Intel Optane im RAID0: Was kann 3D-Xpoint-Speicher?

Inhaltsverzeichnis

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Einführung

Intels Optane-Speicher hat den Markt erreicht, doch viele potentielle Interessenten denken dabei zunächst an einen Cache für Hochleistungsrechnern oder scheitern an den steilen Systemvoraussetzungen. Dabei bietet Intel Optane Memory eine SSD-ähnliche Leistung, wenn er mit einer Festplatte gepaart wird – im Vergleich zu einer Billig-SSD kann die Performance sogar höher ausfallen. Und Cache-Speicher sind eigentlich nicht unbedingt die beste Option, wenn die schnellst möglichen Speicherlösung gesucht wird.

Die Verwirrung ist allerdings zumindest teilweise hausgemacht – wobei schon der Name seinen Beitrag dazu leistet: “Optane Memory” lässt zunächst an einen Datenspeicher denken, für Heimnutzer bietet der Hersteller jedoch zwei Cache-Lösungen auf der Basis der Technologie, die bei Mainboards mit 200-Chipsatz genutzt werden können; außerdem steht eine SSD in Form eine PCIe-Karte zur Verfügung, die jedoch für einen professionellen Einsatz gedacht ist.

In diesem Artikel soll es jedoch nicht um den Aufbau eines Cache-Arrays gehen, das die am häufigsten verwendeten Daten für eine schnellere Arbeitsgeschwindigkeit vorhält. Im Folgenden stellen wir eine Möglichkeit vor, bei der drei Optane-Memory-Laufwerke in einem RAID0 zusammengeführt werden, um ein (größeres) Speichervolumen zu erhalten, auf dem das Betriebssystem sowie einige Programme Platz finden.

Intels 3D-Xpoint-Speicherchips (die für die Optane-Speicher genutzt werden) sind leistungsstark, die angebotene Cache-Lösung ist jedoch nur geringfügig schneller als eine Highend-SSD. Der Grund hierfür: Die eigentlichen Fähigkeiten werden zurückgehalten. Die Optane-Memory-SSDs mit Kapazitäten von 16 oder 32 Gigabyte nutzen nur einen oder zwei Speicherkanäle. Der Hersteller hat jedoch keine Informationen zum Speicher-Controller veröffentlicht. Theoretisch könnte zwar ein Ein-Kanal-Controller bereits eine NAND-SSD mit acht Speicherkanälen übertrumpfen, vermutlich werden sich die Möglichkeiten jedoch erst mit der Zeit zeigen. Dennoch sollte man den Optane-Speicher als eine neue Speicherklasse einstufen.

Auch wenn es derzeit noch nicht offensichtlich ist, werden sich die Vorteile schon bald zeigen: Während der letzten Jahre galt Samsung als das Maß der Dinge. Der Hersteller bietet aktuell den fortschrittlichsten NAND-Flash-Speicher, der Vorsprung gegenüber den Konkurrenten ist teilweise derart groß, dass selbst TLC-basierte Speicherlösungen häufig MLC-NAND anderer Fabrikanten hinsichtlich der Leistung übertrifft. Samsung spielt an dieser Stelle zumeist in einer anderen Liga, Intel könnte allerdings die Maßstäbe für den Einstieg in die nächste Liga setzen, denn der Optane-Speicher hat schon einen vielversprechenden Start hingelegt: Es sei an dieser Stelle an die ersten SLC-SSDs errinnert, die beim Marktstart langsamer waren als eine moderne SD-Karte.

Mit der Zeit wird auch dieser Speicher schneller, größer und billiger. Allerdings ist Intel nicht gerade bekannt dafür zu sorgen, dass die Preise schnell fallen und die Speichertechnologie damit ebenso schnell in den für den Heimgebrauch bestimmten SSDs einziehen wird. Wer bereit ist ein kleines Risiko einzugehen, kann von der Technologie aber schon jetzt profitieren.

Moderne SSDs nutzen im Prinzip intern ein RAID. Das einzelne NAND-Die ist zwar bereits schnell, doch es braucht viele davon die zusammenarbeiten, um das hohe Performance-Level zu erreichen, das mit SSDs verbunden wird; größere Kapazitäten erhöhen die Wahrscheinlichkeit von mehr parallelen Transaktionen. Das bringt sowohl positive als auch negative Effekte mit sich: Im Laufe der Zeit hat sich das Fassungsvermögen des NAND-Dies erhöht, während die Anzahl der physischen Chips in der SSD verringert wurde. Deshalb sind viele moderne SSDs langsamer als ältere Modelle mit der gleichen Kapazität. In jedem Fall könnte die 3D-Xpoint-Speichertechnologie den Markt nachhaltig verändern.

Weil Intel noch keine Optane-SSDs anbietet, die auch für den begrenzten Geldbeutel erschwinglich wäre, versuchen wir uns an einem Eigenbau mit Hilfe aus einer Kombination aus Hard- und Software, die der eine oder andere bereits besitzen könnte.

Spezifikationen

Intel Optane Memory 16GB Intel Optane Memory 32GB
Speichervolumen 16 GB 32 GB
Format M.2 2280 M.2 2280
Interface/Protokoll NVMe Over PCIe 3.0 x2 NVMe Over PCIe 3.0 x2
Controller Intel Intel
DRAM
Speicherart 20nm 3D XPoint 20nm 3D XPoint
Lesen (sequentiell) 900 MB/s 1,350 MB/s
Schreiben (sequentiell) 145 MB/s 290 MB/s
Lesen (zufällig) 190,000 IOPS 240,000 IOPS
Schreiben (zufällig) 35,000 IOPS 65,000 IOPS
Verschlüsslung
Produktnummer MEMPEK1W016GA MEMPEK1W032GA
Garantie 5 Jahre 5 Jahre
Preis ca. 45 Euro ca. 80 Euro

Nicht jeder Intel-Chipsatz unterstützt RAID, und PCIe-RAID ist einem noch begrenzteren Teil vorbehalten, denn hier müssen die PCIe-Leitungen direkt zum PCH-Chipsatz (Platform Controller Hub) umgeleitet werden. Diese Funktion steht allerdings nur bei den 100- und 200-Chipsätzen zur Verfügung, die die Rapid Storage Technologie (RST). Die Hürden sind nicht so hoch wie beim Freischalten von Optane-Memory-Caching – was mit der siebten Generation der Intel-Core-Prozessoren sowie einem 200-Chipsatz möglich ist -, aber sie sind immer noch vergleichsweise hoch.

Für unser RAID0-Array aus drei Laufwerken nutzten wir ein Asrock Z170 Extreme7+ Motherboard, das drei M.2-Slots bietet, die mit Hilfe von PCIe 3.0 x4 angebunden und dank der Rapid Storage Technologie zum PCH geleitet werden. Es gibt nur wenige Mainboards mit drei M.2-Sockeln, und einige mehr, die mit zwei M.2-Slots sowie einem PCIe-Steckplatz aufwarten, die die PCH-Route-Option mitbringen.

Man kann zwar nicht von einem echten Software-Raid booten, das mit Microsoft Storage Spaces erstellt wurde, von einem RAID0-Array, das die Rapid Storage Technologie nutzt, ist das jedoch möglich. Das Array stellt eine nutzbare Kapazität von nahezu 82 Gigabyte bereit – oder rund den doppelten Platz, der für eine Windows-10-Pro-Installation mit allen Updates und der Office-Suite benötigt wird. Das ist nicht gerade viel, aber in diesem Fall geht es eher um Qualität und nicht so sehr um Quantität.

Die Optane-Memory-NVMe-SSD bieten in der Spitze weniger Bandbreite als einige SSDs – im Datenblatt wird bei sequentiellem Lesen ein Durchsatz von 1350 MB/s in Aussicht gestellt, beim Schreiben sind es noch 290 MB/s -, im Zentrum steht vielmehr wo die höhere Leistung zur Verfügung gestellt wird. Bei Low-Queue-Depths ist Optane-Speicher schneller.

Manche haben sich darauf versteift, dass – wie Intel anfänglich behauptete – von entsprechenden Speichermedien eine bis zu 100-fache Performance geboten wird, eine Steigerung um das 10-fache wird dem ganzen jedoch gerechter. Und selbst an diese Marke kamen wir mit Optane Memory (im offiziellen Cache-System) nicht heran. Der Intel-Speicher bringt im Rechner vielleicht keine Verbesserungen um den Faktor 10, aber er ist deutlich schneller als all das, was bisher von uns getestet wurde (ohne dabei alle Daten beim Neustart zu verlieren).

Preise und Garantie

Der Optane-Speicher ist derzeit noch keine günstige Angelegenheit. Die kleine Variante mit einer Speichergröße von 16 Gigabyte kostet zwischen 45 und 50 Euro, für den Aufbau eines Optane-RAIDs empfiehlt sich daher auf die 32-Gigabyte-Version zu setzen, die für etwa 85 Euro angeboten wird.

Intel bietet eine Garantie von fünf Jahren, was eine Haltbarkeit bei Schreibprozessen von 182,5 Terabyte und eine MBTF von 1,6 Millionen Stunden beinhaltet.

Detailierter Überblick

Die Optane-Memory-Module werden in im standardisierten M.2-2280-Format ausgeliefert. Der 3D-Xpoint-Speicher ist schnell genug um Übertragungsraten im Hochleistungsbereich beim Lesen bzw. Schreiben von Daten von einem einzelnen Die (ohne Dabei einen DRAM-Buffer zu benötigen). Der mysteriöse Controller ist kleiner als der der meisten NAND-basierten SSDs, und er scheint spezuiell für den Einsatz bei den Optame-Speichermodulen entwickelt worden zu sein.

Wie bereits angedeutet wurde für diesen Test ein Asrock Z170 Extreme7+ Motherboard mit drei Optane Memory 32GB M.2 Modulen bestückt.

Intel Rapid Storage Technology RAID

Wir haben das Optane Memory RAID als sekundäre Partition getestet, was die Messung der Leistung ohne zusätzliche IOs erlaubt, die vom Betriebssystem stammen. Mit einem bereits installierten Betriebssystem konnten wir Intels Rapid-Storage-Technology-Interface für den Aufbau des RAID0 nutzen, das aus drei einzelnen Laufwerken besteht. Nach der ersten Testrunde wurden sämtliche Daten gelöscht und Windows 10 Pro installiert um den BAPCo’s SYSmark 2014 SE ausführen zu können.

Es ist verführerisch die Cache-Modus-Richtlinien anzupassen, davon raten wir allerdings ab. Die Write-Back- und Write-Through-Einstellungen können das System bei hoher Last blockieren. Die Read-Only-Einstellungen wurden nicht ausprobiert. Von den drei Einstellungen wählten wir “Off” um die beste Resulatet und die höchste Systemstabilität zu erreichen.

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