分析：Optane是針對DRAM的一次重大飛躍嗎？

英特爾和美光在2015年7月大張旗鼓地推出了3D XPoint，這是幾十年來問世的首個新內存架構。差不多五年之後，這些晶元終於在SSD和DIMM中出貨了，但光芒卻不那麼耀眼了。

在眾多數據中心晶元新品的發布中，英特爾首次公布了Optane DIMM和專有DDR-T協議的設計細節和性能細節，這也讓我們有機會了解打造一款新內存晶元的難度有多大，也給像美光和三星這樣未來可能會走類似路線的競爭對手一個警示。

磁性的、電阻式的、以及像Optane這樣的相變內存已經存在於實驗室中有很多年時間了。但是，要在計算機內存分層中為這些技術開闢出一個新的層來說，可能要讓很多公司花費多年時間才能實現。

英特爾不得不對CPU、DDR內存協議和現有DIMM設計進行改動。而且目前最大的提升仍在進行中——也就是讓合作夥伴對應用軟體進行改動，以便支持持久性主內存。現在，Linux和微軟的伺服器操作系統的改動基本已經就緒。

英特爾因為在做所有這些工作的同時還定義和提升了新內存架構的開發備受讚譽，但不幸的是，這一切都發生在DRAM和NAND價格暴跌的一年中，使得英特爾的收入和利潤前景變得有些黯淡。

Objective Analysis內存市場分析師Jim Handy表示：「2015年的時候，我曾預測英特爾在推出新內存架構的兩年內將獲得高達20億美元的收入，但現在這個數字可能要低得多，更現實地說，可能只有10%或者說只有2億美元，部分原因是我們正處在內存價格崩盤期。」

他認為，英特爾可能會為了吸引用戶把Optane DIMM的售價定為大約是DRAM版本的一半。但考慮到升級Optane的成本，英特爾可能是目前唯一虧損的內存晶元廠商了。

Linley Group分析師Linley Gwennap認為：「Optane DIMM原本應該在2017年與Skylake-SP處理器一同上市，但被推遲了。現在，DRAM DIMM的最大容量已經有所提高，價格大幅下滑——但問題是，DRAM發展得越來越好。」

英特爾僅披露了專有DDR-T協議的粗略細節。（來源：英特爾）

更麻煩的是，Optane DIMM的計算性能優勢說起來有點複雜，可能會因為應用和可編程功率（範圍在12W至18 W不等）的不同而出現差異，例如讀取延遲從180到340納秒不等。

英特爾公布了經過測試的一些特定用例，每個用例都很重要，但既不具有廣泛性也沒有帶來任何驚喜。例如，DIMM在運行微軟HyperV的伺服器上可支持多出30%的虛擬機，或者可以將此類伺服器的成本降低三分之一。

同樣地，SAP Hana用戶也可以看到重啟速度提高了12.5倍，或者大型內存資料庫成本降低節省39％。除此之外，英特爾並沒有詳細介紹給其他目標應用帶來的提升，例如Memcached、實時分析和Apache Spark。

英特爾工程師表示，需要花很長的時間來探索這項新技術的潛在用途。板卡廠商將為這款DIMM設定價格，但英特爾表示，預計它在目標工作負載上的性價比是DRAM的1.2倍。

但整體來看，這並沒有讓分析師們感到興奮。

Gwennap說：「性能似乎並不怎麼吸引人......而且在成本更高的情況下對比性能是不公平的，有些應用程序會從中受益......但達不到你通常對新技術期望的2-4倍的提升。」

目前尚不清楚這一情況是否會隨著時間的推移有所好轉。英特爾也沒有就今天公布的20納米Optane晶元路線圖發表評論。Handy表示，英特爾可能會在遷移到更類似DRAM的工藝之前，先過渡到15納米工藝。

「我對英特爾所做的努力印象最深刻。這個領域的初創公司都忘了，他們需要對操作系統和應用進行改動。」

英特爾的經驗可能會讓那些認為自己能填補某些內存市場空白的競爭對手三思而後行。如果他們繼續前行，未來的市場發生一些變化。

一位負責Optane的高管認為，未來內存市場會變得很複雜，我們將看到市場中會有很多針對不同用途的不同產品。

Optane的性能說起來有些複雜，在不同功率和不同應用的條件下，性能也是不同的。（來源：英特爾）

英特爾分享了設計上的一些有趣信息。與固態驅動器一樣，Optane DIMM有自己的SRAM控制器，以及用於地址查找表的電源管理IC、電容器和DRAM。

一個CPU最多可以使用6個Optane模塊，還需要一些DRAM才能啟動。Optane模塊需要更靠近CPU以解決信號完整性的問題。

這些辦卡最多可以封裝11個Optane介質晶元，其中一些用於糾錯和冗餘，安全密鑰保存在易失性內存和非易失性內存中。

英特爾表示，介質晶元的讀寫周期是五年。但是，數據僅在未使用時保留約三個月。

大多數新的Xeon Platinum和Gold版本都支持DIMM，並對內存單元做了一些改動，就像是緩存控制器一樣，可以智能地把更高速度的DRAM晶元作為緩存一樣使用。

英特爾表示，DDR-T協議支持非同步命令和時序，使Optane DIMM比傳統CPU管理模塊更具控制力。與DDR類似，它支持訪問64-B緩存行。

Optane DIMM被設計成了類似於小號的、精簡的專用SSD。（來源：英特爾）

DIMM可以使用三種編程模型，可以在不改動軟體的情況下看起來更像是DRAM；可以具備非易失性內存所不具備的獨特特性；或者經過操作系統和應用的改動，看起來像是一個比SSD和硬碟速度更快的塊存儲層。

Cascade Lake CPU首席架構師Ian Steiner表示：「並非所有系統都將使用它，有些應用不喜歡這種DIMM，沒關係。有些運行表現不會變的更好，例如流媒體數據，但有很多客戶關心的好應用是可以有更好的運行表現的。」

「沒有真正現成的應用是支持持久性的，而且短時間內也不會有，所以它能帶來的短期好處就是讓你能夠獲得比DRAM更大的主內存，」Handy說。

英特爾將繼續與SAP等應用開發商合作，改變這種狀況。與此同時，谷歌或高盛等擁有深厚軟體實力和內部應用的企業可以使用這種DIMM——如果他們願意修改代碼並接受專有界面的話。

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