Intel Optane versus klassieke RAM: de grote uitdagingen van de nieuwe technologie

Op papier heeft Intel met Optane DC Persistent Memory de heilige graal in handen: de voordelen van DRAM, een hogere capaciteit, een lagere prijs en persistentie tegenover de vluchtigheid van RAM. In de praktijk zijn de voordelen van Optane een stuk minder duidelijk.

Intel lanceerde pas Optane DC Persistent Memory. Met enkele jaren vertraging kwam de chipfabrikant zo een oude belofte na: Optane, dat al even beschikbaar is als SSD-alternatief of cache-optie voor HDD’s, zou gaan concurreren met DRAM en daarbij heel wat voordelen bieden.

Optane is Intels merknaam voor 3D XPoint-geheugen. Dat geheugen ontwikkelde het vanaf 2012 samen met Micron, dat 3D XPoint aanbiedt onder de noemer QuantX. De gebruikte technologie is nieuw en levert resultaten af die voordelen van klassieke DRAM-flash en NAND-flash in SSD’s combineren. In 2017 lanceerde Intel de eerste Optane-hardware. Die werd toen luw onthaald omwille van de relatief hoge prijs en de beperkte meerwaarde tegenover SSD’s, waarmee die eerste producten wilden concurreren. Intussen werd Optane meer volwassen en biedt de hardware in SSD-vorm een significante meerwaarde. Vooral de random lees- en schrijfsnelheid van op 3D Xpoint-gebaseerde SSD’s ligt hoger dan die van hun NAND-evenknieën. Optane is duurder dan een klassieke SSD, maar voor specifieke workloads, vooral in datacenters, is de meerwaarde tastbaar.

Compatibiliteit

In bovenstaand geval spreken we over de integratie van Optane in een SSD-vormfactor. Doorgaans gaat het om M.2 PCIe-hardware, die automatisch compatibel is met moederborden die ook M.2-SSD’s slikken. De grootste innovatie moest echter komen van Optane als geheugen-DIMM, en die vormfactor is sinds deze week beschikbaar.

 

Optane-DIMM’s hebben hetzelfde formaat als DDR4, maar zijn niet zomaar compatibel met ieder DDR4-systeem.

Hoewel Optane-DIMM’s er hetzelfde uitzien als DDR4-geheugen, en in dezelfde slots passen, is het niet zo dat DDR4-compatibele hardware automatisch met Optane overweg kan. Het moederbord in kwestie moet Optane expliciet ondersteunen. Dat is een eerste nadeel, al zal dat omwille van de alomtegenwoordigheid van Intel in het datacenter niet al te veel roet in het eten strooien. De eveneens pas aangekondigde update van de Xeon Scalable-line-up is bijvoorbeeld compatibel met Optane.

Capaciteit en snelheid

Waar 3D Xpoint duurder is dan NAND, is het goedkoper dan DRAM. Bovendien is de dichtheid hoger. Dat betekent dat één Optane-DIMM meer capaciteit bevat aan een lager prijskaartje dan een vergelijkbare DRAM-DIMM. In principe heeft een Optane DC Persistent Memory-latje dezelfde capaciteit als een SSD, versus de 4 GB of 8 GB die kenmerkend zijn voor DRAM. De extra capaciteit heeft echter een prijs: Optane is merkelijk trager dan DRAM. De latency kan oplopen tot 340 nanoseconden, waar dat bij echte RAM slechts 70 ns is.

 

Als sneller (maar duurder) SSD-alternatief heeft 3D Xpoint zich intussen bewezen. Zeker random read en write gaat er flink op vooruit.

Optane is dus geen verbetering over de ganse lijn. De technologie vult eerder een leemte tussen snelle SSD’s en geheugen. In die niche hoopt Intel dat de technologie zich zal bewijzen. Voor workloads waar de capaciteit van het geheugen primeert bovenop de snelheid, biedt Optane specificaties die je nergens anders vindt.

Intel zelf voorspelt zo dat Optane de capaciteit voor virtuele machines per server met 30 procent zal doen stijgen, SAP HANA-databases 12,5 keer sneller laat herstarten en globaal 1,2 keer beter zal presteren dan DRAM voor gerichte workloads die de voordelen van Optane helemaal benutten. Zeker waar snelle herstarts belangrijk zijn, is 3D XPoint niet te verslaan: het niet-vluchtige karakter betekent immers dat data in het geheugen blijft zitten, ook na een reboot.

Bescheiden verbetering

Toch ligt de globale lat met een verbetering van factor 1,2 niet zo hoog voor wat destijds werd aangekondigd als een revolutionaire nieuwe technologie. Optane begint zo verdacht veel naar ‘evolutie’ in plaats van ‘revolutie’ te ruiken. Waar geheugensnelheid primeert boven capaciteit heeft Optane bovendien niets te zoeken.

Het prijsargument speelt wel in het voordeel van Optane. In veel gevallen is een iets tragere uitvoering van een workload perfect acceptabel als daar een lagere total cost of ownership tegenover staat. DRAM is inderdaad nog steeds duur, al is de prijs van klassiek geheugen de laatste jaren wel in vrije val. Hoeveel voordeel Optane hier nog kan uithalen, hangt af van de prijsstrategie van Intel en die is vooralsnog onduidelijk.

Voor- en nadelen

Optane en 3D XPoint in het algemeen zijn voorlopig een heel gemengd verhaal. Er zijn heel wat voordelen: dat grote databases in essentie in memory kunnen draaien en daar ook bewaard blijven aan een bescheiden prijskaartje, is een nieuwigheid die Optane op zijn palmares mag schrijven. Om dat voordeel optimaal te kunnen benutten, moeten softwarebouwers de optie wel implementeren. In welke mate ze daarvoor staan te springen, zal dan weer afhangen van de adoptie van Optane-geheugen.

 

Optane en 3D XPoint in het algemeen zijn voorlopig een heel gemengd verhaal.

 

Vanuit de hardwarekant is er in ieder geval al enthousiasme. Zo communiceren onder andere Dell en Lenovo al dat ze Optane-compatibele servers zullen uitbrengen. Met dergelijke grote OEM’s onder de enthousiastelingen, heeft Intel krachtige medestanders. Anderzijds is compatibiliteit voor nieuwe Xeon-systemen niet bepaald een grote uitdaging en blijft de vraag maar in welke mate de serverbouwers Optane ook actief in de markt zullen zetten.

Z’n eigen ding

De situatie vandaag is moeilijk. Het lijkt er al bij al niet op dat Intel en Micron de noot van niet-volatiel geheugen hebben gekraakt. De discrepantie in prestaties is nog te groot om Optane als volwaardig DRAM-alternatief te zien. Dat vindt Intel zelf ook, dat vooralsnog niet spreekt van Optane-only-configuraties. Optane DC DIMM’s moeten steeds in een hybride configuratie met DDR4-DRAM worden geplaatst. De DRAM zal in dat geval cache spelen voor Optane voor applicaties die niet specifiek gebruik willen maken van de Optane-capaciteiten. Optane is dus niet de opvolger van DRAM, tenzij Intel een spectaculaire roadmap achter de hand houdt waarin de prestaties van het geheugen flink de hoogte in schieten.

3D XPoint is ondanks die tekortkoming, als we ze zo mogen noemen, wel het dichtste dat de industrie al geraakt is bij de uitrol van echt persistent geheugen. De technologie is duidelijk goed genoeg om specifieke workloads effectief te verbeteren. Als softwarebouwers, serverfabrikanten en klanten bereid zijn die verbeteringen in bepaalde niches te omarmen, zal Optane op z’n minst uitgroeien tot een eigen type geheugen dat mooi kan standhouden tussen SSD en DRAM.

Gerelateerd: Optane wordt volwassen met lancering non-volatiel geheugen