Điều gì khiến Intel Optane nổi bật (2023)

Thỉnh thoảng phần cứng mới được ra mắt sẽ tạo nên sự khác biệt. Một thiết bị như vậy là dòng SSD hiệu suất cao Intel Optane dành cho mục đích sử dụng chuyên nghiệp, được phát hành vào cuối năm 2017. Trong trường hợp này, tôi đang nói về Intel Optane P4800X và P5800X và các đối tác tiêu dùng của họ (900P và 905P). Tất cả các ổ đĩa đều dựa trên Công nghệ 3D XPoint mà Intel đồng phát triển với Micron.

Khác với SSD thông thường, ổ Optane như P5800X mang lại độ trễ cực thấp, độ bền cao và hiệu suất cao trên bàn. Thực tế, Optane là công nghệ có cả hai khía cạnh của DRAM và Flash dựa trên NAND thông thường. Nhược điểm của Optane là chi phí cao và công suất tương đối thấp. Kết hợp với tốc độ đổi mới cao của NAND SSD và Tính toán eXpress Link (CXL) sắp đến gần, hầu hết các công ty có rất ít lý do để chuyển sang phần công nghệ này.

Cuối cùng, Intel đã quyết định ngừng đổi mới công nghệ này vào tháng 7 năm 2022 như một phần trong chiến lược IDM 2.0 của công ty. Trên thực tế, Intel đã dừng mọi hoạt động dựa trên bộ lưu trữ flash của họ. Điều này không có nghĩa là không còn bán ổ đĩa nữa.

Các sản phẩm dựa trên Optane hiện tại (ở dạng SSD và DIMM) vẫn đang được bán. Vào đầu năm nay, thậm chí cả Bộ nhớ liên tục Optane dòng NV-DIMM 300 (còn gọi là PMEM) đã được phát hành. Bản phát hành Optane mới này cần thiết cho tên mã CPU Intel Scalable thế hệ thứ 4 Sapphire Rapids được phát hành vào tháng 1 năm 2023.

ServeTheHome đã tạo một video tuyệt vời về Bộ nhớ liên tục Optane nếu bạn chưa quen với nó.

Thiết bị

Là một phần của chương trình VMware vExpert, tôi đã có cơ hội thử nghiệm một vài ổ đĩa Intel Optane P4800X mà tôi đã muốn sử dụng từ lâu, với tư cách là một kỹ thuật viên (phần cứng). Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Corey Romero, Matt Mancini, Simon Todd và Intel Business and Storage BU vì đã biến điều này thành hiện thực.

Thông số ổ đĩa

	Optane P4800X (Thế hệ 1)	Optane P5800X (Thế hệ thứ 2)
Dung lượng	375 GB – 1,5 TB	400 GB – 3,2 TB
Ngày phát hành	Quý 3 năm 2017	Quý 4 năm 2020
Phiên bản PCIe	PCIe 3.0 (NVMe)	PCIe 4.0 (NVMe)
Đọc tuần tự	2500 MB/s	7200 MB/s
Ghi tuần tự	2200 MB/s	6200 MB/s
Đọc IOPS (4K)	550.000	1.500.000
Viết IOPS (4K)	500.000	1.500.000
Độ bền (DWPD)	30 (Viết Chuyên sâu)	100 (Viết chuyên sâu)

Ưu điểm của Optane

Câu hỏi được đặt ra là điều gì khiến ổ Optane trở nên đặc biệt so với ổ SSD dựa trên NAND. Khi chưa quen với chủ đề này, NAND liên quan đến loại chip flash được sử dụng trên SSD. Hầu hết tất cả các ổ SSD (không phải Optane) đều dựa trên NAND.

Câu trả lời tại sao Optane có lợi thế hơn SSD dựa trên NAND có thể được giải thích dựa trên một số đặc tính của chúng.

• Độ bền
• Tính nhất quán của dữ liệu
• Hiệu suất (về mặt):
  • Độ trễ
  • Tính nhất quán trong cách viết

Độ bền

Nói chung, độ bền của SSD là một đánh giá quan trọng vì nó cho biết có thể ghi bao nhiêu dữ liệu vào thiết bị trong thời gian bảo hành. Nhìn chung, SSD càng rẻ thì càng ghi được ít dữ liệu hơn.

Ví dụ: khi ổ SSD chỉ có 3 năm bảo hành thay vì 5 năm, khả năng ghi sẽ giảm 40%. Đó là cách dễ dàng và rẻ nhất để nhà sản xuất “nâng cao” độ bền.

So với SSD dựa trên NAND, độ bền là điểm mà ổ Optane thực sự tỏa sáng. Vậy nó như thế nào so với các ổ đĩa chuyên nghiệp và tiêu dùng khác?

Loại SSD	Bảo vệ khi mất điện	Độ bền (DWPD)	Bảo hành
Người tiêu dùng dựa trên QLC	Không	0,1	3 năm
Người tiêu dùng dựa trên TLC	Không	0,2 – 0,35	3-5 năm
Người tiêu dùng dựa trên TLC	Có	0,3 – 0,35	5 năm
Chuyên nghiệp dựa trên TLC (Đọc Chuyên sâu)	Có	1	5 năm
Chuyên nghiệp dựa trên TLC (Sử dụng kết hợp)	Có	3	5 năm
Chuyên nghiệp dựa trên MLC / TLC (Viết Chuyên sâu)	Có	10	5 năm
Optane P4800X (Thế hệ 1)	Có	30	5 năm
Optane P5800X (Thế hệ 2)	Có	100	5 năm

Như có thể thấy trong bảng trên, Optane là sự lựa chọn SSD cho môi trường ghi cao.

Để biết giải thích chi tiết hơn về độ bền của SSD, hãy xem “ So sánh số liệu hao mòn trên ổ SSD” blog của Jim Handy (a.k.a. The SSD Guy) để tìm hiểu thêm về những con số mà các nhà sản xuất đưa ra cho bạn về độ bền của ổ đĩa của họ.

Các thuật ngữ về độ bền liên quan là:

• Số lần ghi vào Drive mỗi ngày (DWPD)
• Terabyte được viết (TBW)
• GB/ngày

Cuối cùng, tất cả các thuật ngữ đều liên quan đến nhau, điều này được thể hiện rõ ràng trong sơ đồ bên dưới.

Tính nhất quán của dữ liệu

Khía cạnh thứ hai góp phần tạo nên độ bền là tính nhất quán của dữ liệu. SSD chuyên nghiệp (và một số loại dành cho người tiêu dùng) có tính năng bảo vệ khi mất điện (PLP). PLP là một tính năng thường bị bỏ qua của SSD, giúp đảm bảo dữ liệu đang chờ xử lý được lưu trữ an toàn trước khi thiết bị mất nguồn hoàn toàn:

PLP bảo vệ chống lại:

• Mất dữ liệu trong bộ đệm của SSD
• Mất hoặc hỏng bảng ánh xạ SSD
• Hỏng trang khi chu kỳ ghi sẽ bị gián đoạn

PLP có thể được thực hiện trong phần cứng bằng cách thêm một dãy tụ điện vào thiết bị hoặc trong phần sụn, trong đó việc triển khai phần cứng được ưu tiên hơn. Để biết thêm thông tin, hãy xem liên kết “Xem xét kỹ hơn về khả năng chống mất điện của SSD” từ Bộ nhớ Kingston.

Tất cả các ổ SSD cấp chuyên nghiệp mà tôi từng làm việc (bao gồm cả Optane) đều có PLP. Hãy chắc chắn kiểm tra ổ đĩa của bạn để tìm PLP phần cứng. Trên Itrang web đặc tả sản phẩm ntel ARK, PLP phần cứng dành cho ổ Optane được chuyển thành tính năng “Bảo vệ dữ liệu khi mất điện nâng cao”.

Hiệu suất

Hiệu suất của SSD có 2 khía cạnh quan trọng. Độ trễ và tính nhất quán khi viết.

Độ trễ

Độ trễ là điểm mà Optane có lợi thế rõ ràng so với SSD NAND. Độ trễ là thời gian thiết bị cần lấy dữ liệu được yêu cầu ra khỏi chip flash và gửi đến CPU để xử lý.

Hãy so sánh ổ đĩa Optane với ổ đĩa dựa trên NAND chuyên nghiệp thế hệ hiện tại. Việc tự mình thực hiện kiểm tra là điều vô nghĩa vì các chuyên gia tại Storagereview.com đã thực hiện việc đó.

Bảng trên thể hiện tất cả. IOPS khôn ngoan, Optane ngang tầm với đối thủ, nhưng ổ đĩa tỏa sáng khi có độ trễ. Nó thật đáng kinh ngạc. Khoảng 25 micro giây (chúng tôi) cho mỗi lần đọc ngẫu nhiên 4K đối với Optane so với 90 đến 110 chúng tôi đối với các ổ đĩa dựa trên NAND. Nói cách khác, mỗi lần đọc nhỏ trên ổ Optane đều nhanh hơn 300%. Thậm chí lên tới 1,3 triệu IOPS trên một ổ đĩa.

Điều này có nghĩa là dữ liệu đến CPU nhanh hơn nhưng cũng giảm tải cho CPU vì thời gian chờ ngắn hơn.

Tính nhất quán trong ghi (QoS)

Ổ đĩa Optane mang lại hiệu suất ghi tối đa một cách nhất quán, do đó bạn có thể nói đó là một biểu mẫu hoặc QoS. Điều đó không xảy ra với các ổ đĩa dựa trên NAND.

SSD dựa trên NAND thông thường thường có bộ nhớ đệm DRAM hoặc một phần nhỏ của đèn flash cực nhanh. Điều này là do SSD NAND chỉ có thể ghi dữ liệu vào các trang 4K trống. Do đó, các trang trống phải có sẵn để có hiệu suất ghi tối ưu.

Do tính chất của nó, việc xóa các trang NAND sẽ mất một thời gian. Khi hầu hết các trang đang được sử dụng hoặc chưa được làm trống (do quá trình thu gom rác), nội dung ghi sẽ được lưu vào bộ nhớ đệm trong DRAM và/hoặc phần nhỏ của đèn flash cực nhanh. Khi ổ đĩa đó đã đầy, hiệu suất ghi sẽ bị suy giảm để ổ đĩa có thể tiếp tục thu gom rác. Nói cách khác, quá trình ghi được điều chỉnh cho đến khi có đủ số trang trống.

Optane không hoạt động theo cách này vì nó có thể định địa chỉ theo byte thay vì trên mỗi trang 4K. Dữ liệu thứ hai có thể được ghi đè trực tiếp trên thiết bị Optane. Do hai đặc điểm này, quá trình ghi luôn được thực hiện với hiệu suất tối đa, ngay cả khi tải lượng ghi nặng liên tục.

Mục đích sử dụng

Do những lý do trên như độ trễ thấp, hiệu suất (ghi) ổn định, IOPS cao và độ bền cao nên ổ Optane đặc biệt phù hợp với:

• Ceph (WAL và bộ nhớ đệm)
• ZFS (ZIL và SLOG)
• Môi trường thuận lợi về QoS
• Môi trường ghi cao
• Cơ sở dữ liệu hiệu suất cao
• Môi trường VDI
• Bộ nhớ đệm vSAN

Để kết luận

Ổ đĩa Intel Optane rất phù hợp cho nhiều trường hợp sử dụng. Đặc biệt là những thiết bị yêu cầu độ trễ thấp (nhất quán) và IOPS cao, kết hợp với độ bền cao. Mặt khác, SSD loại NAND vẫn đang ngày càng tốt hơn và có rất nhiều sự phát triển diễn ra trong không gian đó. Thứ hai, giá ổ đĩa NAND hiện nay vẫn đang giảm xuống mức thấp nhất từ trước đến nay.

Thật không may trong vài năm nữa, SSD Optane sẽ không còn được bán vì Intel đã quyết định ngừng tham gia vào lĩnh vực bộ nhớ. Tuy nhiên, nó vẫn có sẵn trong một vài năm nên chúng ta vẫn có thể sử dụng nó ở dạng SSD hoặc NV-DIMM.

Khi đọc bài đăng này, tôi hy vọng bạn đã tìm hiểu về những điểm khác biệt chính về kiến trúc của Optane, Độ bền của SSD, Bảo vệ khi mất điện của SSD, tính nhất quán khi ghi và lý do tại sao những đặc tính đó lại quan trọng. Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Corey Romero, Matt Mancini, Simon Todd và Intel Business and Storage BU vì cơ hội này.