DC P4800X: Intels erste Optane-SSD kann nicht alles besser

Der nichtflüchtige 3D-Xpoint-Speicher soll Intel zufolge weitaus schneller und haltbarer sein als NAND-Flash-Speicher. Die erste Optane-SSD, die DC P4800X, muss aber zumindest in einem wichtigen Punkt momentan noch zurückstecken.

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Optane-SSD DC P4800X
Optane-SSD DC P4800X (Bild: Intel)

Vor gut anderthalb Jahre stellte Intel erstmals 3D Xpoint vor: Gemeinsam mit Partner Micron hatte der Hersteller einen nichtflüchtigen Speicher entwickelt, der zwischen DRAM und NAND-Flash-Speicher positioniert wird und Vorteile beider Techniken vereinen soll. In den kommenden Wochen möchte Intel mit einiger Verspätung die ersten SSDs der Optane-Familie ausliefern, die breite Verfügbarkeit soll es dann im zweiten Halbjahr 2017 geben.

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Die neuen DC P4800X alias Cold Stream für Data Center erscheinen vorerst als AIC (Add-in Card), sprich PCIe-Steckkarten mit 375 und 750 GByte sowie 1,5 TByte. Ab dem zweiten Quartal 2017 folgen Modelle mit der gleichen Kapazität mit U.2-Anschluss und somit im 2,5-Zoll-Formfaktor. Richtig große SSD wird es basierend auf 3D Xpoint daher dieses Jahr nicht mehr geben, NAND-Flash-Modelle wie Intels eigene DC P3700 weisen bis zu 2 TByte auf. Einige wenige PCIe-Steckkarten wie Samsungs PM1643 liefern gar 32 TByte.

  • Optane-SSD DC P4800X (Bild: Intel)
  • Die Platine trägt 28 Dies plus Controller. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint soll durch eine geringe Latenz überzeugen. (Bild: Intel)
  • Grobe Leistungswerte der DC P4800X (Bild: Intel)
  • Quality of Server weit besser als bei NAND-Flash-SSDs (Bild: Intel)
  • Die DC P4800X erreicht schon bei geringer Befehlstiefe viele IOPS. (Bild: Intel)
  • Bei Latenzen gilt: weniger ist schneller. (Bild: Intel)
  • Auch bei Schreiblast erfolgen Lesezugriffe extrem schnell. (Bild: Intel)
  • Intel vergleicht ein 750- mit einem 800-GByte-Modell. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint kann als SSD oder als DIMM eingesetzt werden. (Bild: Intel)
3D Xpoint soll durch eine geringe Latenz überzeugen. (Bild: Intel)

Intel verwendet zumindest bei der 375-GByte-Variante insgesamt 28 Dies mit je 128 GBit, die im 20-nm-Verfahren gefertigt werden. Das macht zusammen 448 GByte, es ist also wie bei NAND-Flash eine Spare Area vorhanden. Die wird aber nicht für Wear Leveling verwendet, sondern für ECC und Firmware. Der PCIe-Gen3-4x-NVMe-Controller verfügt über sieben Kanäle mit jeweils vier Chip-Enablern und wird per großem Lamellenblock gekühlt, die Platine der DC P4800X mit 375 GByte ist offenbar doppelseitig bestückt.

Bei der Ankündigung von 3X-Point-Speicher prognostizierte Intel beeindruckende Zahlen: Verglichen mit NAND-Flash sollte die neue Technik um den Faktor 1.000 schneller sowie haltbarer sein. Später sagte Intel aber, die hohen Werte würden sich auf einzelne Speicherchips beziehen, nicht auf SSDs wie die DC P4800X. Interessant werden daher Speichermodule (DIMMs) mit 3D Xpoint - die heißen intern Apache Pass, sollen 2018 erscheinen und sollten die Vorteile der neuen Technik besser umsetzen können als SSDs.

  • Optane-SSD DC P4800X (Bild: Intel)
  • Die Platine trägt 28 Dies plus Controller. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint soll durch eine geringe Latenz überzeugen. (Bild: Intel)
  • Grobe Leistungswerte der DC P4800X (Bild: Intel)
  • Quality of Server weit besser als bei NAND-Flash-SSDs (Bild: Intel)
  • Die DC P4800X erreicht schon bei geringer Befehlstiefe viele IOPS. (Bild: Intel)
  • Bei Latenzen gilt: weniger ist schneller. (Bild: Intel)
  • Auch bei Schreiblast erfolgen Lesezugriffe extrem schnell. (Bild: Intel)
  • Intel vergleicht ein 750- mit einem 800-GByte-Modell. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint kann als SSD oder als DIMM eingesetzt werden. (Bild: Intel)
Auch bei Schreiblast erfolgen Lesezugriffe extrem schnell. (Bild: Intel)
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Einer der Vorteile von 3D Xpoint ist die geringere Latenz. Dazu zählt der Quality of Service (QoS), also wie zügig die SSD auf Anfragen im Mittel reagiert: Bei einer 70/30-Verteilung von Lese- und Schreibzugriffen (4K, QD1, nach fio-2.15) soll die DC P4800X in 99,999 Prozent der Fälle schneller ansprechbar sein als die DC P3700. Sie erreicht Intel zufolge 200 µs, was eine Verbesserung von Faktor 100 darstellt. Auch wenn parallel auf die DC P4800X geschrieben wird, fallen die Antwortzeiten extrem kurz aus - Intel spricht daher von der "most responsive data center SSD in the world". Die generelle Latenz soll bei 10 µs liegen, einem Bruchteil einer Flash-SSD, obwohl die PCIe-Schnittstelle limitiert.

3D Xpoint ist schon bei geringer Befehlstiefe schnell

Auch die Geschwindigkeit bei niedriger Queue Depth, wenigen Befehlen in der Warteschlange, fällt hoch aus: Die Input-/Output-Operationen pro Sekunde liegen bei QD1 um den Faktor 8 und bei QD16 noch um den Faktor 5 höher. Die meisten Anwendungen generieren Workloads mit geringer Queue Depth. Generell fallen bei der DC P4800X mit 375 GByte die IOPS mit 550.000 lesend und 500.000 schreiben nicht sonderlich hoch aus - Modelle wie Samsungs PM1725a erreichen lesend doppelt so viel, schreiben aber weniger als halb so schnell.

Sequenzielle Transferraten sind in Datenzentren selten relevant, entsprechende Werte fehlen in Intels Präsentation. Ein älteres Datenblatt der DC P4800X mit 375 GByte Kapazität liefert sie: Lesend schafft die SSD bis zu 2,4 GByte pro Sekunde und schreibend bis 2,0 GByte pro Sekunde - das ist recht wenig. Schnelle Consumer-Modelle wie Samsungs 960 Evo erreichen über 3 GByte pro Sekunde lesend und schreibend, unterliegen aber bei anderen Metriken.

  • Optane-SSD DC P4800X (Bild: Intel)
  • Die Platine trägt 28 Dies plus Controller. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint soll durch eine geringe Latenz überzeugen. (Bild: Intel)
  • Grobe Leistungswerte der DC P4800X (Bild: Intel)
  • Quality of Server weit besser als bei NAND-Flash-SSDs (Bild: Intel)
  • Die DC P4800X erreicht schon bei geringer Befehlstiefe viele IOPS. (Bild: Intel)
  • Bei Latenzen gilt: weniger ist schneller. (Bild: Intel)
  • Auch bei Schreiblast erfolgen Lesezugriffe extrem schnell. (Bild: Intel)
  • Intel vergleicht ein 750- mit einem 800-GByte-Modell. (Bild: Intel)
  • 3D Xpoint kann als SSD oder als DIMM eingesetzt werden. (Bild: Intel)
3D Xpoint kann als SSD oder als DIMM eingesetzt werden. (Bild: Intel)

Bleibt abschließend noch die Haltbarkeit der DC P4800X: Das 375-GByte-Modell kann täglich innerhalb des Garantiezeitraums 30-mal vollgeschrieben (Drive Writes Per Day) werden, in drei Jahren macht das 12,3 Petabytes Written (PBW). Dieser Wert wird von einigen Flash-SSDs übertroffen, Intel plant aber, die Garantie auf fünf Jahre bei 30 DWPD anzuheben. Eine DC P3700 mit 400 GByte schafft 7,3 PBW (10 DWPD) - verglichen mit der DC P4800X mit 375 GByte ist das nur Faktor 1,7 statt 2,8 wie vom Hersteller beworben. In der Fußnote wird klar, wieso: Intel stellt 800 GByte (14,6 PBW) gegen 750 GByte Kapazität.

Intel verkauft die DC P4800X mit 375 GByte zum Listenpreis von 1.520 US-Dollar, was pro GByte mehr als doppelt so teuer ist wie bei NAND-Flash-basierten SDDs. Für das Consumer-Segment sind dennoch Produkte geplant: Über den Optane Memory für Notebooks berichten wir demnächst.

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