3D XPoint: el núcleo de Intel Optane
Optane es el nombre de marca de toda la colección de productos de Intel basados en la memoria 3D XPoint de la compañía, una tecnología desarrollada en asociación con Micron. A pesar de su variedad, este tipo de memoria es lo que todos los productos tienen en común.
3D XPoint es otro tipo de almacenamiento de estado sólido no volátil que se supone que sea mucho más rápido y tenga mayor resistencia que la memoria flash NAND tradicional. En términos de rendimiento, se puede comparar con la RAM dinámica (DRAM) que permite acelerar la mayoría de los procesos informáticos. Sin embargo, mientras que la DRAM es temporal, 3D XPoint conserva los datos incluso después del apagado del sistema. Y en cuanto al precio, está entre la costosa DRAM y la relativamente económica NAND.
La arquitectura de 3D XPoint es diferente de otras soluciones flash. Y su diseño específico simplifica enormemente las operaciones con las celdas de memoria, permitiendo lograr un rendimiento más eficiente y un menor consumo de energía, así como deja almacenar más en el mismo espacio. Además, la memoria 3D XPoint está menos sujeta al desgaste causado por la escritura intensiva. Estos atributos únicos amplían las posibilidades de utilizar esta tecnología en diferentes tipos de productos.
Tipos de productos Intel Optane
La confusión en torno a Optane probablemente se debe al hecho de que los productos que llevan este nombre son distintos en su esencia y, por lo tanto, se clasifican en diferentes categorías. La principal diferencia entre ellos radica en el hardware y el software con el que se combina el medio 3D XPoint. Esto determina el papel del dispositivo Optane en el sistema y su funcionalidad.
En primer lugar, Optane puede representarse como una pequeña unidad caché utilizada junto con un dispositivo de almacenamiento de mayor capacidad y más lento, como un disco duro SATA tradicional. Dicha caché puede integrarse en un módulo de almacenamiento híbrido donde complementa una unidad de estado sólido más grande basada en NAND. Aparte de eso, Optane se puede utilizar para almacenamiento permanente como una unidad independiente rápida. Y, finalmente, hay productos Optane centrados en la memoria que se utilizan junto con los módulos de DRAM.
Echemos un vistazo más de cerca a cada tipo de dispositivos Optane y exploremos las formas en que se utilizan.
Unidad caché Intel Optane
Este tipo de dispositivo Optane fue en realidad el primer producto basado en 3D XPoint en ingresar al mercado. Está representado principalmente por las series Intel Optane Memory e Intel Optane Memory M. Los módulos de almacenamiento en caché Optane tienen un aspecto idéntico a las unidades SSD PCIe NVMe modernas con el factor de forma M.2. Tienen capacidades relativamente pequeñas de hasta 64 GB. La placa puede venir preinstalada en una PC o agregarse como parte de una actualización.
Imagen 1. Unidad caché de la serie Intel Optane Memory.
Dicho módulo está destinado a funcionar en paralelo con el almacenamiento principal del sistema, por ejemplo, un HDD o una unidad SSD SATA de menor velocidad. Su función principal es acelerar el rendimiento de la computadora al almacenar en caché los archivos y las aplicaciones a los que se accede con mayor frecuencia. Con los datos de uso frecuente almacenados en un dispositivo rápido, las tareas diarias se pueden completar mucho más rápidamente. Se puede esperar el máximo beneficio al procesar un gran volumen de archivos pequeños.
Para determinar qué se debe almacenar en caché ante todo, se usan el software y el controlador de la tecnología de almacenamiento rápido (Rapid Storage Technology o RST) de Intel. El controlador monitorea la frecuencia de las solicitudes para decidir qué datos deben enviarse al caché y cuáles de ellos a reemplazar cuando se llena. De esta manera, una parte de los archivos del usuario y los elementos del sistema operativo residirán en la unidad Optane, sin necesariamente copiarse en el almacenamiento principal. Mientras tanto, algunos metadatos de Optane se colocan al final del disco principal.
Cuando la aceleración está habilitada, ambas unidades se combinan en un único volumen virtual similar a RAID 0 y no se pueden separar. El resultado aparece en el sistema operativo como un volumen de memoria Intel Optane con la capacidad del disco HDD o SSD principal.
Imagen 2. Unidad caché Intel Optane combinada con un disco duro normal.
Al desactivar la función, los datos se reubican en la unidad principal, se borra la caché de Optane y se eliminan los metadatos. Luego, las unidades se muestran como dispositivos individuales.
Imagen 3. Unidad caché Intel Optane y un disco duro normal con la aceleración deshabilitada.
También cabe resaltar que esta tecnología sólo se puede implementar en una computadora que cumpla con sus requisitos de hardware y software rígidos. Estos incluyen, entre otros:
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un procesador Intel compatible;
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una placa base compatible con Intel Optane Memory;
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una ranura M.2 que cumple con el protocolo NVMe;
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las versiones adecuadas de BIOS/UEFI y SO;
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el controlador RST correspondiente y el paquete de software instalado.
También se debe prestar especial atención a la configuración de BIOS/UEFI de la computadora. El parámetro del modo de controlador SATA disponible en BIOS/UEFI debe establecerse como "RAID" o "Intel RST" en lugar de "AHCI". Cambiar el modo es necesario incluso cuando no hay intención de crear una matriz RAID como tal, ya que la propia Optane Memory se basa en una configuración similar a RAID. La ranura M.2 con la unidad caché también debe ser reconocida en el sistema.
Almacenamiento híbrido Intel Optane
Los dispositivos de almacenamiento híbrido Optane funcionan de manera similar. No obstante, en este caso, la unidad caché Optane descrita anteriormente se combina con otra SSD Intel en una sola placa M.2. El módulo generalmente se proporciona preintegrado en los sistemas de varios fabricantes principales. Mientras que la parte Optane del módulo se basa en 3D XPoint, la otra unidad emplea la tecnología de memoria flash QLC NAND. Este diseño tienen los productos de las series Intel Optane Memory H10 y H20.
Imagen 4. Unidad híbrida de la serie Intel Optane Memory H20.
Aquí se supone que la caché Optane compense las deficiencias de QLC NAND en cuanto al rendimiento y a la durabilidad. Al mismo tiempo, la placa ocupa solo una ranura M.2 y una pequeña cantidad de espacio, lo que permite implementar la función de almacenamiento en caché en los dispositivos con espacio limitado como los portátiles y ultrabooks.
La parte del módulo con la memoria flash QLC NAND se encuentra más cerca del conector M.2. Está equipada con un controlador SM y paquetes de DRAM y NAND. La parte de Optane incluye un pequeño controlador Intel Optane, un paquete de memoria 3D XPoint y componentes de administración de energía. Cada parte del módulo tiene dos carriles PCIe dedicados.
Imagen 5. Diseño del módulo de almacenamiento híbrido Intel Optane.
Ambas unidades del módulo funcionan de forma independiente, sin comunicarse directamente entre sí. El controlador RST (Tecnología de almacenamiento rápido o Rapid Storage Technology) de Intel ya mencionado maneja el almacenamiento en caché y los hace aparecer como una sola unidad similar a RAID 0. Cuando la aceleración se desactiva, las partes del módulo se tratan como dispositivos individuales.
En términos de funcionalidad, dicha configuración hace exactamente lo mismo que una de Optane Memory estándar con un disco SSD separado. Aun así, en vista de su construcción peculiar, se deben cumplir los requisitos del sistema aún más estrictos para que funcione correctamente. Además de los puntos mencionados anteriormente, se requiere una ranura M.2 especial que soporte la llamada bifurcación. Para alojar los componentes Optane y QLC NAND, este debe proporcionar cuatro carriles PCIe con la posibilidad de dividirlos en dos conjuntos de dos carriles cada uno. Sin el debido soporte, solo se reconocerá la parte QLC NAND del dispositivo.
SSD independiente Intel Optane
Intel también ofrece las unidades SSD Optane puras que pueden servir de almacenamiento permanente ultrarrápido. Un dispositivo de este tipo es básicamente la memoria 3DX Point integrada en el factor de forma M.2, U.2 de 2,5 pulgadas o en uno de la tarjeta complementaria PCIe. Sus capacidades van desde 58 GB hasta 3,2 TB. Hay varias líneas de productos SSD dirigidas al mercado de consumo y a las empresas, pero se diferencian principalmente en sus precios y durabilidad que en el diseño.
Imagen 6. SSD Intel Optane con el factor de forma M.2.
Las unidades SSD Optane son muy costosas en comparación con las opciones basadas en NAND, lo que las hace más adecuadas para los entusiastas de las PC y para los entornos de servidores de alto rendimiento. Sin embargo, su compatibilidad es similar a aquella de la mayoría de los discos SSD NVMe. Con los controladores adecuados, pueden funcionar en una amplia gama de sistemas, a diferencia de otros tipos de productos Optane que son extremadamente exigentes en sus requisitos.
Memoria persistente Intel Optane
Otra forma que adopta Optane está representada por la serie Intel Optane DC Persistent Memory. Lleva 3D XPoint a las tarjetas de memoria diseñadas en el factor de forma DDR4. Estos módulos encajan en los zócalos DIMM DDR4 de las placas base de servidores compatibles que se usan tradicionalmente para la memoria volátil. Vienen en capacidades de hasta 512 GB que es mucho mayor de los 16-64 GB de los módulos DDR4 típicos.
Aparentemente, un módulo de este tipo no puede reemplazar la DRAM. En cambio, puede complementar la configuración de memoria existente con una capacidad adicional a un costo más asequible. Aunque es más lento que la DRAM, puede mejorar el rendimiento general mediante el almacenamiento en caché.
Las peculiaridades de la recuperación de datos de los dispositivos Intel Optane y el procedimiento en sí realizado con la ayuda del software UFS Explorer se explican en el artículo dedicado.
Se puede realizar la recuperación y obtener acceso a datos en los dispositivos con la tecnología descrita con la ayuda de los siguientes productos de software:
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UFS Explorer Professional Recovery Soporte completo
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Recovery Explorer Professional Soporte completo