北(bei)京(jing)2017年4月19日電 /美通社/ -- 英特爾(er)傲騰(Optane)內(nei)(nei)存即將從4月24日起上(shang)市，一項新的指(zhi)標(biao)出現了，它將有機會(hui)改變(bian)電(dian)腦(nao)配(pei)置和(he)心(xin)能格局。什(shen)么是(shi)評價電(dian)腦(nao)的關鍵指(zhi)標(biao)？CPU、內(nei)(nei)存、硬盤、顯示卡，這(zhe)些簡單羅列(lie)在產品包裝上(shang)的信息勾勒出電(dian)腦(nao)的基本水平。

內(nei)存(cun)對(dui)于計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)來(lai)說始終(zhong)是(shi)一(yi)種稀缺資源，上(shang)到(dao)大(da)型(xing)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)、高性能(neng)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)，小到(dao)智能(neng)手機(ji)、可穿(chuan)戴設備。數(shu)(shu)十年前業(ye)已成型(xing)的馮·諾依曼計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)架(jia)構，確立了計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)和存(cun)儲(chu)兩(liang)者(zhe)間的關系(xi)。更具體(ti)一(yi)些(xie)，負責實(shi)質計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的CPU中ALU單元(yuan)只會從(cong)固定(ding)的位置(zhi)（寄(ji)存(cun)器）獲取(qu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)，計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)結(jie)果(guo)也(ye)只會存(cun)在固定(ding)位置(zhi)，而(er)CPU的控制單元(yuan)（CU）根據(ju)(ju)(ju)指令(ling)不斷地將數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)放入或(huo)取(qu)出，完成了整個計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的過(guo)程。實(shi)際情況略(lve)復雜(za)一(yi)些(xie)，CU所(suo)讀寫的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)還(huan)包括了地址信息，這樣它(ta)才知(zhi)道數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)從(cong)何(he)出來(lai)或(huo)向何(he)處去。和同(tong)樣起到(dao)緩沖(chong)作用、但(dan)以減低接口壓力的Buffer不同(tong)，Cache是(shi)加速內(nei)存(cun)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)存(cun)取(qu)，經過(guo)Cache一(yi)級一(yi)級的映射和預取(qu)，內(nei)存(cun)逐漸接近(jin)并(bing)匹配千倍于其(qi)速度的ALU，計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的瓶頸隨之打破。在整個映射過(guo)程中，內(nei)存(cun)中數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)的地址，并(bing)未因映射而(er)改變。

從硬盤到傲騰

雖然中文都是一樣的“內存”，但是Memory、RAM和DRAM卻是截然不同的含義。馮·諾依曼架構的內存是Memory，數據能通過地址索引存儲在上面就可以，而RAM則是落地到計算設備（計算機、手機等）的Memory技術類型，具體的產品是DRAM，對應關系如同外存 --> 光盤 --> DVD一(yi)樣。即便(bian)已經是相(xiang)對較便(bian)宜的(de)(de)類型，DRAM價(jia)格仍然高達10美元/GB，是主流外存(cun)設(she)備(bei)HDD有著100倍以上的(de)(de)價(jia)格差距。更致命的(de)(de)是，DRAM是典(dian)型的(de)(de)易失(shi)性半導體(ti)，簡單的(de)(de)說(shuo)就是斷電(dian)就會丟(diu)失(shi)數據，不僅需(xu)要在通(tong)電(dian)狀(zhuang)態下不斷刷新(xin)數據（通(tong)過(guo)讀操作完成），而且每(mei)次加電(dian)，都需(xu)要重新(xin)從外存(cun)加載(zai)數據，說(shuo)白了(le)就是從更慢的(de)(de)硬盤上讀取系統(tong)、應(ying)用(yong)和數據，這就是為什么硬盤的(de)(de)速度對系統(tong)啟(qi)動時(shi)間(jian)的(de)(de)影響較大最直接(jie)了(le)。

與內(nei)存(cun)(cun)(cun)相(xiang)對(dui)應(ying)，外存(cun)(cun)(cun)是容量更大，同(tong)時不以(yi)內(nei)存(cun)(cun)(cun)地址映(ying)射表形式(shi)保存(cun)(cun)(cun)數(shu)據(ju)的存(cun)(cun)(cun)儲(chu)器，HDD（硬(ying)盤）可謂是我(wo)們(men)最(zui)熟悉，并且(qie)仍然(ran)是最(zui)主流的外存(cun)(cun)(cun)產品，其(qi)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)邏(luo)輯(ji)已變為分區表索(suo)引扇區的形式(shi)，SSD在(zai)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)邏(luo)輯(ji)上與HDD并無差異，而(er)物理介質上的存(cun)(cun)(cun)儲(chu)邏(luo)輯(ji)有別，另外就是相(xiang)應(ying)延遲更短(duan)、數(shu)據(ju)持續傳輸帶寬更高。

對(dui)計算(suan)機系(xi)統(tong)來(lai)說，它并(bing)不(bu)“認得(de)”外(wai)存(cun)(cun)，OS（操作系(xi)統(tong)）起(qi)到了很(hen)好的(de)“翻譯”作用，將系(xi)統(tong)發出的(de)內(nei)存(cun)(cun)訪問(wen)(wen)需求轉化為(wei)硬盤讀寫(xie)操作，DOS（Disk Operating System，磁盤操作系(xi)統(tong)）就(jiu)是這(zhe)么(me)(me)來(lai)的(de)。計算(suan)機并(bing)不(bu)知(zhi)道數(shu)(shu)據真實存(cun)(cun)儲在何處，而(er)OS知(zhi)道，當要訪問(wen)(wen)的(de)數(shu)(shu)據不(bu)再(zai)內(nei)存(cun)(cun)中(zhong)時，OS會臨時將其從(cong)外(wai)存(cun)(cun)中(zhong)調入(ru)，這(zhe)個(ge)速度只有(you)直接訪問(wen)(wen)就(jiu)能獲得(de)數(shu)(shu)據的(de)千分之一(yi)，在獲得(de)該(gai)數(shu)(shu)據前計算(suan)機只能等待(dai)，所有(you)時間(jian)被浪費。經過優化的(de)OS或驅動程序，可以預(yu)判計算(suan)機將要求的(de)下一(yi)個(ge)數(shu)(shu)據，從(cong)而(er)提前將其裝(zhuang)入(ru)內(nei)存(cun)(cun)。至于(yu)為(wei)什么(me)(me)OS不(bu)把所有(you)數(shu)(shu)據都(dou)裝(zhuang)入(ru)內(nei)存(cun)(cun)，以減少數(shu)(shu)據等待(dai)時間(jian)，這(zhe)還不(bu)都(dou)是容量不(bu)夠、價格高企造成(cheng)的(de)么(me)(me)。使用高性能SSD能解決從(cong)外(wai)存(cun)(cun)獲取(qu)數(shu)(shu)據速度的(de)問(wen)(wen)題(ti)么(me)(me)？這(zhe)里(li)先留給懸念，稍后詳細解讀。

新的思路

技術已經發布(bu)一年多(duo)的3D Xpoint，終于(yu)以Optane（傲騰(teng)）的產(chan)品(pin)形式(shi)落地(di)了，姑且不論面向(xiang)企業級高性能存(cun)(cun)儲(chu)市場(chang)的Optane SSD和暫未推出(chu)的Optane DIMM，先(xian)來說說解(jie)決PC外(wai)存(cun)(cun)性能不足問(wen)題的第三種產(chan)品(pin)形式(shi)Optane Memory。

Optane Memory是夾在(zai)內(nei)存(cun)（DRAM）和外(wai)存(cun)（HDD）中的“勸架人”，又是OS處理(li)數據訪(fang)問需求的好幫手(shou)，它(ta)情商頗(po)高(gao)，三頭都(dou)喜歡它(ta)，內(nei)存(cun)和外(wai)存(cun)都(dou)愿(yuan)意與它(ta)交換數據，OS對它(ta)管理(li)外(wai)存(cun)的能(neng)力(li)非常放(fang)心。而在(zai)Optane Memory誕生之前，內(nei)存(cun)總是埋怨(yuan)外(wai)存(cun)“太(tai)肉”，而外(wai)存(cun)則抱怨(yuan)內(nei)存(cun)對它(ta)呼來喚去(qu)都(dou)快(kuai)累死了，OS經常里(li)外(wai)不是人。

Optane Memory憑(ping)什么讓大家都喜(xi)歡它？這還要(yao)從它的(de)(de)(de)身(shen)世(shi)說起。今天的(de)(de)(de)計(ji)算機，特別是(shi)PC核心的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)瓶(ping)頸已經(jing)從CPU、內存(cun)轉移到(dao)外存(cun)，更高(gao)頻(pin)率的(de)(de)(de)CPU、更大容量的(de)(de)(de)內存(cun)，只(zhi)能(neng)(neng)解決有(you)限的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)問題(ti)，一(yi)旦(dan)牽扯(che)到(dao)更大量的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)，就必須和慢(man)吞(tun)吞(tun)的(de)(de)(de)外存(cun)打交道。甚(shen)至(zhi)在越來(lai)越多的(de)(de)(de)實際應用(yong)中，更大的(de)(de)(de)內存(cun)拖(tuo)累了PC的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)體驗。舉例來(lai)說，當OS獲知有(you)4GB內存(cun)時，它會調用(yong)較少(shao)的(de)(de)(de)2GB數(shu)據(ju)，100MB/s讀寫性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)HDD需用(yong)時20秒(miao)；而當內存(cun)增至(zhi)8GB，OS會允(yun)許調入6GB數(shu)據(ju)，需讀取(qu)數(shu)據(ju)60秒(miao)，PC等(deng)待時間變長、體驗變差。好在這只(zhi)是(shi)個比方(fang)，現實中的(de)(de)(de)OS沒有(you)那么不(bu)濟，可(ke)以在數(shu)據(ju)部分(fen)調入內存(cun)后就允(yun)許CPU還是(shi)工作，極端(duan)情況(kuang)下已經(jing)處理的(de)(de)(de)數(shu)據(ju)回寫與讀取(qu)數(shu)據(ju)的(de)(de)(de)沖突才(cai)更令人(ren)撓頭。

Optane Memory恰好出現在(zai)這個位(wei)置。它(ta)(ta)本質(zhi)上是一(yi)(yi)種緩存(cun)，在(zai)英(ying)特爾RST（Rapid Storage Technology）驅動幫(bang)助下(xia)，它(ta)(ta)可(ke)(ke)以協(xie)助OS將(jiang)(jiang)HDD上的(de)(de)(de)頻繁訪問(wen)數(shu)(shu)據(ju)(ju)預讀到(dao)自己內(nei)部(bu)，等待OS隨時(shi)(shi)發號將(jiang)(jiang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)裝(zhuang)入內(nei)存(cun)的(de)(de)(de)施(shi)令。Optane Memory采用(yong)了全新(xin)的(de)(de)(de)存(cun)儲介(jie)質(zhi)，響(xiang)應時(shi)(shi)間為ns級(ji)別(bie)(bie)、速(su)度是GB/s級(ji)別(bie)(bie)，均(jun)比高性能(neng)SSD高一(yi)(yi)個數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)級(ji)以上，以接近甚至達到(dao)DRAM的(de)(de)(de)水平(ping)，可(ke)(ke)謂(wei)(wei)一(yi)(yi)呼即應。目(mu)前(qian)Optane Memory模塊(kuai)已(yi)推出16GB和32GB兩種容量(liang)(liang)(liang)，能(neng)夠輕易做到(dao)兩倍于主流電腦DRAM容量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)水平(ping)，再也不(bu)用(yong)擔心512MB或1GB的(de)(de)(de)TurboMemory模塊(kuai)上所(suo)出現的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)量(liang)(liang)(liang)不(bu)夠內(nei)存(cun)用(yong)的(de)(de)(de)問(wen)題，對(dui)DRAM來(lai)說，由它(ta)(ta)所(suo)供給的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)可(ke)(ke)謂(wei)(wei)源源不(bu)絕。同時(shi)(shi)，Optane Memory與(yu)DRAM的(de)(de)(de)特性相同，支持多任(ren)務(wu)并行操作，在(zai)不(bu)斷喂飽DRAM的(de)(de)(de)同時(shi)(shi)還(huan)能(neng)從HDD繼續讀取數(shu)(shu)據(ju)(ju)或將(jiang)(jiang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)寫回(hui)HDD，這個能(neng)力可(ke)(ke)謂(wei)(wei)是HDD技術發展幾(ji)十(shi)年(nian)來(lai)夢寐以求的(de)(de)(de)能(neng)力。對(dui)HDD來(lai)說，Optane Memory既(ji)遷就了它(ta)(ta)的(de)(de)(de)低(di)速(su)、“同意”用(yong)時(shi)(shi)間換總量(liang)(liang)(liang)，又擋(dang)住了嚴重影(ying)響(xiang)用(yong)戶體驗和小數(shu)(shu)據(ju)(ju)頻繁讀寫，對(dui)延長壽命、降(jiang)低(di)功耗(hao)頗有貢(gong)獻。

新性能指標

如今，對尋求性能的(de)PC來說(shuo)，配(pei)(pei)備(bei)SSD是相當不錯的(de)選(xuan)擇，但(dan)與此(ci)同時，容(rong)量和價格(ge)的(de)問題困擾著它完全取代HDD，在預(yu)算(suan)允許的(de)情(qing)況下(xia)，SSD+HDD的(de)雙盤方案成為(wei)可(ke)能。然而，從(cong)(cong)整體PC配(pei)(pei)備(bei)的(de)硬(ying)盤情(qing)況來看，雙盤的(de)比例(li)恰(qia)(qia)恰(qia)(qia)較低，從(cong)(cong)金錢到(dao)管理，成本問題是較大的(de)障礙；使用(yong)集成NAND模塊為(wei)HDD加速(su)的(de)SSHD產(chan)品(pin)配(pei)(pei)備(bei)率也不高(gao)，產(chan)品(pin)選(xuan)擇少、性能提升有限等因(yin)素是主(zhu)要制約。對更多(duo)用(yong)戶(hu)來說(shuo)，單(dan)盤仍然是主(zhu)要選(xuan)擇，而其中單(dan)HDD攜容(rong)量和成本優勢占據85%的(de)份額。

Optane Memory很有可(ke)能(neng)(neng)改(gai)變這一市場格局(ju)，甚至(zhi)成(cheng)為(wei)實質拉動(dong)存(cun)(cun)儲(chu)性能(neng)(neng)上新臺階(jie)的(de)(de)(de)推手。在(zai)SSD價格不跌(die)反(fan)漲的(de)(de)(de)當下(xia)，Optane Memory可(ke)以讓數TB容量的(de)(de)(de)數據(ju)達(da)到(dao)甚至(zhi)超越SSD的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)表現(xian)，同價格情況下(xia)，SSD只有100GB量級(ji)的(de)(de)(de)容量。回到(dao)剛才(cai)留下(xia)的(de)(de)(de)包袱，除了(le)局(ju)促的(de)(de)(de)容量難以令SSD發揮(hui)出較佳性能(neng)(neng)，SSD在(zai)計(ji)算(suan)機(ji)系統邏輯(ji)中仍舊是外存(cun)(cun)設備(bei)，其上存(cun)(cun)儲(chu)的(de)(de)(de)是文(wen)件，但(dan)是Optane Memory在(zai)RST的(de)(de)(de)幫助下(xia)，已經將HDD上的(de)(de)(de)文(wen)件整理為(wei)內(nei)存(cun)(cun)直接(jie)可(ke)用的(de)(de)(de)數據(ju)塊，在(zai)系統調用時(shi)直接(jie)減少(shao)了(le)數據(ju)轉換的(de)(de)(de)過程(cheng)，對數據(ju)的(de)(de)(de)訪問響應更快(kuai)至(zhi)DRAM水平(ping)。

更具(ju)意(yi)義(yi)的(de)部(bu)分在于，Optane Memory性(xing)能(neng)是如此出色，竟(jing)還被(bei)OS當作硬(ying)盤使(shi)用。當開(kai)啟虛(xu)擬內(nei)存(cun)功能(neng)時，內(nei)存(cun)鏡像要暫存(cun)至HDD，這個功能(neng)雖緩解了(le)系(xi)統內(nei)存(cun)不足(zu)問題，但HDD太慢，動輒過(guo)GB虛(xu)擬內(nei)存(cun)頁的(de)讀寫交換過(guo)程嚴重影響體(ti)驗(yan)。Optane Memory在此時變身為影子HDD，帶來數十倍的(de)速度提升，變相增加了(le)系(xi)統內(nei)存(cun)容(rong)量，形成了(le)類似Xeon平臺+Optane SSD才能(neng)做到的(de)內(nei)存(cun)池（Memory Pool）特(te)性(xing)，即DRAM+Optane Memory（虛(xu)擬內(nei)存(cun)形式）。這也可(ke)以(yi)解釋為何在實(shi)際測試中，4GB內(nei)存(cun)+16GB Optane Memory的(de)系(xi)統比(bi)配備8GB內(nei)存(cun)的(de)HDD系(xi)統性(xing)能(neng)更為出色了(le)。

如今，主流PC的內存容量不過8GB-16GB，數百元的Optane Memory就能帶來數千元內存才能做到的32GB-64GB內存性能(neng)和應用能(neng)力，更有本職工(gong)作 -- 加(jia)速HDD，真可謂以小博大的經(jing)典呀。