На прошедшей неделе, когда весь мир встречал Windows 10, в шуме официального дебюта новой операционной системы затерялся анонс одной технологии, которая имеет потенциал резко изменить мир персональных компьютеров. Речь идет о 3D XPoint – совместная разработка Intel и Micron, которая представляет собой новый тип памяти, которая обещает перевернуть наше представление о PC.
Где ваши данные живут сегодня?
Как правило, компьютерная система включает в себя два вида памяти. Один из них называется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ или RAM) – молниеносная, но сравнительно ограниченная по объему память и, что более неприятно, энергозависимая. Другими словами, информация, хранящаяся в ней «испаряется» в момент отключения питания.
Другим видом памяти является локальная, которая в наши дни доступна в двух разновидностях: классические магнитные диски (HDD) и накопители, построенные из быстрых чипов флэш-памяти (SSD). Оба вида уступают по скорости оперативной памяти, но являются энергонезависимыми, то есть сохраняют всю записанную на них информацию даже при отсутствии питания.
Оперативная память используется только в случае необходимости, т.е. данные загружаются в нее непосредственно перед их использованием. Все остальное время информация остается более или менее инертной, записанной на магнитные пластины жесткого диска или NAND флеш-чипы памяти SSD.
3D XPoint, однако, имеет потенциал изменить этот дуалистический канон революционным способом. Чтобы получить четкое представление о том, в чем заключается революционность этой технологии, просто представьте себе, что в один прекрасный день компьютеры перестанут нуждаться в отдельной оперативной памяти, жестких или твердотельных дисках, и все данные будут записываться на один энергонезависимый массив. Иначе говоря – компьютер, с которым вы никогда не будете ждать, пока игра или приложение загрузится.
Компьютер будущего
Чисто технические аспекты 3D XPoint в настоящее время относительно скудны. Как-никак, речь идет об инновации в довольно ранней стадии развития, хотя на совместной презентации Intel и Micron показали готовые инженерные образцы.
По сути 3D XPoint (как подсказывает название) является новой технологией построения многослойных трехмерных чипов памяти на основе 20-нм производственного процесса. Однако это не новый метод создания RAM или NAND Flash, а нечто совершенно другое.
Идея 3D XPoint заключается в том, что в один день целиком заменить оперативную и локальную память в том виде, в котором мы их знаем сегодня. Предпосылки для этого на лицо: согласно Intel и Micron, их новый вид памяти в 1000 раз быстрее любого современного SSD, во столько же раз более устойчива к износу (в том числе высокопроизводительных устройств NVMe) и в 10 раз плотнее используемых в настоящее время чипов DRAM.
Кроме того (и это очень важно), 3D XPoint является энергонезависимой памятью, т.е. не нуждается в питании для сохранения записанной в ней информации. Это означает, что в будущем компьютеры, оснащенные скажем, памятью 3D XPoint на 1 Тб, не будут нуждаться ни в RAM, ни в локальном диске, будь то магнитном (HDD) или твердотельном (SSD). Вся информация, которая обрабатывается пользователем на подобном компьютере, все данные и программы будут постоянно загружены в память и будут всегда доступны без каких-либо задержек.
Как уже упоминалось, на данном этапе Intel и Micron немногословны с точки зрения технических подробностей новой технологии, но те официальные цифры, которые были сообщены, позволяют сделать интересные выводы.
Обе компании утверждают, что 3D XPoint обеспечит десятикратное увеличение скорости передачи по сравнению с актуальными в данный момент SSD высокого класса. Самыми быстрыми подобными продуктами сейчас являются так называемые NVMe-устройства (например, Серия 750 от Intel), которые достигают пиковой скорости примерно 2.5 GB/s. Простой расчет показывает, что быстродействие массива 3D XPoint составит приблизительно 20-25 GB/s. Для сравнения, типичная конфигурация на базе процессора Haswell или Broadwell в сочетании с двухканальной памятью DDR3 обеспечивает скорость передачи данных около 17 GB/s. На рынке, однако, есть множество вычислительных устройств и более низкого класса, которые работают относительно хорошо на уровне порядка 9 GB/s или меньше. Конечно, существуют и системы, обеспечивающие 55 GB/s и более. А скорости передачи данных между графическим процессором и памятью в современных видеоадаптерах намного превышают этот предел – мы говорим о значениях в диапазоне от 100 до 300 GB/s.
Перспективная в теории
Одно неоспоримо – на этом этапе технология 3D XPoint выглядит как серьезная заявка на революцию в компьютерном мире. А он, безусловно, нуждается в подобном мощном импульсе – особенно сталкиваясь с реалиями постепенно уменьшающегося потенциала Закона Мура и текущих микропроцессорных технологий.
Однако перед смелыми идеями, которые лежат в основе 3D XPoint, стоят препятствия, мешающие реализовать эту технологию на практике.
Во-первых, переход к подобному типу памяти потребует полного изменения принятых постулатов компьютерной архитектуры. Современные компьютеры просто не предназначены для использования терабайт памяти универсального назначения, работящей на скоростях, близких к таковым у RAM-чипов.
Точно также стоит вопрос и с операционными системами, которые организованы в дуалистической модели «оперативно-локальная память».
Так что первоначально будущие 3D XPoint устройства должны будут вписываться в текущую картину – первые продукты на основе новой памяти, вероятно, будут разновидностью хорошо известных M.2 NVMe (PCIe).
Тем не менее, они вряд ли будут конечной целью Intel и Micron, для которых 3D XPoint является одним из первых шагов в будущее глобальной РС революции, которая навсегда изменит то, как мы воспринимаем и имеем дело с компьютерами.
