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Intel 3D XPoint Optane SSD DC P4800X パフォーマンスプレビュー

導入

ついに、ついに3D XPoint不揮発性メモリ技術が完成しました。まあ、完成と言ってもいいでしょう。実は、まだラボには設置できていません。Intelは新技術を極秘に扱うことに強い関心を持っているため、3D XPoint搭載の「Cold Stream」Optane SSD DC P4800Xを実際に手に取ることは許されませんでした。その代わりに、同社はカリフォルニア州フォルサムのキャンパスにひっそりと設置された極秘ラボで、このドライブをリモートテストする機会を与えてくれました。もちろん、仮想環境とはいえ、史上最もホットなストレージデバイスを実際に手に取ることができました。そして最終的に、印象的な予備的な数値を得ることができました。

IntelのOptane SSD DC P4800Xはデータセンター向けに開発され、画期的な(軽々しく使っているわけではありませんが)パフォーマンスをもたらします。Intelが長年の伝統であるエンタープライズSSDのエンスージアスト向けバージョンをリリースし続けるのであれば、Optaneは近いうちにデスクトップPCにも搭載されるはずです。

Optaneは、DC P4800Xを支える3D XPointメディア、メモリ、ストレージコントローラ、インターコネクト、ドライバなどのテクノロジー群を指す、Intelの包括的なブランド名です。Micronも、独自の3D XPointベースのQuantX製品を近日中に市場に投入する予定です。

IntelとMicronは、10年以上にわたりスカンクワークス型のプロジェクトで3D XPointを開発し、1966年以来世界初の新製品メモリを生み出しました。システムメモリは常に明確に定義されたクラスに分類されてきました。短期メモリ(通常はDRAMですが、SRAMなど他の種類も含まれます)は最高のパフォーマンスを発揮します。残念ながら、原則として(まれな例外はありますが)、電源が切れるとデータは保持されません。

仕様


詳細: データセンター M.2 SSD 101


詳細: SMR(シングル磁気記録)101

ストレージは永続メモリの一種であり、電源がなくてもデータを保持します。SSD、HDD、テープなど、様々な形態があります。しかし残念ながら、ストレージの永続性はパフォーマンスを犠牲にしています。また、この2つの媒体の間には、価格と密度に大きな隔たりがあります。 

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3D XPointはNANDとDRAMのギャップを埋めるために設計されていますが、DRAMよりもはるかに手頃な価格で、より高い密度を提供します。また、NANDよりも高速で、より耐久性に優れています。3D XPointは永続性と高いパフォーマンスを備えているため、メモリとストレージの両方の役割を果たし、新しい「ストレージクラスメモリ」のカテゴリーに位置付けられます。

IntelとMicronは2015年7月に3D XPointを発表し、出荷予定日を「12~15ヶ月」としていました。当然ながら、その発売時期に間に合わず、開発の過程で様々な障害があったようです。両社とも3D XPointに関する情報を積極的に公開しておらず、製品の一般提供が目前に迫っているにもかかわらず、私たちもまだそれが何なのか正確には分かっていません。私たちは多くの調査を行い、多くの業界アナリストと同様に、PCM(相変化メモリ)の一種ではないかと推測しています。この仮説を裏付ける証拠は豊富にあり、そのほとんどは「3D XPoint:ストレージクラスメモリの未来へのガイド」という記事にまとめられています。この新技術のあらゆる側面についてより詳しく知りたい方は、ぜひお読みください。

冷たい小川が流れ込む

Intelが詳細を明かしていないと言っても、決して大げさではありません。同社はDC P4800Xのマニュアルすら公開してくれず、ドライブの仕様の一部は明確に定義されていないため、ここで取り上げるのは困難です。ただし、レイテンシは10マイクロ秒で、これはNANDと比較して10分の1の削減となります。4Kランダム読み取り/書き込み性能は、それぞれ最大550,000 IOPS/500,000 IOPSと評価されています。実際、DC P4800Xは70/30の読み取り/書き込み混合ワークロードで最大500,000 IOPSを実現しており、これまでテストしたSSDの中で最速の性能を誇ります。

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確かに、DC P4800Xは、あらゆるトランザクションワークロード(その多くは小さなランダムデータチャンク)を満たすのに十分なパフォーマンスを提供します。IntelとMicronは、IMFTパートナーシップを通じて、低いキュー深度で可能な限り最高のパフォーマンスを提供できるよう3D XPointをカスタマイズすることに注力しました。これは、高負荷時のベストケース結果を強調するSSD業界の慣習とは全く対照的です。こうしたやや誤解を招く仕様が蔓延しているのは、NANDベースのデバイスが本質的に並列処理であるため、そのような高負荷をかけなければその潜在能力を最大限に引き出すことができないためです。これは、ほとんどの人にとって現実的ではありません。

データセンターからデスクトップに至るまで、現実の世界では、アプリケーションが生成するワークロードは軽度で、ストレージデバイスに4~8のキュー深度を超えるほどの負荷をかけることはほとんどありません。多くのSSDに搭載されているQD256ベースの仕様はさておき、DC P4800Xは低いキュー深度でも爆発的なパフォーマンスを発揮し、サービス品質(QoS)などの他の重要な特性も重視しています。これらの特性については、テスト結果で詳しく説明します。

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DC P4800Xは、4レーンのPCIe 3.0リンクを介してNVMe経由で通信する375GBのアドインカードとしてデビューします。比較的狭いパイプは生のスループットを制限しますが、レイテンシに敏感なランダムワークロードには十分な余裕を提供します。Intelは、今年後半のロードマップに750GBと1.5TBのAICおよびU.2モデルを予定しています。375GBモデルの販売価格は1520ドル、つまり1GBあたり4.05ドルです。もちろん、これは1GBあたり1.50ドルを下回る一般的なエンタープライズクラスのSSDよりもはるかに高価です。しかし、P4800Xの価格性能比もはるかに優れています。この高速メディアは、DRAMを補完する補助メモリプールとして使用することもでき、大容量DIMMに比べて大幅なコストメリットをもたらします。

NVMe DC P4800Xは、20nmプロセスによる128Gb(16GB)3D XPointダイとCMOS Under the Array(CuA)テクノロジーを採用しています。このテクノロジーは、制御回路をストレージアレイの周辺ではなく下に配置することで高密度化を実現しています。このSSDは、7チャネルのカスタムIntel NVMe ASICを搭載し、チャネルごとに最大4つのダイ、合計28個のダイを処理できます。375GBモデルは最大30 DWPD(Drive Writes Per Day)の耐久性を備えており、これについては次のページで詳しく説明します。


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ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。