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3D XPoint: guida al futuro della memoria

Pagina 1: 3D XPoint: guida al futuro della memoria

Quando Intel e Micron annunciarono nel luglio 2015 la memoria 3D XPoint fecero piuttosto scalpore. Da allora l'interesse è scemato, lasciando spazio alle speculazioni. Le due aziende non hanno ancora svelato esattamente cosa sia una memoria 3D XPoint.

Fortunatamente, grazie ad alcuni briefing e una recente conferenza siamo riusciti ad apprendere maggiori dettagli sulle prestazioni, il funzionamento interno di 3D XPoint e l'ecosistema software. Dopo due articoli nei mesi precedenti è quindi giunto il momento di tornare sul tema.

Leggi anche: 3D XPoint, cosa sappiamo di questa rivoluzionaria memoria? – Intel Optane e Micron QuantX, SSD 3D XPoint in arrivo

Le promesse di Intel e Micron

Intel e Micron sviluppano 3D XPoint da oltre un decennio. Si tratta della prima nuova memoria al mondo dal 1966, capace – grazie alla capacità di conservare i dati in assenza di energia – di funzionare tanto come memoria quanto come archiviazione.

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La joint venture IMFT (Intel/Micron Flash Technologies), nata nel 2006, ha fatto alcune affermazioni coraggiose su 3D XPoint. Le aziende hanno ripetuto un mantra che faceva più o meno così: "1000 volte più veloce e 1000 più resistente rispetto alla NAND, con 10 volte la densità della DRAM". Fantastico no? Certo, ma bisogna eliminare il marketing dall'equazione. Non sappiamo quale generazione di memoria NAND si stata presa come esempio e ciò impedisce di capire i veri vantaggi prestazionali di 3D XPoint, almeno a una prima occhiata.

Intel ha mostrato 3D XPoint in funzione diverse volte, ma mai con presentazioni davvero esaustive. Una volta è stata mostrata come un dispositivo di backup, uno scenario improbabile per via del prezzo elevato della nuova memoria. Per di più la memoria era dietro l'interfaccia Thunderbolt 3, soluzione che ne mascherava le prestazioni. Questo ha fatto emergere molti dubbi sullo stato dello sviluppo di 3D XPoint.

L'azienda statunitense ha quindi risposto con un benchmark, un rendering con Blender mostrato al Computex 2016, ma gli impressionanti miglioramenti prestazionali non furono accompagnati con molti dettagli tecnici. Ancora una volta gli scettici si ritrovarono a speculare sul fatto che Intel stava faticando a trovare "casi d'uso reali" in cui 3D XPoint potesse scatenare tutta la sua potenza. Un tema non certo campato per aria, legato in parte alle restrizioni imposte dalle interfacce esistenti. Probabilmente però fu solo una scelta strategica: Intel non voleva mostrare "la sua mano" ai concorrenti. L'azienda ha poi svelato più informazioni sul benchmark Blender all'IDF 2016, e questo ci consente di evidenziare i veri vantaggi, di cui ci occuperemo nel capitolo delle prestazioni.

Un passo indietro

Intel e Micron, di recente, hanno iniziato a prendere le distanze delle affermazioni precedenti.

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Le due aziende hanno accesso alla stessa memoria 3D XPoint, ma porteranno sul mercato progetti e prodotti unici, e con nomi diversi. I prodotti Intel si chiameranno Optane, mentre quelli Micron avranno il marchio QuantX (quantum leap). Per fare una dimensione "più umana" alla nuova tecnologia Intel ha iniziato a parlare di un miglioramento di quattro volte per quanto riguarda le prestazioni in scrittura casuale e di tre volte per ciò che concerne la resistenza. Proiezioni esponenzialmente inferiori rispetto a quelle iniziali.

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Anche Micron ha gettato acqua sul fuoco, affermando che la memoria QuantX raggiunge prestazioni casuali dieci volte maggiori di una NAND, un vantaggio che si verifica solo in presenza di queue depth (QD) ridotte. Si tratta di un'informazione importante, perché le prestazioni con QD ridotte sono lo scenario più importante in ambito consumer. È chiaro però che 3D XPoint perda una buona parte del suo potenziale conformandosi ai limiti delle infrastrutture esistenti. Il tempo di risposta migliorato di oltre dieci volte è un miglioramento fondamentale, e lascia intendere che con i nuovi prodotti godremo di una latenza radicalmente inferiore.

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Come prevedibile, Intel e Micron sono state messe sulla graticola per l'enorme disparità nelle proiezioni di prestazioni e resistenza. IMFT ha risposto affermando che quanto affermato in origine faceva riferimento alla velocità "grezza" della memoria e non ai prodotti finali. Tecnicamente è una risposta che ha senso, perché il sistema incorre in un grande overhead per ogni operazione legata all'archiviazione. Le nuove specifiche estinguono parte dell'entusiasmo, ma la memoria 3D XPoint assicura vantaggi tangibili rispetto alle prestazioni. Per quanto riguarda le specifiche di resistenza, IMFT deve ancora spiegare cosa, oltre all'azione di ECC, fa scendere il dato così drasticamente.

L'ingrediente principale della ricetta di 3D XPoint è la persistenza. Se la tecnologia soppianterà o affiancherà la memoria DRAM volatile potrà alterare il mercato del computing a tutti i livelli. Come la NAND, 3D XPoint non conserva i dati per sempre e IMFT non ha ancora svelato per quanto tempo la memoria è in grado di stoccare i dati senza energia. La "data retention" è un indicatore importante della resistenza generale di ogni tecnologia persistente; gli SSD ad alta resistenza destinati ai datacenter possono conservare informazioni solo per tre mesi, mentre un SSD client a bassa resistenza può salvare i dati per un anno.

La resistenza di 3D XPoint è un fattore importante, che determinerà il mercato in cui questa memoria potrà insediarsi. Micron ha affermato che QuantX offre 25 DWPD (Drive Writes Per Day) per applicazioni di archiviazione, valore che triplica quello della maggior parte degli SSD enterprise di fascia media esistenti, anche se ci sono SSD che garantiscono una resistenza simile.

I produttori stanno però lavorando per offrire 3D XPoint sotto forma di DIMM per l'uso come memoria, e questo richiederà una quantità di resistenza esponenziale rispetto all'archiviazione. Le specifiche di resistenza drasticamente ridotte sono quindi accompagnate da serie preoccupazioni.

Quando arriva 3D XPoint?

Inizialmente la produzione di massa di 3D XPoint era prevista in 12-18 mesi, con sample in consegna nel 2015. Siamo in ritardo di quasi un anno. Sappiamo che Intel e Facebook stanno lavorando gomito a gomito, ma il social network è l'unica azienda nota ad avere sample di Optane. Micron ha rimandato l'arrivo di QuantX al secondo trimestre 2017. Intel rimane impegnata nel consegnare i primi sample di Optane quest'anno.

Durante l'IDF 2016 Intel ha annunciato che stava dando accesso cloud alla nuova memoria ai provider di servizi. Una notizia che conferma la ridotta disponibilità di sample quest'anno. L'accesso cloud a 3D XPoint è un altro indicatore del fatto che Intel sta mantenendo un forte controllo sui sample per impedire che i concorrenti mettano le mani sulla tecnologia. L'amministratore delegato di Intel, in seguito, ha annunciato che l'azienda sta verificando i sample in questo trimestre, consegnandone migliaia. L'azienda potrebbe quindi raggiunge gli obiettivi rivisti per il 2016.

Il CEO di Intel ha inoltre dichiarato 3D XPoint dovrebbe accompagnare la seconda generazione della piattaforma Xeon Purley, cosa che indica un ritardo, in quanto l'azienda originariamente puntava a un debutto insieme alla prima generazione di Purley. Brian Krzanich, quasi sicuramente, si riferiva a implementazioni "on package" oppure "on die", perché il CEO ha parlato della sua integrazione insieme ad altre tecnologie "on package". Insomma, contrariamente a quanto si creda gli SSD e/o DIMM Optane potrebbero debuttare con la piattaforma Purley di prima generazione.

Documenti emersi di recente indicano che Intel vuole consegnare sia SSD che memorie nel tardo Q4 2016. Sono trapelati benchmark della memoria Intel Optane Stony Beach, ma la stampa ha interpretato i risultati nel modo sbagliato. Molti hanno ignorato la differenza tra la memoria Stony Beach e gli SSD Optane Mansion Beach, che sono due prodotti diversi. In tanti hanno confrontato erroneamente le specifiche della memoria con gli SSD esistenti.

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3D XPoint raggiunge velocità vicine alle DDR2, portando i supporti di archiviazione da un intervallo di millisecondi a centinaia di nanosecondi. Questo espone rilevanti colli di bottiglia sia hardware che software sulle piattaforme esistenti. Usare 3D XPoint come memoria richiederà modifiche rilevanti all'attuale specifica DDR4, ma le altre realtà dell'industria si stanno già unendo contro l'uso di interconnessioni proprietarie.

IMFT dovrà affrontare numerosi ostacoli, come i costi associati alla produzione e alla vendita, insieme ad hardware, firmware, controller e supporto software per un tipo di memoria completamente nuovo.