Optane DC Persistent Memory: Flüchtiger oder nichtflüchtiger Arbeitsspeicher mit 3D XPoint

Mit dem Start der Beta-Phase für OEMs hat Intel zwei verschiedene Betriebsmodi für den Optane DC Persistent Memory auf Basis von 3D XPoint vorgestellt. Im Memory Mode arbeitet er wie DRAM und speichert Daten nicht dauerhaft (volatile). Im App Direct Mode werden Daten auch ohne Stromzufuhr behalten (persistent).

Laut Intel hat das Beta-Programm für den Optane DC Persistent Memory mit 128, 256 oder 512 GByte Speicherkapazität pro Modul (DIMM) mit DDR4-Schnittstelle begonnen. Potentielle Abnehmer wie OEMs oder Cloud-Anbieter sollen auf diesem Weg ihren Kunden frühen Zugang (Early Access) zur neuen Technik gewähren können. Die allgemeine Verfügbarkeit werde aber erst im ersten Halbjahr 2019 gegeben sein.

Erstmals beschreibt Intel nun zwei grundsätzlich verschiedene Betriebsmodi für den neuen Speicher: Einmal den Memory Mode und einmal den App Direct Mode. Über das BIOS oder Tools zur Speicherverwaltung soll der jeweilige Modus konfigurierbar sein. Alternativ ließen sich Partitionen erstellen, mit denen beide Modi simultan genutzt werden können.

Memory Mode als DRAM-Ersatz

Im Memory Mode dient das Optane-DIMM als DRAM-Ersatz mit Kostenvorteil. Bei geringerem Preis pro Gigabyte und höherer Speicherkapazität von bis zu 512 GB pro Modul (DRAM maximal 256 GB) lässt sich das System mit mehr und günstigerem Arbeitsspeicher versehen. Da 3D XPoint aber langsamer als DRAM arbeitet, wird dennoch herkömmlicher DRAM als schneller Zwischenspeicher (Cache) für Daten, auf die am häufigsten zugegriffen wird, benötigt. Intel macht kein Geheimnis daraus, dass die Systemleistung bei Workloads mit überwiegend zufälligen Zugriffen (highly-random data access) gegenüber einer reinen DRAM-Lösung niedriger ausfällt. 3D XPoint bietet zwar geringere Latenzen als NAND-Flash, ist aber nicht so schnell wie DRAM.

Memory Mode	App Direct Mode
Optane als flüchtiger Arbeitsspeicher + DRAM als Cache	Optane als nichtflüchtiger Arbeitsspeicher + DRAM als Arbeitsspeicher
1.536 GB Optane + 192 GB DRAM = 1.536 GB Systemspeicher	1.536 GB Optane + 192 GB DRAM = 1.728 GB Systemspeicher

In diesem Modus ist der Optane Memory genau wie DRAM flüchtig, das bedeutet, dass Daten bei einem Stromausfall verloren gehen. Da der DRAM nur als Cache dient, wird er vom System nicht als Teil des Arbeitsspeichers erkannt.

App Direct Mode

Im App Direct Mode werden die Speicherkapazitäten des Optane Memory und des DRAM vom System zwar als großer gemeinsamer Arbeitsspeicher zusammengerechnet. Doch sollen Betriebssystem und Anwendungen strikt zwischen den unterschiedlichen Speichertypen unterscheiden und bestimmen, welche Daten auf Optane und welche auf DRAM gespeichert werden. Hier ist der Optane Memory nichtflüchtig konfiguriert und soll ständig benötigte Daten dauerhaft vorhalten – Anwendungsbeispiele sind In-Memory-Datenbanken und Storage-Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf. Der DRAM arbeitet wiederum regulär als flüchtiger Arbeitsspeicher mit niedriger Latenz.

Laut Intel ist ein Dateisystem, das mit Persistent Memory umgehen kann, Voraussetzung für den App Direct Mode. Microsoft Windows Server 2019 und ein späteres Update von VMware ESX v6.7 sollen entsprechend kompatibel sein. Auch mit der Linux-Community arbeite Intel an einer Unterstützung des Optane Persistent Memory.