为主机提速而生 一文读懂Optane加速原理

英特尔Optane原理揭晓

英特尔Optane技术结合了目前英特尔在存储研究方面最先进的硬件介质和软件解决方案，其中硬件介质3DXPoint是整个Optane技术的核心。目前这种介质可以作为硬盘缓存来加速原来的机械硬盘或者固态硬盘，也可以直接作为非易失性存储介质来存储数据。

我们先来看看3DXPoint的优势。官方数据显示，3DXPoint的读写速度和寿命是NAND闪存的1000倍，延迟是NAND闪存的千分之一，DRAM的10倍。存储密度是内存的10倍。

是什么让3DXPoint有如此的性能优势？这完全取决于它采用的3D交叉矩阵结构。

在这种结构中，3DXPoint摒弃了之前存储器结构中的电容和晶体管设计，只保留了存储单元(存储数据的地方)、选择器和读写总线。Original其他人(电容、晶体管)全部踢开，腾出的空空间里塞进了更多的存储单元，大大增加了存储容量。

英特尔的工程师并不满意，他们想给介质增加更多的内存单元。但是芯片面积有限，横向增加芯片面积意义不大。那我该怎么办呢？工程师灵机一动，横向不行就纵向发展，于是把存储单元一层一层放在地上(也就是三维堆叠技术)。就像叠起来的木头，底座面积不变，层数不断增加，储物能力进一步提高。

那么3DXPoint是如何实现比NAND快1000倍的读写速度的呢？由于这种结构中的交叉布置。在3DXPoint中，内存单元和选择器由内存总线交叉，每层的总线由导线连接。这个怎么理解？在最初的方式中，访问记忆单元就像住在楼梯房间的两个好朋友。每次拜访其中一家，都要走楼梯。而3DXPoint就相当于给他们设置了直达电梯，每次都要去拜访丁砰的一声就到了。这样数据访问效率就高多了。

此外，3DXPoint可以通过改变电阻级别来区分0和1。数据以位的形式存储在存储单元中，一个存储单元可以存储1位数据。NAND的基本单位是页，NAND的页在被编程一次后只能存储1-1位数据，擦除 *** 作必须在更高的块层中进行。没有了NAND上的繁文缛节，数据访问速度自然更快更高效。

还有一点就是3DXPoint上的电阻材料非常特殊，在电压的作用下材料的形状会发生很大的变化，从而实现电阻值的变化。在这个过程中，阻力物质形态的变化造成的损失很小，就像雾和雪一样。两种形态的变化最多只是热量的流失，而水的本质不变。相对于NAND上多次读写后会出现的绝缘层损耗，3DXPoint的损耗基本可以忽略不计。所以我们可以看到3DXPoint的寿命是NAND的1000倍。

如前所述，3DXPoint可以作为硬盘缓存来加速硬盘，也可以直接作为固态存储介质。根据这两个方向，英特尔分别开发了Optane内存(Optanememory)和optanesd(Optane固态硬盘)，前者面向消费用户，后者面向企业用户。

想必你想了解更多关于Optane内存的情况，这是普通消费者更容易获得的，所以我们将进一步向你介绍Optane内存，并对其进行深入的体验测试。

英特尔Optane内存简介

Optane内存虽然有内存名，但不是我们通常理解的DRAM内存。它的主要作用是加速硬盘(包括HDD和SSD)作为缓存设备。

Optane内存对硬盘的加速作用体现在以下三个方面:首先，可以提高系统加载速度，缩短电脑启动时间；二是提高程序的加载速度，尤其是减少大型软件和游戏的加载时间；三是提高常用应用的加载速度，让常用数据一触即达。

性能方面，16GBOptane内存最大连续读取900MB/s，连续写入145MB/s；4K随机读取的是190000IOPS，而4K随机写入的是35000IOPS。32GB版本连续读取速度1200MB/s，最大连续写入速度280MB/s；4K随机读取的是30万IOPS，而4K随机写入的是7万IOPS。根据官方数据，Optane内存的读取性能远远好于写入性能，无论是连续性能还是随机性能。

那么Optane的内存实际上会提升多大呢？接下来我们就开始体验了。

英特尔Optane内存体验

在体验之前，我们需要注意Optane内部配置的几个要求。首先，Optane内存要求使用Intel200系列以上主板，必须有M.2卡槽；其次，Optane内存必须配合7代以上酷睿I系列处理器，否则无法正常工作。然后，Optane内存需要Windows10作为 *** 作系统，UEFI作为引导模式，GPT格式作为硬盘才能使用。

在满足以上硬件和系统要求，并在主板相应位置安装Optane内存后，我们还需要进行最后一个 *** 作&mdash&mdash安装Optane内存驱动。在官网下载Optane内存驱动，按照提示 *** 作。重启后，Optane内存安装将完成。Optane内存会和配套的硬盘组合成一个卷，可以和普通硬盘一样使用。

我们根据以下平台对比测试Optane内存:

1:东芝1TBHDD；2:Optane内存+东芝1TB硬盘

测试项目:理论成绩测试(跑分)；应用场景测试(启动、游戏加载速度)

ass固态硬盘性能指标评测测试和PCMark8存储测试

在硬盘传输速度的测试中，原本连续读取速度不到200MB/s的东芝HDD在Optane内存的帮助下提速到861.96MB/s，速度提升了330%。4K随机读取速度也提升到了139.11MB/s，可以说是一个质的飞跃。

在PCMark8的存储测试中，东芝的1TBHDD得了2370分，Optane内存+东芝的1TBHDD得了4947分，存储性能提升了一倍多。

应用场景测试(开机测试+PS开机，游戏加载测试)

从开机时间测试结果(3次)可以看出，东芝1TBHDD的开机时间在60秒以上，而Optane内存+东芝1TBHDD的开机时间缩短到25秒以内，时间减少了一半。

从Photoshop的启动时间来看，东芝的1TBHDD和Optanememory+东芝的1TBHDD最大的区别在于第一次启动时间。前者需要13.81秒，后者打开PS只需要4.3秒。有了Optane内存的加持，打开PS还是有帮助的。

从三款游戏的加载时间来看，东芝1TBHDD的加载时间分别为51.8秒、42.7秒和30.2秒；OPE内存+东芝1TBHDD的加载时间分别为45.3秒、16.1秒和20.6秒。所以Optane内存的加速对玩家来说是很有意义的。

综合以上实际测试结果，Optane内存可以大幅提升机械硬盘的速度，也可以显著提升主机整体性能。用一句机智的话来形容就是:机械硬盘和Optane内存更兼容。

英特尔Optane内存的诞生，为用户在追求大容量、高速度方面提供了更具性价比的选择，我们有理由相信，其背后的英特尔Optane技术将在可预见的未来超越内存速度，完成更大的创新。过去的一切都是序言。让我们一起期待吧。