Intel Optane Memory im Test: 3D XPoint gegen NAND‑Flash und Magnetspeicher

Michael Günsch 202 Kommentare
Intel Optane Memory im Test: 3D XPoint gegen NAND‑Flash und Magnetspeicher

tl;dr: Intels Optane Memory soll mit der neuen Speichertechnik 3D XPoint als Cache vor allem HDDs beschleunigen, ersetzt in ersten Systemen aber auch die SSD. Im Test tritt der Optane Memory sowohl als Cache als auch Systemlaufwerk gegen HDD sowie SATA- und PCIe-SSD an und beweist: Schnell ist er, aber dennoch kein SSD-Ersatz.

Intel Optane Memory: Cache mit 3D XPoint im Test

Mit Hochspannung war die neue Speichertechnik 3D XPoint erwartet worden. Und die Erwartungen waren riesig, hatten Intel und Micron als Entwicklungspartner doch eine nichtflüchtige Speichertechnik versprochen, die den in SSDs eingesetzten NAND-Flash um den Faktor 1.000 bei Leistung und Haltbarkeit übertrifft.

Inzwischen sind fast zwei Jahre seit der ersten Ankündigung von 3D XPoint vergangen. Intels euphorisches Marketing hat sich seitdem deutlich gewandelt: Von „1.000 ד ist schon lange keine Rede mehr. In speziellen Szenarien soll dann noch ein zweistelliger Faktor bei der Leistungssteigerung erreicht werden, bei der Haltbarkeit ist nur noch vom Faktor drei die Rede. Entwicklungspartner Micron gab sich von Anfang an deutlich zurückhaltender und geht die Markteinführung ruhiger an: Erst im zweiten Halbjahr 2017 sollen die QuantX-SSDs mit 3D XPoint erscheinen.

Jetzt sind die ersten Endprodukte mit dem neuen Speicher am Markt angekommen. Die Enterprise-SSD Intel DC P4800X für den Servereinsatz sowie der Intel Optane Memory, der als Cache-Modul Systeme mit herkömmlicher HDD beschleunigen soll. ComputerBase hat getestet, wie gut dies vor allem in der Praxis gelingt, und zusätzlich den Optane Memory im Stile einer SSD als Systemlaufwerk durch den Testparcours gejagt. Verglichen wurde die Leistung mit einer HDD sowie einer SATA-SSD und einer schnellen PCIe-SSD mit NVMe.

Die Technik im Detail

Hinweis: Intel hat der Redaktion ein Engineering Sample für den Test zur Verfügung gestellt. Das Aussehen oder vielmehr der Aufkleber unterscheidet sich von dem Endkundenprodukt. Die Technik dahinter ist jedoch die gleiche.

Intels Optane Memory ist ein M.2-Steckmodul im Formfaktor M.2-2280 wie er bei immer mehr SSDs vorzufinden ist. Der M.2-Anschluss ist mit B- und M-Key versehen, wie es bei vielen SATA-Modellen der Fall ist. Doch ist für die Nutzung zwingend ein PCIe-M.2-Slot erforderlich. Angeboten werden die Module mit Speicherkapazitäten von 16 und 32 GByte und dies sowohl in Komplett-Rechnern und Bundles als auch separat im Endkundenhandel zu Preisen von derzeit rund 46 und 90 Euro.

Optane Memory mit 32 GByte im Test

ComputerBase hat den Optane Memory mit 32 GByte getestet. Unter dem mit Kupfer zur Wärmeleitung versehenen Aufkleber stecken zwei Chip-Gehäuse, die je ein 3DXP-Die mit 128 Gigabit (16 GByte) in sich tragen. Untersuchungen von TechInsights hatten die Größe des 3DXP-Dies enthüllt: Mit rund 206 mm² ist das Die wesentlich größer als aktueller 3D-NAND und liegt entsprechend auch bei der Speicherdichte weit zurück. 3DXP ist deutlich schneller als NAND-Flash aber auch deutlich teurer.

Die beiden 3DXP-Packages tragen die Kennung 29PI6BICLDNF2. Der für ein SSD-Modul winzige Intel-Controller ist mit AHT50W06 beschriftet. Zum Controller hat Intel bisher keinerlei Daten veröffentlicht. Klar ist nur, dass dieser PCIe 3.0 x2 unterstützt und ohne einen DRAM-Cache auskommt. Die Rückseite der Platine enthält keine weiteren Chips.

Offizielle Spezifikationen

Intel hat offizielle Angaben zur Leistungsfähigkeit der Module veröffentlicht. Beim sequenziellen Lesen sollen 1.350 MB/s erreicht werden, SSDs mit PCIe 3.0 x4 erreichen hier durchaus das Doppelte und mehr. Die Schreibraten sind weitaus geringer, was der mangelnden Parallelität durch lediglich einen oder zwei Speicherchips geschuldet ist. Die niedrige Latenz beim Lesen ist die wesentliche Stärke, schreibend können NVMe-SSDs mit NAND-Flash mit den Werten mithalten.

Optane Memory 16 GB Optane Memory 32 GB
Formfaktor M.2 2280
Schnittstelle PCIe 3.0 x2
Seq. Lesen (max.) 900 MB/s 1.350 MB/s
Seq. Schreiben (max.) 145 MB/s 290 MB/s
Random Read 190.000 IOPS 240.000 IOPS
Random Write 35.000 IOPS 65.000 IOPS
Latenz Lesen 7 µs 9 µs
Latenz Schreiben 18 µs 30 µs
Leistungsaufnahme (Idle) 1 Watt
Leistungsaufnahme (aktiv) 3,5 Watt
Garantierte Schreibmenge 182,5 TByte
UBER <1 Sektor pro 1015 gelesenen Bits
Garantie 5 Jahre

Kompatibilität & Installation

Offiziell wird der Optane Memory erst mit Intels aktueller Desktop-Plattform rund um Kaby Lake und die Chipsätze der 200-Serie unterstützt. Entsprechende Mainboards tragen das Siegel „Optane Ready“. Intel hatte aber selbst Benchmarks mit einer Skylake-CPU und Z170-Chipsatz veröffentlicht, die zumindest an dieser Einschränkung zweifeln lassen. Zudem lässt sich der Optane Memory auch „zweckentfremden“ und als gewöhnlicher Datenträger nutzen. In dieser Konfiguration sollten die M.2-Module auch mit älteren Plattformen nutzbar sein, die zumindest PCIe-SSDs mit NVMe unterstützen.

Die folgenden offiziellen Systemvoraussetzungen gelten somit für den Betrieb als Cache-Modul in Verbindung mit der Optane-Software. Intel hat darüber hinaus eine Liste mit kompatiblen Mainboards veröffentlicht. Für zahlreiche Platinen hatte es zur Markteinführung des Optane Memory zudem neue BIOS-Versionen gegeben.

CPU-Familie CPU-Modelle (SKU) Chipsätze
7th Gen Intel Core i7 Processors Core i7-7700
Core i7-7700K
Core i7-7700T
Intel Z270
Intel Q270
Intel H270
Intel Q250
Intel B250
7th Gen Intel Core i5 Processors Core i5-7400T
Core i5-7400
Core i5-7500
Core i5-7500T
Core i5-7600T
Core i5-7600K
Core i5-7600
Intel Z270
Intel Q270
Intel H270
Intel Q250
Intel B250
7th Gen Intel Core i3 Processors Core i3-7101E
Core i3-7101TE
Core i3-7100T
Core i3-7100
Core i3-7350K
Core i3-7320
Core i3-7300
Core i3-7300T
Intel Z270
Intel Q270
Intel H270
Intel Q250
Intel B250
Intel C236

Im Kleingedruckten lauten die Systemanforderungen wie folgt:

A system that is Intel Optane memory ready includes: a 7th Gen Intel Core processor, an Intel 200 series chipset, M.2 type 2280-S1-B-M connector on a PCH Remapped PCIe* Controller and Lanes in a x2 or x4 configuration with B-M keys that meet NVMe* Spec 1.1 and System BIOS that supports the Intel Rapid Storage Technology (Intel RST) 15.5 driver.

Intel

Nur das Boot-Laufwerk wird beschleunigt

Ein Dokument, das Intel Testern des Optane Memory zur Verfügung gestellt hat, beschreibt überdies gewisse Bedingungen und Einschränkungen. So lässt sich mit dem Optane Memory „derzeitausschließlich das Boot-Laufwerk des Systems beschleunigen. Ein sekundäres Laufwerk für die Spielesammlung kann von dem Optane-Turbo somit nicht profitieren. Außerdem wird das Optane-Modul im Zuge der Software-Installation an das jeweilige Boot-Laufwerk fest gebunden. Dies geschieht über die Seriennummer des Bootlaufwerks. Dies bedeutet, dass sich das Boot-Laufwerk nach der Installation der Optane-Software nicht mehr ohne Weiteres wechseln lässt, selbst wenn das Laufwerk durch ein baugleiches Modell ersetzt wird. Für diesen Schritt wird eine Neuinstallation des Optane Memory nötig.

Installation

Ist das Optane-Modul im passenden Slot auf dem Mainboard installiert, kann die Einrichtung der Software erfolgen. Intel liefert diese zusammen mit dem neuen RST-Treiber (Download) aus. Zum Testzeitpunkt lag die Version 15.5.0.1051 vor.

Intel Optane Memory Software

Die Installation ist unkompliziert und schnell erledigt. Die Bildstrecke veranschaulicht die einzelnen Schritte. Nach einem Neustart ist der Optane Memory als „Arbeitsspeicher“ eingerichtet und beschleunigt fortan das System. Über ein Symbol im Tray der Taskleiste gelangt man zu einem Menü über das sich der Status des Speichers abrufen lässt. Dort lässt sich auch bei Bedarf die Caching-Funktion wieder deaktivieren.

Nicht mit PCIe-SSDs kompatibel

Nur SATA-HDDs und -SSDs kann der Optane Memory beschleunigen. PCIe-SSDs wie die Samsung 950 Pro sind nicht für den Betrieb mit dem Optane-Cache vorgesehen. Im Versuch zeigte die Software nach der Installation sofort die Inkompatibilität mit dem Datenträger an.

ComputerBase warnt davor, dies selbst auszuprobieren! Denn nachdem der Versuch erfolglos beendet worden war und der Optane Memory aus seinem Steckplatz entfernt wurde, ließ sich Windows 10 nicht mehr von der Samsung 950 Pro starten. Nach mehreren vergeblichen Versuchen der automatischen Reparatur klappte schließlich ein Start im abgesicherten Modus. Nach einem Neustart funktionierte auch der normale Systemstart wieder, doch musste ein Datenverlust festgestellt werden. Das Fazit der Redaktion lautet daher an dieser Stelle: Finger Weg von der Kombination aus PCIe-SSD und Optane Memory!

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