A-Z ELEKTRO září/říjen 2015

září/říjen 2015 | A-Z ELEKTRO | 71 redakční článek Žádné tranzistory Zajímavost paměti 3D Xpoint je, že neobsahuje žádné tranzistory jako třeba operační paměť nebo NAND flash (SSD). Konstrukce totiž vychází z několika vrstev křížených vodičů, mezi kterými se vytváří buňky. V těchto buňkách pak pomocí selektorů dochází k zápisu a čtení dat v rámci jednotli- vých jedniček a nul. Intel prozradil, že 3D Xpoint pou- žívá k přepsání dat jednotlivých buněk menší napětí než NAND flash, takže by paměť měla být i úspornější. Konkrétní čísla ale Intel nezveřejnil. První gene- race je vyráběná pomocí 20nm technolo- gie a jeden malý čip bude mít kapacitu 16 GB. Intel Optane dorazí příští rok Prvního nasazení nových pamětí 3D Xpoint se dočkáme hned začátkem roku 2016, ale Intel samozřejmě nejdříve cílí na ziskovější segment serverů a datacenter, kde je tento druh paměti potřeba. V tomto segmentu je totiž stále důležitější možnost rychle a efektivně zpracovat velké množství dat. A pro tyto účely je operační paměť drahá a klasická SSD jsou zase pomalá, a to platí i u těch nejnovějších modelů zapo- jených přímo do sběrnice PCI Express (NVMe). Intel ukázal srovnání rychlosti s jeho výkonným SSD Intel DC P3700, které má sekvenční čtení až 2,8 GB/s a zápis až 1,9 GB/s, hodnoty IOPS jsou pak 460 tisíc při náhodném čtení a 180 tisíc při náhodném zápisu. A právě v tomto srovnání ukázaly paměti 3D Xpoint svou sílu – nabízí už v první generaci více než sedminásobný výkon. Pochopitelně Intel ukázal ideální podmínky a tedy případ, kdy je rozdíl největší. Zatímco zmíněné SSD do PCI Express mělo v testu rychlost 10 600 IOPS, řešení na bázi 3D Xpoint zvládlo 76 900 IOPS. Intel představí nové paměti v prvních produktech pod názvem Optane. Modely budou rozdělené do dvou hlavních kategorií – jako klasické SSD pro PCI Express a jako moduly do slotu DIMM, stejně jako operační paměti. Díky tomu budou moci zákazníci dostat mnohem větší kapacitu operační paměti na stávající konfigurace serverů a platforem, které už běží. Není tak nutné kupovat nějaký další hardware. Použití nejdříve pro Big Data Pokud bude mít procesor k dispozici velkou paměť ve slotech operační paměti, znamená to možnost zpracovat mno- hem větší množství dat v kratším čase. Zatímco s klasickou kombinací malé operační paměti a pomalého SSD bylo možné vždy do operační paměti nahrát jen omezené množství dat, muselo se o to více neustále přesouvat mezi těmito dvěma druhy pamětí. A to není efektivní jak z pohledu rychlosti tak i spotřeby. Intel prezentuje typické možnosti pou- žití i z oblastí jako je genetika a výzkum DNA, stejně tak rozpoznávání vzorů nebo třeba hraní her v cloudu. Velké virtuální světy běžící na vzdálených serverech jsou stále populárnější a hraje je stále více uživatelů. To znamená obrovskou zátěž na infrastrukturu právě z pohledu paměti. Pokud se v jedné hře nachází stovky či tisíce nebo klidně i miliony lidí, nelze mít data uložena na SSD nebo pevném disku. Data musí být k dispozici v reálném čase a tedy přímo v rychlé operační paměti, která nabízí nejrychlejší spojení s proce- sorem, který vše zpracovává. S pamětí 3D Xpoint respektive už první generací Intel Optane to bude možné snadno vyřešit za nižší cenu, než by bylo škálování pomocí klasické operační paměti. Revoluce v architektuře počítačů Možnosti reálných použití první generace naznačují, co můžeme čekat za vývoj s budoucími generacemi. Podobně jako to ukázal nový typ počítače The Machine od HP postavený na memristové paměti, může takový druh paměti změnit desítky let zaběhlou architekturu počítačů. Standardní architektura počítá s rychlou pamětí s omezenou kapacitou a pomalejší pamětí, která má velkou kapacitu, ale udrží data i bez napájení. Pokud bychom ale měli jednu rychlou paměť, která by měla velkou kapacitu a zároveň by udržela data i bez přídavné energie, byla by to revoluce. Odpadl by totiž ten největší problém v podobě „spouštění“ jakýchkoli aplikací. Už by nebylo nutné přečíst data na poma- lém disku, přes sběrnici je přesunout do operační paměti a teprve potom je ještě jednou přesunout a zpracovávat pomocí procesoru nebo grafiky. Byla by to jedna univerzální paměť, kde by data byla dostupná okamžitě, bez nutnosti přesouvání z pomalé paměti do té rychlejší. Jediný přesun by tak probí- hal pouze mezi procesorem, případně samostatnou grafickou kartou a čipy pro různé formy rozhraní pro porty nebo třeba bezdrátovou síť. Už žádné načítání levelů ve hrách, čekání na spuštění apli- kací nebo dokonce spuštění samotného počítače. Vše by se chovalo tak, jako by data byla neustále v operační paměti, takže odezva by byla neuvěřitelně rychlá a bez jakýchkoli čekání. Zpomalení bychom mohli zažít už pouze v rámci zpracování tedy vytváření nových informací nebo při práci se vzdá- lenou pamětí v internetu. Ale pokud jde o data, která se více méně nemění, bylo by vše okamžité. Taková změna by samozřejmě zname- nala nutnost přepsat jak architekturu operačních systémů, tak i všech aplikací. U aplikací by ale mělo být možné nějaké virtualizované řešení, které by zajišťovalo kompatibilitu. Je jasné, že taková změna se nestane během jednoho roku, ale můžeme se na ní možná těšit v následujících letech. I paměti 3D Xpoint jsou totiž závislé na technologii výroby a podléhají Moorovu zákonu. Díky tomu by měla velmi rychle růst kapacita a zároveň se snižovat cena za jeden gigabajt. K tomu stačí přidat nové formy rychlého rozhraní umístě- ného blíže k procesoru a nová forma počítačů bude realitou. Skvělou zprávou je, že taková změna by se netýkala jen klasických počítačů a serverů, ale pochopitelně i mobilních zařízení. I u těch je otázka kapacity operační paměti složitá a drahá záleži- tost a asi nikdo nemá rád čekání, než se spustí jeho oblíbená aplikace. Wafer s jednotlivými čipy 3D Xpoint, které se rozřežou Struktura paměti 3D Xpoint