critical capaci di offrire le stesse performance dichiarate da Micron).

La struttura “agile” delle memorie 3D XPoint (vedere in precedenza come viene variato lo stato delle celle) fa ritenere che i dispositivi basati su tale tecnologia possano “durare” molto di più, liberi dei problemi intrinseci legati alla scrittura sulle memorie NAND flash.

Come verranno usate le memorie Intel Optane e Micron QuantX (3D XPoint)?

Sia Intel Optane che Micron QuantX saranno disponibili nei formati oggi adoperati per le unità SSD sia come moduli DIMM.

L’obiettivo è evidentemente quello di avere un’unica memoria, veloce, che possa rimpiazzare l’utilizzo dei moduli RAM e degli SSD tradizionali (per non parlare degli hard disk).
Optane e “la sorella” QuantX, quindi, potranno rivestire il duplice ruolo di memorie usate per la conservazione temporanea e “permanente” dei dati.

Al momento, però, si guarda soprattutto alla futura sostituzione degli SSD: le RAM più veloci possono garantire velocità di trasferimento dati ancora superiori ma la situazione potrebbe essere destinata a cambiare.
Allo stato attuale, infatti, 3D XPoint permetterebbe il trasferimento dei dati alle stesse performance, più o meno, delle memorie DDR2 permettendo lo storage delle informazioni nell’ordine delle centinaia di nanosecondi anziché nell’ordine dei millisecondi.
Un bel passo in avanti che però introdurrebbe dei colli di bottiglia sugli attuali sistemi, richiedendo tra l’altro alcune modifiche sulle specifiche DDR4.

Se si prende in esame un normale PC, è cosa nota che il processore passa gran parte del tempo ad aspettare i dati dall’unità SSD o, peggio ancora, dall’hard disk.
Ecco perché per l’accesso ai dati frequentemente utilizzati dal processore viene usata non soltanto la RAM ma anche la cache L1, L2 e L3 (nell’articolo Quale processore scegliere) abbiamo parlato della dimensione della cache.
Quando si verifica un cache miss e le informazioni cercate dal processore non vengono trovate nella sua cache, la CPU passa a interrogare la RAM.
Se i dati non sono neppure in RAM, ecco allora che si verificano le attese più lunghe.

3D XPoint mira proprio a ridurre queste latenze anche se la sostituzione della RAM appare – per le ragioni illustrate in precedenza – largamente prematura.

Per usare Intel Optane, comunque, sarà necessario attrezzarsi con una scheda madre compatibile, capace di supportare i nuovi processori Intel Kaby Lake, di settima generazione.

Lenovo, inoltre, è il primo produttore ad aver presentato un notebook (ThinkPad) compatibile con Optane: In arrivo i portatili Lenovo con tecnologia Optane di Intel.

Allo stato attuale, però, la “rivoluzione” non è ancora cominciata perché Intel Optane viene usato soltanto come cache per le unità SSD e gli hard disk.
In altre parole le memorie Intel Optane sono disponibili sui sistemi Kaby Lake in “tagli” predefiniti da 8 o 16 GB e coadiuvano l’accesso alle informazioni più frequentemente richieste su SSD o disco fisso.

Quanto costerà Intel Optane?

Le unità di storage Intel Optane dovrebbero costare, evidentemente, meno delle DRAM ma decisamente di più rispetto agli SSD.

Rispetto a un SSD, le memorie Optane dovrebbero avere un costo per gigabyte circa 4-5 volte superiore mentre dovrebbero costare circa la metà delle RAM.

Oltre all’utilizzo come cache di cui si sta ampiamente parlando in queste settimane, le memorie Optane dovrebbero arrivare entro il mese di giugno prossimo in formati utilizzabili per la sostituzione degli SSD.

La gamma Intel System Acceleration consentirà di sfruttare le interfacce alle quali siamo abituati con gli SSD e il protocollo NVMe: SSD M.2 PCIe NVMe, guida ai nuovi termini.
Mansion Beach sarà la serie Optane maggiormente prestazionale e permetterà di usare l’interfaccia PCIe Gen.3 x 4.
Leggermente più “conservativa” sarà Brighton Beach, utilizzabile con interfaccia PCIe Gen. 3 x 2. Ancora più in basso, in termini di prestazioni, le unità Optane Stony Beach.