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Optane DC Persistent Memory: So funktioniert Intels nicht-flüchtiger Speicher

Eine der Neuerungen von Intels Xeon-SP-v2-CPUs ist die Unterstützung von Optane DC Persistent Memory. Das ist ein nicht-flüchtiger Speicher, der bis zu 512 GByte pro Modul aufweist. Diese Kapazität beschleunigt Anwendungen wie In-Memory-Datenbanken stark und kann teils Geld sparen.

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Optane DC Persistent Memory von Intel
Optane DC Persistent Memory von Intel (Bild: Marc Sauter/Golem.de)

Seit mehreren Jahren arbeiten Intel und andere Unternehmen an sogenannten NV-DIMMs (Non Volatile), also nicht-flüchtigen Speichermodulen die in DDR4-Slots passen. Mit dem Optane DC Persistent Memory - das DC steht für Datacenter - hat Intel eine Version davon zur Marktreife gebracht und verkauft sie passend zu den neuen Cascade Lake SP, den aktuellen Xeon-Prozessoren für Server. Die bisherigen Skylake SP unterstützen Optane offiziell nicht, wenngleich Partner damit schon testen konnten.

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Optane DC Persistent Memory, intern als Apache Pass entwickelt, sind Module, die mechanisch und elektrisch in DDR4-Speicherbänke passen, sich dort aber anders verhalten als klassischer DRAM. Damit die Optane-Riegel laufen, müssen sie von CPU und Mainboard unterstützt werden, Anpassungen an Betriebssystem und Software sind nicht zwingend notwendig. Denn im sogenannten Memory Mode verhält sich der Optane DC Persistent Memory wie ein erweiterter Speicherpool, weil mit DDR4 derzeit maximal 2 TByte pro Sockel möglich sind - mit zusätzlichem Optane satte 4,5 TByte.

  • Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)
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Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)

Jedes Modul besteht aus einem SPI-Speicher für die Firmware, einigen Kondensatoren, um vorhandene Daten bei Stromausfall löschen zu können, ein bisschen DRAM für die Mapping-Tabelle und aus elf Chipgehäuse sowie dem Controller. Jedes Package enthält mehrere Dies mit nicht-flüchtigem 3D-Xpoint-Speicher, die Daten bleiben anders als bei DDR4 auch ohne Refresh erhalten. Intel gibt eine Haltbarkeit von gut 350 Petabytes an, die in fünf Jahren geschrieben werden können. Der Controller arbeitet mit AES-256-Verschlüsselung und schafft eine Datentransfer-Rate von bis zu 8,3 GByte/s lesend und bis zu 3 GByte/s schreibend. Zum Vergleich: DDR4-2944 kommt auf 23,5 GByte/s.

Intels Cascade Lake SP haben sechs Speicherkanäle, wobei jeder mit je einem DDR4- und je einem Optane-Module bestückt werden kann; Letztere müssen sich in den Slots näher der CPU befinden. Mit sechs 128-GByte-DDR4- und sechs 512-GByte-Optane-Riegeln pro Sockel sind besagte 4,5 TByte möglich. Ein Optane-Modul benötigt bis zu 18 Watt und kostet laut Hardwareluxx zwischen knapp 600 US-Dollar (128 GByte) und fast 7.000 US-Dollar (512 GByte) - für 128 GByte DDR4 sind locker 2.000 US-Dollar pro Speicherriegel fällig. Der Xeon Platinum 8280L mit Optane-Unterstützung ist mit 18.000 US-Dollar extrem teuer.

Wird der Optane-Speicher im Memory Mode verwendet, erweitert sich die Kapazität von besagten 2 TByte auf 4,5 TByte - zumindest im Idealfall. Anwendungen sehen dann schlicht den größeren Speicherpool und der DRAM agiert als ein Puffer (Write-Back-Cache) für den langsameren Optane. Der Memory Mode eignet sich für virtuelle Maschinen, denen so pro Nutzer mehr Speicher zur Verfügung steht. In diesem Szenerio soll die höhere Kapazität die geringere Geschwindigkeit überkompensieren und Optane auch Kosten sparen.

  • Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)
  • Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)
  • Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)
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  • Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)
Optane DC Persistent Memory (Bild: Intel)

Mit angepasster Software gibt es überdies den App Direct Mode, welcher den Optane-Speicher simpel ausgedrückt in eine gigantische RAM-Disk verwandelt. In-Memory-Datenbanken wie SAPs Hana starten im App Direct Mode deutlich schneller nach einem Reboot des Systems, da die Daten im Optane-Speicher persistent statt flüchtig sind. Ab Linux-Kernel 4.2 oder Windows Server 2019 können Optane-Module auch als Storage mit den üblichen Blockgrößen und Dateisystemen verwendet werden, was schneller ist, als NVMe-SSDs anzubinden. Die kosten aber weniger bei mehr Kapazität.

Offenlegung: Golem.de hat auf Einladung von Intel hin am Server Workshop in Portland teilgenommen, die Reisekosten wurden gänzlich von Intel übernommen. Unsere Berichterstattung ist davon nicht beeinflusst und bleibt gewohnt neutral und kritisch. Der Artikel ist, wie alle anderen auf unserem Portal, unabhängig verfasst und unterliegt keinerlei Vorgaben seitens Dritter.



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FlashBFE 16. Apr 2019

Dass Intel selbst nicht so richtig weiß, was sich daraus entwickeln soll, sieht man schon...

Thomas Willhalm 04. Apr 2019

In den Intel Optane DC Persistent Memory Modulen ist kein Flash drin, sondern es wird...

JouMxyzptlk 03. Apr 2019

Wenn diese Optanes als Speicher-wie-Festplatte genutzt werden kommt ja wieder Storage...


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