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¿Qué es 3D XPoint? – Definición de Krypton Solid

3D XPoint es una tecnología de almacenamiento de memoria desarrollada conjuntamente por Intel y Micron Technology Inc. Los dos proveedores han descrito esta nueva tecnología para llenar un vacío en el mercado de almacenamiento entre la RAM dinámica (DRAM) y la memoria flash NAND.

Intel y Micron desarrollaron la tecnología 3D XPoint juntos, pero están trabajando por separado para desarrollar y vender productos que hacen uso de la tecnología.

Cómo funciona la memoria 3D XPoint

En su anuncio de 2015 de la tecnología, Intel y Micron afirmaron que 3D XPoint sería hasta 1,000 veces más rápido y tendría hasta 1,000 veces más resistencia que la memoria flash NAND, y tendría 10 veces la densidad de almacenamiento de la memoria convencional. Los primeros productos son más rápidos y duraderos que NAND y más densos que la memoria convencional, pero no han estado a la altura de las afirmaciones de los proveedores.

3D XPoint tiene una arquitectura diferente a la de otros productos flash. Tiene fama de estar basado en la tecnología de memoria de cambio de fase, con una arquitectura de punto cruzado sin transistores que coloca los selectores y las celdas de memoria en la intersección de cables perpendiculares. Se puede acceder a esas celdas, hechas de un material no especificado, individualmente mediante una corriente enviada a través de los cables superior e inferior que tocan cada celda. Para mejorar la densidad de almacenamiento, las celdas 3D XPoint se pueden apilar en tres dimensiones.

Cada celda almacena una sola pieza de datos, lo que hace que una celda represente un 1 o un 0 a través de un cambio de propiedad general en el material de la celda, que modifica el nivel de resistencia de la celda. La celda puede ocupar un estado de alta o baja resistencia, y cambiar el nivel de resistencia de la celda cambia si la celda se lee como un 1 o un 0. Debido a que las celdas son persistentes, mantienen sus valores indefinidamente, incluso cuando hay es una pérdida de energía.

Las operaciones de lectura y escritura ocurren al variar la cantidad de voltaje enviado a cada selector. Para las operaciones de escritura, se envía un voltaje específico a través de los cables alrededor de una celda y un selector. Esto activa el selector y habilita el voltaje a través de la celda para iniciar el cambio de propiedad global. Para las operaciones de lectura, se envía un voltaje diferente para determinar si la celda está en un estado de alta o baja resistencia.

Troquel de tecnología 3D XPoint
Una imagen del troquel de tecnología 3D XPoint

3D XPoint tiene la capacidad de escribir datos a nivel de bits, una ventaja sobre NAND. Todos los bits en un bloque flash NAND deben borrarse antes de que se puedan escribir datos. En teoría, esta capacidad permite que 3D XPoint tenga un mayor rendimiento y un menor consumo de energía que el flash NAND.

Principales productos y proveedores

Intel comenzó a enviar sus primeros productos 3D XPoint en la primavera de 2017. Su Optane SSD DC P4800X Series de 375 gigabytes (GB) se envió a clientes selectos en marzo. Se espera una amplia disponibilidad más adelante en 2017.

La memoria Intel Optane para PC de consumo se envió a finales de la primavera de 2017. Es una unidad de caché que viene en capacidades de 16 GB o 32 GB. La memoria Optane solo funciona en PC con procesadores Intel Core de séptima generación, que se conectan a una ranura M.2 en las placas base con chipset Intel serie 200.

Micron planea tener productos de almacenamiento y memoria basados ​​en 3D XPoint disponibles bajo la marca QuantX en 2017. Tanto los productos 3D XPoint Optane como QuantX utilizan el mismo troquel de núcleo para el almacenamiento que se produce en las instalaciones de la empresa conjunta Intel-Micron en Lehi, Utah.

Velocidad y rendimiento de 3D XPoint

Con la arquitectura 3D XPoint, los datos ya no tienen que almacenarse en bloques de 4 KB utilizando una pila de E / S de archivos lenta. La nueva tecnología permite escribir y leer pequeñas cantidades de datos, lo que hace que el proceso de lectura / escritura sea más rápido y más eficiente que NAND. Los productos iniciales que utilizan la tecnología 3D XPoint lo confirman, aunque no a los niveles de velocidad y rendimiento que prometieron Intel y Micron cuando lanzaron la tecnología.

Si bien no es tan rápido como DRAM, 3D XPoint tiene la ventaja de ser una memoria no volátil. Desde el punto de vista del rendimiento y el precio, la tecnología 3D XPoint se encuentra entre una DRAM rápida, pero costosa, y una memoria flash NAND más lenta y barata.

SSD Intel Optane
El primer Optane SSD basado en 3D XPoint de Intel

Según Intel, la unidad P4800X se desempeñó de cinco a ocho veces más rápido que la DC P3700 basada en flash NAND de la compañía en pruebas internas a bajas profundidades de cola usando una carga de trabajo mixta. El P4800X puede alcanzar hasta 500,000 IOPS, o aproximadamente 2 GBps, con una profundidad de cola de 11, afirmó Intel.

Los observadores han especulado que el bus PCI Express (PCIe) utilizado por el P4800X lo está frenando de la velocidad prometida de 1000 veces más rápido que NAND. Otros cambios del sistema que se cree que son necesarios para que la tecnología 3D XPoint cumpla con los objetivos de mayor rendimiento incluyen la separación de la memoria persistente de la no persistente al manejar errores de verificación de la máquina y el uso de un compilador que permite declarar la memoria persistente, junto con el uso de editores de enlaces que pueden construir esa memoria. en una aplicación. Las aplicaciones mismas deben ser reescritas para eliminar la E / S de archivos y para usar una sola instrucción y operaciones vectoriales.

Los módulos de memoria dual en línea (DIMM) no volátiles 3D XPoint que encajan en las ranuras DRAM y utilizan el bus de velocidad de datos doble también pueden ayudar a 3D XPoint a alcanzar su máximo potencial de rendimiento.

Costo

En agosto de 2017, la tarjeta complementaria Optane P4800X de 375 GB tiene un precio de $ 1,520, o $ 4,05 por gigabyte. En comparación, el SSD NVMe PCIe P3700 basado en flash de Intel de 400 GB cuesta $ 879, o aproximadamente $ 2,20 por gigabyte.

La memoria Intel Optane para PC cuesta $ 44 por un módulo de 16 GB y $ 79 por un módulo de 32 GB.

Casos de uso de 3D XPoint

3D XPoint se utiliza como una capa adicional de almacenamiento entre flash y DRAM. Es una práctica relativamente común colocar el almacenamiento en niveles entre unidades de disco duro (HDD) y flash. Los datos y las aplicaciones de alta intensidad que se benefician más de las altas velocidades se almacenan en la capa flash, mientras que los datos y las aplicaciones a las que se accede con menos frecuencia se guardan en el disco. 3D XPoint es otra capa de almacenamiento por encima de flash para datos y aplicaciones que necesitan velocidades aún mayores.

Intel espera que el SSD 3D XPoint Optane se utilice para almacenamiento y almacenamiento en caché de alto rendimiento, así como para ampliar y reemplazar la memoria. Según las proyecciones de la compañía, los usuarios podrán aumentar la memoria del servidor hasta ocho veces y desplazar la DRAM hasta en una proporción de 10: 1 para determinadas cargas de trabajo.

Intel ha proporcionado tres formas de ampliar la memoria con SSD 3D XPoint Optane:

  • a través de un mecanismo de paginación del sistema operativo que mueve los datos al SSD conectado a PCIe cuando la DRAM se llena para una carga de trabajo;
  • a través de aplicaciones optimizadas; o
  • a través de la tecnología Memory Drive de Intel compatible con sus procesadores Xeon.

En el futuro, será posible ampliar la memoria con los DIMM 3D XPoint que Intel planea lanzar. Los observadores especulan que 3D XPoint Optane, y en particular Optane NVDIMM, se utilizarán para:

  • expandir el tamaño aparente de DRAM;
  • habilitar bases de datos más grandes y eficaces;
  • ayudar a superar los cuellos de botella de la red de big data;
  • facilitar aplicaciones informáticas de alto rendimiento;
  • ampliar la memoria y mejorar el rendimiento del almacenamiento de instancias en la nube;
  • proporcionar la capacidad de almacenamiento y la velocidad que necesitan las nubes híbridas; y
  • posiblemente sirvan como niveles de memoria primaria en sistemas hiperconvergentes.

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