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提升 PC 性能的黑科技!Intel 傲腾内存详解

如果你关注最新的科技资讯,那么想必一定听说过英特尔最新推出的傲腾内存,这款被媒体称之为“黑科技”的最新产品,自推出之初便受到了广泛关注。

而关于英特尔傲腾内存,各方不同的解读也为这款产品增添了些许神秘色彩,我们在惊叹傲腾内存给整机性能带来的巨大提升的同时,对这款产品的本质与工作原理也产生了极大的兴趣, 那么傲腾内存究竟是怎样一款产品? 它又给 PC 性能带来了怎样的改变呢?

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想要弄清上面这些问题,我们首先还是要对傲腾内存有一个初步的了解。

实际上,英特尔傲腾内存是一套完整的系统加速解决方案,它通过基于 3D XPoint 的英特尔傲腾技术,以及英特尔 快速存储技术驱动程序,在不影响存储容量的情况下提供更高的性能和响应能力。

简单概括来说, 傲腾内存就是基于 3D XPoint 技术打造的,可以为硬盘提速的缓存设备。其主要作用是给传统机械硬盘提速,让 HDD 用户可以感受到 SSD 般的使用体验。在稳定性和性价比等方面,傲腾内存有着一定优势。

此外,之所以称其为内存,是因为它是利用新的内存介质将信息存储到与处理器更近的位置,这与系统 DRAM 内存的功能十分相似。傲腾内存可以和普通内存串联成一个虚拟驱动器,并使用智能软件 (英特尔? 快速存储技术) 来加速 PC 的性能和响应速度。

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英特尔傲腾内存

当然,如果单纯从产品形态的角度来看,傲腾内存就是 3D XPoint? 和快速存储技术所组成的 M.2 接口模块。其中的 3D XPoint? 可以说是傲腾内存中的关键技术,也是傲腾内存能够提升 PC 性能的根本原因。

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一、3D XPoint?

3D XPoint? 是一种由英特尔和美光科技共同推出的非易失性存储技术,英特尔将该技术称为 Optane,而美光则称其为 QuantX。

这个技术可以说是 25 年来存储技术的革命性突破,其速度和耐用性都是目前 NAND 闪存的 1000 倍。在低延迟方面,3D XPoint 更是 NAND 闪存的千分之一,DRAM 的十倍,这尤其突显了其可以进行高 IO 操作的能力。

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3D XPoint

此外,虽然本质上都是 3D XPoint 技术,但英特尔的 Optane 和美光的 QuantX 其实是两种不同的发展走向。英特尔的 Optane 适用于数据中心和台式 PC,旨在加速数据访问,同时实现经济实惠的存储容量价格。

比如面向数据中心的英特尔 Optane SSD——DC P4800X,拥有超高速、低延迟、寿命长的特点,并且推出之后便被国内两大互联网公司阿里巴巴和腾讯率先部署。

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二、内存和硬盘的区别

在介绍 3D XPoint 之前,我们首先要了解一下易失性存储器和非易失性存储器的概念。

易失性存储器 (Random Access Memory,RAM):电源开启时资料存在,电源关闭则资料立刻流失,例如:SRAM、DRAM、SDRAM、DDR-SDRAM 等;非易失性存储器 (Non-Volatile Memory,NVM):电源开启时资料存在,电源关闭资料仍然可以保留,例如:ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash ROM、FRAM、MRAM、RRAM、PCRAM 等。

我们常说的内存和硬盘,则分别是易失性存储器和非易失性存储器中典型的代表,二者之间的区别主要体现在断电后数据的处理上,在把电源关闭后,内存中的数据通常不会保留,而对于硬盘而言,即便是关掉电源,硬盘中的数据也不会消失。

但比起处理器的信息吞吐能力,硬盘的速度可以说不值一提,如果处理器运算所需要的数据如果直接从硬盘中获取,时间显然会比较久。

而内存作为二者之间的桥梁,比 CPU 直接去抓硬盘数据快很多。如果 CPU 是火箭的话,那么缓存就像是飞机,内存是火车,硬盘则像是轮船。不过,内存虽然处理数据的速度比硬盘快,但断电之后数据会消失,而且价格也比硬盘贵,这使得人们不得不寻求一种更加合理的解决方案。

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不同存储器之间的性能差异三、DRAM、NAND、3D XPoint

在上文中提到,DRAM(内存)和 NAND(硬盘)是比较常见的存储器技术,尽管二者已经诞生了几十年,但 DRAM 和 NAND 的基础性物理运作机制并没有发生太多改变,在技术层面都存在着一定局限。

● DRAM

DRAM(Dynamic Random Access Memory),即动态随机存取存储器,是最为常见的系统内存。由于 DRAM 只能将数据保持很短的时间,因此为了保持数据,DRAM 所使用的电容存储必须隔一段时间刷新一次。

DRAM 通过 MOS 管的栅电容上的电荷来存储信息,一旦掉电信息会全部的丢失,由于栅极会漏电,所以每隔一定的时间就需要一个刷新机构给这些栅电容补充电荷,并且每读出一次数据之后也需要补充电荷,这也是其被称为动态随机存储器的主要原因。

DRAM 的特点是延迟低、寿命长。但核心问题是易失性,需要不停的供电,断电存储数据就会消失。

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DRAM

● NAND

NAND(NAND Flash Memory) 是一种非易失性存储技术,即断电后仍能保存数据。随着人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品,NAND 也在向着降低每比特存储成本、提高存储容量的目标发展。

NAND 主要是利用浮置栅极上的电容存储电荷来保存信息,因为浮置栅不会漏电,所以断电后信息仍然可以保存。另外,它的结构相对简单,集成度较高,所以容量可以很大。

从寿命上来说,NAND 是有平均读写次数的寿命的,即使是 SLC NAND 颗粒,其寿命也远远不及 DRAM;同时受制于存储原理,NAND 的延迟较高。

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NAND

● 再谈 3D XPoint

我们在文章开始就说过,3D XPoint? 是一种非易失性存储技术,它将原本平面化的 NAND 闪存结构变成了立体结构。

在立体结构中,存储容量将不再单纯受芯片平面面积大小的影响,同样的芯片面积上可以容纳更大的数据吞吐量。同时,与 NAND 相比,3D XPoint 拥有更加出色的性能和耐久,价格方面也处在 DRAM 和 NAND 之间。

另一方面,在生产工艺一定的前提下,单位面积里容纳的存储空间总是有限的,3D XPoint? 通过立体闪存堆叠技术,让在单位空间内可以容纳下更大容量的存储空间。如果说每一个单位的 NAND 闪存就是一栋平房,那么 3D XPoint 可以说是直接在地基上建造的摩天大楼。

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3D 存储结构

除了立体化的存储结构,3D XPoint 在立体化空间里排布也有所不同,它由选择器与内存单元共同构成,数据存储在交叉叠起的字线和位线之间,在字线与位线之间提供特定电压会激活单一选择器,使存储单元进行写入或者读取。

当数据需要读取时,字线和位线可以检测某个存储单位的电阻值,根据其电阻值来反馈数据存储情况。

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交叉阵列结构

同时,3D XPoint? 是一项以电阻为基础的存储技术成果,其通过改变单元电阻水平来区分 0 与 1。这与 NAND 通过以浮置栅极是否带电来表示 1 或 0 是极为不同的。

同时,NAND 由 block(块) 构成,block 的基本单元是 page(页),NAND 的 page 进行一次编程才能存储 1bit 数据,而且擦除操作要在 block 层级进行操作;

而在 3D XPoint 中,基础访问单位是 bit,数据以 bit 的形式存储在 Memory Cell 中,一个 Memory Cell 可存储 1bit 数据,这样操作更加简单,搭配合理高效的选择器(Selector),可以带来更高的性能和更低的功耗水平。

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Memory Cell 和 Selector

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3D XPoint 工作原理

3D XPoint? 可以说是自 NAND 推出以来最具突破性的一项存储技术,也被看作是存储产业的一个颠覆者。3D XPoint 拥有与 NAND 类似的容量以及接近 DRAM 的性能。

与 NAND 相比,3D XPoint 的速度更快,是 NAND 的 1000 倍左右,同时拥有更加持久的使用寿命;与 DRAM 相比,3D XPoint 的成本只有 DRAM 的一半,存储密度却是传统存储的 10 倍;正是得益于这些优势,该技术可以广泛应用在游戏、媒体、金融等领域,未来具有广阔的应用前景。

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四、英特尔傲腾内存的意义

从以上对比中可以发现,DRAM 和 NAND 之间的速度差距已经相差了一个数量级,DRAM 通常只有十几纳秒的延迟,而 NAND 的延迟则达到了一百微秒,它们之间的性能差异是非常明显的。

实际上,DRAM 和 NAND 之间的性能鸿沟已经成为了影响用户体验的主要瓶颈,这也是用户更换 SSD 后可以明显获得更好 PC 应用体验的主要原因。

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当然,3D XPoint? 并不会彻底取代 DRAM 和 NAND 的技术,它只是计算机存储中的一个新层级,可以增强目前存储结构体系的性能表现。

就傲腾内存而言,基于 3D XPoint 的傲腾内存反而与 NAND 形成了互补,弥补了内存与硬盘之间的性能差距,傲腾内存的形态也接近于二者之间的定位。

如果将傲腾与处理器、内存、硬盘之间的关系进行类比,就像很多人说的那样,在传统纯靠人工搬运的时代,内存这个“搬用工”经常要在“包工头”CPU 和“仓库”硬盘之间进行货物运输;

而进入到机械管理时代,“搬运工”内存不再像之前那样进行货物传输,通过傲腾内存这个小而快的“货车”,“搬用工”不仅提升了工作效率,而且更加“省时省力”。

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傲腾内存作为一套完整的 PC 整体加速方案,对 PC 整体性能的提升是显而易见的。相比于普通 SSD,傲腾+机械硬盘的组合,在稳定性、使用寿命以及大容量存储上,傲腾内存具有明显的性价比和体验优势。

当然,从投资者的角度来看,傲腾内存也是一种高效稳妥的投入方案,即使未来有升级大容量硬盘的需要,傲腾也依然可以支持。

提升PC性能的黑科技!Intel傲腾内存详解转自 http://news.mydrivers.com/1/558/558058.htm

原文 http://desktops.pconline.com.cn/1038/10385124.html

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