改进PC架构：Optane加速成常态

北京2017年5月8日电 /美通社/ -- 2017年3月，基于3D Xpoint技术的Optane（傲腾）已经正式发布，面向消费市场的Optane Memory于5月初正式开售，入门级产品价格不过379元，就能改进今天PC的架构，解决PC最大的性能提升瓶颈问题。

和每年一更新、每次幅度超过20%的处理器相比，同样是PC，关键部件的存储却更新缓慢，甚至拖了整个系统性能的后腿，技术原理缺乏突破是其根本原因，如何破解这一难题，有人已经给出了答案。

相当长时间以来，PC性能的瓶颈是内存，它是承接所有CPU处理数据的关键节点，更大容量可以将更多的数据保持在速度较高的内存中，之所以有这样的需求，恰恰是因为容量数千倍于内存的外存 -- HDD性能太低，如果CPU所需数据每次都要从HDD中调取，那么再快的CPU也要有99.99%以上的时间处于等待缓慢硬盘的状态。

HDD的缓慢，与其特殊的机械结构和线性存储逻辑有关，因此就有了转速越高性能越高（单位时间经过磁头的数据更多）、道间与最大寻道时间差异极大（磁头道间移动距离不同）、碟片/磁头数量减少抵消单碟容量增加带来的性能改进（性能与磁头数×转速×单碟容量正相关）等一系列“奇葩”现象。特别是原本依靠单碟容量增加可以有序地提高性能，但是在成本和功耗等多因素影响下，HDD碟片数量2（3~4个磁头）快速缩减到1（1~2个磁头）、转速从恒定7200r/min向5900r/min或可变转速改进，即便单碟容量艰难提升到2TB，是此前的4~5倍，而吞吐性能提升幅度不超过50%，而寻道或者在其他设备中可视作延迟的性能还有所下降，谁来破解存储性能上的矛盾？

SSD么？可以算一个已被广泛接受的解决方案，前提是不在意成本。另外，最近在华为手机上爆出的闪存特性（接口规格）差异致其性能迥异事件，让eMMC、UFS等生僻词汇成为焦点。SSD同样基于Flash，但是Flash的性能和耐久性上下差别超过10倍，甚于手机使用的颗粒。特别是在成本驱动下，Flash厂商极有意愿导入更新的制程，而与此同时，Flash特殊的存储结构导致制程越高（线宽越小）而耐久性（擦写）越差，如闪存盘广泛使用的低耐久性TLC芯片，擦写次数在200~500次之间，而经过优化的高耐久性TLC，擦写次数也在2000次上下徘徊不前。

DRAM么？作为内存，虽然性能百倍于SSD，但是成本也是百倍。而且还要使用专用接口，不仅系统配置的模块数量有限而且容量也非常有限，换言之有钱也买不到。更要命的是，存储结构与Flash截然不同的DRAM，作为外存使用有着致命的弱点，就是其掉电易失性，其数据保持100%依赖电力，而且还要以读代存 -- 通过不间断的周期性读操作，给存储单元充电，以保持数据不丢失，因此它还要搭配内存控制器使用，结构更为复杂。

以上3种存储技术的原理已经稳定数十年没有大突破，令存储性能裹足不前，而结合DRAM的速度、Flash的非易失性和HDD的低成本，是长久以来科学家们寻求的突破方向。随着英特尔公布3D Xpoint技术，成为第一种可以规模量产的此类产品。其他技术，如FeRAM（铁电）、MRAM（磁阻）、PRAM（相变）还是Millipede Memory（千足虫）、NanoRAM（碳纳米管），都距离产品化乃至商品化还有相当的距离，而基于3D Xpoint技术的Optane（傲腾）已经在3月正式发布，面向消费市场的Optane Memory于5月初正式开售，入门级产品价格不过379元，就能改进今天PC的架构，解决PC最大的性能提升瓶颈问题。

Optane有着卓越的性能和出色特性，其读写原理类似于DRAM，通过行、列地址交叉确定位置，而3D的立体构造，则可将不同“位”的数据存放于不同“楼层”，地址还是一个，却可以一次性定位获取多个字节（依层数而定）的数据，性能和存储密度都大幅度提高。由于Optane读写原理有别于Flash，因此没有令人头疼的耐久性问题，其寿命可与DRAM媲美，同时它还没有DRAM的易失性，可以像Flash一样无电长期保持数据。要说弱点，Optane还是有的，目前其成本仍然高于TLC Flash，但是随着英特尔和其合作伙伴Micron开始规模生产，再加上制程提高对成本的抑制作用，容量过1TB的Optane SSD已经在今年发布的Road Map中。在消费级市场上，Optane Memory的不足，则更多的是因为市场原因，即人为的刻意限制，如目前只有最新的200系列芯片组加上7代酷睿（不支持Pentium和Celeron）可以使用、容量小（16GB、32GB）、价格略高（16GB为379元）和只开通PCI-E 3.0 x2模式等，使用更高规格完全没有技术障碍。

作为生力军，Optane当下要做的是教育市场，而距离占领市场还甚远。当年SSD进入市场时，DRAM和HDD都已是极为成熟的产品，无论是显性的外观特征，还是隐性的性能表现，初代SSD既要兼容当时HDD的物理规格和接口，又要表现足够令人记忆深刻，因此并行推出了mSATA这样HDD难以涉足的领域，从而用又小又快教育了市场。今天Optane同样面临这样的教育工作，如今的Optane，从名字、外形规格到使用方式，都太像已经稀松平常的SSD了。改变传统观念要从专业 -- 可发挥并认可价值和主流 -- 改变习惯等两个方面入手，英特尔正是使用这种方式，首先推出了面向企业级用户的Optane SSD和面向入门级消费用户的Optane Memory，前者主打大容量、高性能、低延时，后者解决存储瓶颈的实际问题。

虽然同为半导体+HDD的双硬盘组合，但是早早入市的SSD为HDD做Cache实现全盘加速的解决方案如今已被束之高阁，Flash较高的延迟、难以满足超高频度读写的耐久性问题、全盘加速性能逊色于单SSD的现实以及全盘加速模式设置的复杂性，都令用户更倾向于将SSD和HDD分开使用，这也极大地影响了跨盘使用的性能体验。Optane技术原理的不同，让用户完全不用担心延迟、耐久性和性能损失问题，再加上英特尔专门为Optane Memory推出了新版RST（Rapid Storage Technology，快速存储技术）软件，确认开启加速系统自动完成设置，使其可用性、易用性大大提升。加速完成后，Optane Memory和HDD逻辑上将合并为单一驱动器，因此也不会对系统管理和用户使用习惯造成任何影响，全HDD容量可实现如Optane Memory性能的加速表现，可谓PC性能提升的神油。

英特尔傲腾内存

磁盘驱动器

相信有着这样的实际表现，Optane将很快普及到对性能和容量有着同时要求的领域，最先的收益者是还占市场份额85%以上的单HDD配置的台式电脑用户。对他们来说，比主机平均价格再额外投资10%，所得到的却是过去的解决方案多投资100%也做不到的。从这点来说，Optane对PC架构改进的推动力是空前巨大的。

很快，Optane将进一步拓展其应用领域，除了台式电脑及其延伸的一体电脑、NUC等细分领域产品外，笔记本电脑及老平台也将有可能收益与它。不过，这还是要看英特尔推进Optane有多迫切，这是个市场问题。