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Barlow Pass: Intel Optane Persistent Memory 200 Series wird schneller (Update)

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intel-optane-persistent-memory-200-seriesMit den Cascade-Lake-Prozessoren setzt Intel einen Großteil der Aufmerksamkeit auf den Optane DC Persistent Memory, der erstmalig in der zweiten Generation der Xeon-Scalable-Prozessoren zum Einsatz kam. Auf die aktuelle Apache-Pass-Generation folgt nun Barlow Pass. Wichtigstes Merkmal ist die höhere Speicherbandbreite (+25 %) im Vergleich zur ersten Generation. Verwendet werden können die neuen Module zunächst von den neuen Cooper-Lake-Prozessoren. Die später in 2020 erwarteten Ice-Lake-Xeons werden die Optane Persistent Memory 200 Series ebenfalls unterstützen.

Der Optane DC Persistent Memory ist das letzte fehlende Bindeglied in der von Intel viel zitierten Speicherpyramide. In Abhängigkeit von der Wichtigkeit der Daten und wie schnell auf diese zugegriffen werden soll, liegen sie auf unterschiedlichen Speichermedien. Während wir für das Speicher-Subsystem von Nano- und Picosekunden für Cache-Zugriffe sprechen, können inzwischen mehrere hundert Gigabyte oder gar Terabyte an Daten im Arbeitsspeicher abgelegt werden. Die Zugriffszeiten liegen hier bei mindestens 100 ns. Die schnellen Optane DC SSDs bieten mehrere Terabyte an Kapazität, sind mit 10 ms aber vergleichsweise langsam. Dies setzt sich für Standard-SSDs, 3D NAND SSDs und HDDs entsprechend fort.

Am besten wäre es natürlich, alles auf einer Art Ramdisk abzulegen, doch DRAM-Speicher ist teuer und in Servern knapp bemessen. Der Optane DC Persistent Memory schließt die Lücke zwischen DRAM und den Optane DC SSDs. Im Grunde sprechen wir hier also wirklich von einer Art Ramdisk.

Es ist schwer abzuschätzen, in wie weit sich der Optane DC Persistent Memory im Datacenter durchgesetzt hat. Intel verweist auf zahlreiche Partner, die zusammen mit den Cascade-Lake-Xeons auch auf die Erweiterung des Speichers setzen. 85 % der Unternehmen, die diesen evaluieren, setzen ihn am Ende auch in den finalen Produkten ein. Günstig ist der Optane DC Persistent Memory allerdings nicht. Ein Modul mit 128 GB kostet etwa 450 Euro. Das Kit mit 1 TB (vier Persistent Memory Module) kostet 1.900 Euro und ein Kit mit 2 TB (ebenfalls vier Module) satte 8.400 Euro. Im Bereich der Systemintegratoren dürften die Preise etwas anders aussehen.

Maximal die Hälfte der DIMM-Steckplätze eines Xeon-Prozessors kann mit Optane DC Persistent Memory bestückt werden (pro Kanal jeweils ein DRAM und ein Persistent Memory Modul). Der Speicher ist in DIMMs mit einer Kapazität von 128, 256 und 512 GB verfügbar. Der maximale Speicherausbau beläuft sich somit auf 6x 256 GB DDR4 + 6x 512 GB Optane DC Persistent Memory also insgesamt 4,5 TB pro Sockel. Dies gilt für die HL-Prozessoren mit erweiterter Speicherunterstützung. Die Standard-H-Modelle kommen auf 6x 128 GB (PMM) und 6x 64 GB (DDR4) – also 1,12 TB an Gesamtkapazität. In der Bestückung der Steckplätze ist darauf zu achten, dass der Optane DC Persistent Memory näher am Speichercontroller sitzt, als dies für den DRAM des gleichen Speicherkanals der Fall ist.

Der Optane Persistent Memory der 200 Series arbeitet weiterhin mit einem maximalen Takt von DDR4-2666. Die Steigerung der Speicherbandbreite um +25 % wird alleine durch Verbesserungen im Speichercontroller und den Modulen selbst erreicht. Details dazu will Intel nicht verraten. Gegenüber Hardwareluxx äußerte sich Intel wie folgt:

"Increases in memory bandwidth are the result of improvements to the memory controller on the persistent memory module, as well as optimizations in manufacturing compared to the prior generation."

Die Persistent Memory Module (PMM) der Optane Persistent Memory 200 Series werden in den gleichen Kapazitäten von 128, 256 und 512 GB verfügbar sein. Die nutzbaren Kapazitäten liegen bei 126,4, 252,4 bzw. 502,5 GB. Intel gibt auf die PMMs eine Garantie von fünf Jahren.

Je nach Modul gibt Intel natürlich unterschiedliche PBW (Petabytes written) an. Auch die Bandbreite für das Lesen und Schreiben von Daten unterscheidet sich je nach Modul und Art des Zugriffs. Die TDP der kleinsten Module liegt bei 15 W, ab 256 GB sind es 18 W. Die Module sind also nicht gerade sparsam, lassen sich in ihrem Verbrauch und damit in der Leistung aber konfigurieren. Zwischen 12 bis 15 W sind in 0,25-W-Schritten einstellbar. Abhängig von den jeweiligen Zugriffen auf den Speicher (lesen/schreiben) und der Konfiguration der Leistungsaufnahme ändern sich die Angaben zur Bandbreite.

Wie der Optane DC Persistent Memory in den Anwendungen verwendet wird, ist wie bislang von der konkreten Umsetzung abhängig. Im App Direct Mode erfolgt eine dedizierte Auslegung der Zugriffe auf den Speicher. Intel hat dazu ein Standard Programming Model entwickelt, über das alle Applikationen im App Direct Mode mit dem Optane DC Persistent Memory sprechen.

Im zweiten Modus, dem Storage over App Direkt, wird der Optane DC Persistent Memory wie eine SSD oder HDD behandelt. Es gibt Blockgrößen und Dateisysteme, mit denen die Daten auf den Speicher geschrieben und davon gelesen werden können. Zudem gibt es noch einen Mixed Mode, in dem bestimmte Speicherkanäle jeweils unterschiedlich angesprochen werden können.

Zusammen mit den Cooper-Lake-Xeons bieten die OEMs und ODMs ihre Server nun auch mit dem Intel Optane Persistent Memory 200 Series an.

Update: Weitere Details

Im Rahmen eines Deep Dives hat Intel noch ein paar weitere Details zum Optane Persistent Memory 200 Series verraten. Offen war unter anderem die Frage, wie Intel genau eine Steigerung der Bandbreite um +25 % erreicht, wenn doch der Takt, mit dem der Speicher angesprochen wird bei DDR4-2666 verbleibt.

Laut Intel hat man sowohl im Speichercontroller der Cooper-Lake-Prozessoren als auch im Controller der Optane-Speichersticks Optimierungen vorgenommen. Hinzu kommen Verbesserungen in den Übertragungsprotokollen. Diese wiederum sorgen dafür, dass die zur Verfügung stehende Bandbreite effektiver genutzt wird.

Als weiteren Punkt hat man das Power Management verbessert. Konnten die Speichersticks zuvor zwischen 12 und 18 W betrieben werden, beschränkt sich Intel mit der 200 Series auf 12 und 15 W. Intel hat hier auch das Feedback der ersten Nutzer des Optane Persistent Memory bedacht, die kaum auf die 18-W-Konfiguration zurückgegriffen haben. Die geringere Effizienz und vor allem Einschränkungen in der Kühlung sollen der wichtigste Grund dafür gewesen sein.

Nun wird man abwarten müssen, ob sich der Optane Persistent Memory in Form der 200 Series weiter wird durchsetzen können. Intel kommuniziert keine detaillierten Verkaufszahlen des Speichers.