Velocissimi: Intel SSD Optane 900P

Intel ha presentato gli SSD Optane serie 900P indirizzati al settore consumer e in modo particolare a tutti coloro che desiderano unità di archiviazione dalle prestazioni elevate. Le nuove unità allo stato solido sono basate sulla tecnologia Intel 3D XPoint e promettono velocità di trasmissione dati elevatissime, ma soprattutto tempi di latenza estremamente ridotti.

L’unità SSD Optane serie 900P nel formato U.2, disponibile nell’unico taglio di capacità di 280 Gbyte.

Gli SSD Optane serie 900P sono disponibili in due varianti: la prima si presenta nel formato di un scheda con connettore Pci Express 3.0 in standard x4 ed è disponibile con tagli di capacità di 280 Gbyte e 480 Gbyte; la seconda versione, disponibile nell’unico taglio di capacità da 280 Gbyte, è un’unità nel formato classico da 2,5 pollici U.2 con connettore SFF-8639.

L’unità SSD Optane serie 900P nel formato Pci Express, disponibile nei tagli di capacità di 280 e 480 Gbyte.

Il punto di forza dei nuovi SSD Optane serie 900P è la velocità, non solo nei valori dichiarati sulle specifiche, ma soprattutto nell’utilizzo con carichi di lavoro reali. Intel dichiara una velocità di lettura sequenziale fino a 2.500 Mbyte/s e una velocità di scrittura sequenziale fino a 2.000 Mbyte/s; le prestazioni in scenari con profilo di accesso casuale i dati dichiarati sono fino a 550.000 IOps in lettura casuale con blocchi 4K e fino a 500.000 IOps in scrittura casuale con blocchi 4K. Il parametro che colpisce è quello della latenza che si attesta a soli 10 microsecondi ottenuto proprio grazie all’utilizzo delle celle di memoria realizzate con tecnologia Intel 3D XPoint. Per quanto riguarda la durata nel tempo gli SSD Optane serie 900P fanno leva ancora una volta sulle caratteristiche tecniche delle celle di memoria che sono state appositamente create per resistere nel tempo più delle classiche soluzioni con tecnologia Nand. Questi nuovi SSD sono garantiti per resistere alla scrittura complessiva di 8.760 Tbyte di informazioni; si tratta di un valore molto alto, soprattutto se confrontato con i dischi concorrenti sul mercato, ma ideale per la categoria di utenti che produce contenuti multimediali, che esegue elaborazioni scientifiche o che gioca. Questa classe di applicazioni, infatti, genera intensi carichi di lavoro sul sistema di archiviazione, carichi che spesso sono anche prolungati nel tempo (non si parla di minuti o ore, ma di giorni o settimane).

Nei test SPECwpc presentati da Intel, l’unità SSD Optane serie 900P risulta sempre più veloce della concorrenza (in questo caso un disco Samsung 960 Pro).
Nel test IOmeter i nuovi dischi SSD Optane serie 900P si confermano i più veloci in assoluto.
La combinazione della bassa latenza di accesso e dell’elevata velocità di trasferimento dati consente di utilizzare meglio la potenza di calcolo del processore e di ottenere tempi di elaborazione complessivamente molto più corti di quanto è possibile fare con le attuali soluzioni sul mercato.

Le prestazioni dichiarate da Intel sono davvero elevate, ma attenzione perché anche il prezzo non è da meno. Il prezzo indicativo per il taglio di capacità da 280 Gbyte è, infatti, di 389 dollari, mentre per il modello da 480 Gbyte si sale fino a 599 dollari. Il costo al Gbyte è circa il triplo di quello caratteristico degli SSD che utilizzano memoria con tecnologia Nand; un costo tutto sommato giustificato se le prestazioni dichiarate da Intel corrispondono a quelle reali.

La tecnologia 3D XPoint

Alla base degli SSD Optane serie 900P troviamo la memoria 3D XPoint (Cross Point) – la stessa impiegata anche sulle unità Optane Memory – nata dalla collaborazione tra Intel e Micron e annunciata nel 2015. Per comprendere quali sono le motivazioni che hanno portato allo studio di questa tecnologia, analizziamo i punti di forza e i limiti delle soluzioni di memoria impiegate fino ad oggi in ambito consumer, ovvero quella Dram e quella Nand. La prima permette di realizzare uno spazio di parcheggio per i dati con un’elevata velocità di accesso a supporto del processore di sistema, è caratterizzata da una latenza di accesso nell’ordine dei nanosecondi e da un ciclo di vita pressoché illimitato; per offrire tali vantaggi la tecnologia Dram è però imbrigliata da alcuni vincoli costruttivi: richiede l’utilizzo di celle di memoria di grandi dimensioni, ha un consumo energetico elevato e, soprattutto, è una memoria di tipo volatile, ovvero non è in grado di conservare le informazioni al proprio interno quando non è alimentata.
La seconda, invece, è una tecnologia di memoria non volatile e caratterizzata da un’architettura molto più efficiente che permette di ottenere grandi capacità di archiviazione a un costo ridotto. In questo caso i limiti consistono in una durata limitata delle celle di memoria che per la loro natura si usurano durante i cicli di scrittura e in una maggiore latenza sia in fase di lettura e soprattutto di scrittura rispetto alla tecnologia Dram.
L’obiettivo della tecnologia 3D XPoint è quello di colmare il divario tra Dram e Nand offrendo in un’unica soluzione tecnica una bassa latenza di accesso – sia in lettura sia in scrittura – e un’elevata durata nel tempo del supporto di archiviazione. Come annunciato già nel 2015 sia da Intel sia da Micron, la memoria 3D XPoint non è concepita per sostituire le attuali Dram e Nand, bensì per essere una soluzione complementare che combina la non volatilità dei dati con prestazioni elevate e con una lunga durata nel tempo.
Per ottenere questo risultato le memorie 3D XPoint di prima generazione sono realizzate con un processo produttivo a 20 nanometri, così da ottenere celle di memoria grandi a sufficienza per garantire una maggiore resistenza ai cicli di scrittura rispetto alle più compatte memorie Nand che oggi sono prodotte a 14 o 12 nanometri.

In questo schema potete osservare come è realizzata l’architettura delle celle di memoria 3D XPoint.
In questo schema potete osservare come è realizzata l’architettura delle celle di memoria 3D XPoint.

Sulla carta la struttura e il funzionamento delle memorie 3D XPoint è molto semplice. L’elemento di base è costituito da un selettore e da una cella di memoria accoppiati tra loro. Lo sviluppo della struttura tridimensionale si ottiene sovrapponendo più strati: il primo, denominato wordline, è composto da linee elettriche parallele tra loro; il secondo è composto da elementi base posti lungo le linee elettriche, mentre il terzo strato, denominato bitline, è composto sempre da linee elettriche perpendicolari tra loro ma orientate in modo ortogonale rispetto a quelle del primo strato. In questo modo si ottiene un sandwich nel quale le singole celle di memoria si trovano in corrispondenza delle maglie della griglia ortogonale generata dalle linee elettriche presenti sullo strato sotto e sopra lo strato delle celle di memoria. Applicando una differenza di potenziale predefinita su singoli percorsi presenti negli strati wordline e bitline si attiva uno specifico selettore che accende la corrispondente cella di memoria per l’operazione di scrittura oppure di lettura; da questo particolare sistema di funzionamento deriva il nome crosspoint: la cella di memoria attiva è quella all’intersezione dei segnali inviati sulle diverse linee degli strati wordline e bitline.
Questo tipo di struttura può essere estesa sovrapponendo una sequenza di strati così da creare pile di celle di memoria su più livelli e raggiungibili attivando le specifiche linee elettriche sugli strati wordline e bitline di competenza. Lo sviluppo tridimensionale permetterà in futuro di incrementare la densità di archiviazione delle informazioni; oggi, la prima generazione di memorie 3D XPoint impiega una struttura a due livelli, molto pochi rispetto ai 32 e 48 livelli che caratterizzano le memorie 3D Nand attualmente in commercio. Tuttavia è necessario ricordare che l’architettura delle memorie 3D XPoint è molto differente da quella delle memorie 3D Nand.
La produzione delle memorie 3D Nand avviene depositando in modo alternato uno sopra l’altro strati di materiale conduttivo e strati di materiale isolante; solo quando tutti gli strati sono stati depositati si procede a una definizione litografica delle celle di memoria.
Nel caso delle memorie 3D XPoint ogni strato che compone l’architettura deve essere disegnato e inciso a livello litografico prima che si possa procedere alla costruzione dello strato successivo. Questo implica una maggiore complessità e un maggior tempo di realizzazione, ma tutto ciò lascia aperto un ampio margine di incremento della densità di dati che possono essere archiviati rispetto a quanto permetterebbe un approccio puramente litografico.

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