NVMe und Optane/3D-XPoint

kellerma

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Hallo zusammen

Mit der Zusammenstellung meines neuen Gaming-PCs bin ich auf die Begriffe ''NVMe'' und ''Optane/3D-XPoint'' bei Festplatten gestossen.

Erklärung von GIGA betr. NVMe (https://www.giga.de/extra/ssd/specials/nvme-ssd-was-ist-das-und-wie-schnell-ist-sie-einfach-erklaert/):

Heutige SSDs werden über den SATA-Anschluss verbunden und nutzen das sogenannte AHCI-Protokoll zur Datenübertragung. Während bei Festplatten noch ihre Mechanik die Geschwindigkeit des Speichers begrenzt hatte, ist es bei SSDs der SATA-Anschluss und das AHCI-Protokoll.
Heutige SATA-Anschlüsse liefern bei SSDs Transferraten von maximal 600 MB/s, schließt man die SSDs an den schnelleren PCIe-3.0-Anschluss an – das ist die gleiche Anschlussart, wie er bei Grafikkarten genutzt wird – sind Geschwindigkeiten von etwa 1000 MB/s zu erreichen; und das nur bei einem Übertragungskanal – auch Lane genannt. Nutzt man 4 Lanes würde sich die Geschwindigkeit theoretisch vervierfachen auf rund 4000 MB/s, sofern die Technik der SSDs mitmacht. Statt AHCI muss also was Neues her.
Und da setzt NVME an. Das neue Datenübertragungs-Protokoll soll das in die Jahre gekommene AHCI ablösen und für noch mehr Geschwindigkeit bei SSDs sorgen.

SpeicherGeschwindigkeit
Festplatte~ 100 MB/s
SSD (AHCI) mit SATA-Anschluss~ 500 bis 600 MB/s
SSD (AHCI) mit PCIe-Anschluss~ 1000 MB/s (1 Lane)
SSD (NVME) mit PCIe-Anschluss~ 4000 MB/s (4 Lanes)
Der große Vorteil von NVME sind geringe Verzögerungen, auch Latenzen genannt. Jede Nano-Sekunde wartet die CPU auf Daten. Je schneller der Prozessor Daten empfängt, je schneller kann er sie auch weiterleiten.

Erklärung von Computerwoche betr. Optane/3D-XPoint (https://www.computerwoche.de/a/ssd-und-pc-beschleuniger-das-muessen-sie-wissen,3329378):

Optane basiert auf einer Speicherttechnologie namens "3D Xpoint". Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Speicherzellen in eine dreidimensionale Netzstruktur eingebettet sind. Entwickelt wurde die Technologie in Kooperation mit Micron.
Die ersten Optane-Produkte (16 GB und 32 GB) werden ausschließlich auf PCs laufen, die Intels neue Chipgeneration Kaby Lake an Bord haben. Skylake, Broadwell oder AMD-Chipsätze fallen in Sachen Optane also grundsätzlich aus.
Letztlich wird Intel auch Optane-SSDs mit großen Kapazitäten auf den Markt bringen - mit dem Ziel, die konventionellen Solid State Disks überflüssig zu machen. Darüber hinaus wird Optane auch als DRAM-Ersatz verfügbar sein. Im Gegensatz zum dynamischen RAM ist Optane aufgrund seiner höheren Speicherdichte in der Lage, Daten auch nach dem Ausschalten eines Rechners zu behalten.


Erklärung von Heise betr. Optane/3D-XPoint (https://www.heise.de/ct/artikel/Optane-SSD-fuer-Desktop-PCs-3874866.html):

Intel verspricht eine hohe Haltbarkeit. So soll sich die 900P täglich mit dem Zehnfachen ihrer Kapazität überschreiben lassen (10 Drive Writes per Day, DWPD). Der SSD-Controller ist nach Intel-Angaben der gleiche, der auch bei der Optane-Server-SSD DC P4800X zum Einsatz kommt. Ebenso wie diese nutzt die 900P PCIe 3.0 x4, die maximale Datenübertragungsrate liegt also bei knapp 4 GByte/s.

Meine Frage:

In welchem Einsatzgebiet (Desktop, Server, usw.) und für was genau benutzt ihr NVMe und Optane/3D-XPoint?


Gruss

Matthias
 

yaegi

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optane ist für den privatgebrauch irrelevant. das brauchts bei dauerbelastung, also im serverbereich eher. zum gamen reicht tatsächlich eine stinknormale sata 2,5" ssd. ich nutze meine nvme für die videobearbeitung als cachelaufwerk.
 

kellerma

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bart0rn

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Korrekt
 

Holt

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NVMe und AHCI sind Protokoll für SSDs, wobei die SATA SSDs alle AHCI nutzen, eine der frühen PCIe SSDs ebenfalls, während die aktuellen PCIe SSDs das neuere und effizientere NVMe Protokoll nutzen, welches eine PCIe Anbindung der SSD voraussetzt. Alle NVMe SSDs sind also immer PCIe SSDs, aber nicht alle PCIe SSDs müssen zwangsläufig auch NVMe SSDs sein.

NVMe bietet geringere Latenzen, aber einen wirklich großen Unterschied gibt es nur bei den Optanes die schnelles 3D XPoint statt NAND Flash als Medium nutzen.
 

memmex

Ensign
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Als reines Speichermedium im GamingPC ist eine Sata-SSD ein Vielfaches günstiger und ausreichend schnell. Du wirst niemals einen Unterschied zu einem Optanespeicher feststellen.
Die Optanes sind auch nur als Cachespeicher gedacht, wo es auf hohe Datenraten und vorallem hohe IOPS ankommt. "Zu Hause" kann einem das noch als Cache in Copy on Write Dateisystemen (ZFS) über den Weg laufen.
Viel interessanter ist aber der Einsatz in hochperformanten Speichernetzwerken. Vereinfacht gesagt nimmt eine schnelle (Optane-)SSD alle Writes von verschiedenen Hosts an, speichert sie zwischen und speichert dann die Daten auf "darunterliegende, langsamere" Speichermedien. In der Zeit kann der Server aber schon weiterarbeiten.
 

Wesir

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Ich nutze eine NVMe als Hauptplatte da ich viel mit CFX Simulationen mache, da ist mir eine Optane zu teuer gewesen. Ansonsten war mir die höhere Geschwindigkeit zur SSD wichtig, diese nutze ich eher als schnelles Datengrab neben der HDD zum spiegeln der Daten.
 

Holt

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Als reines Speichermedium im GamingPC ist eine Sata-SSD ein Vielfaches günstiger und ausreichend schnell. Du wirst niemals einen Unterschied zu einem Optanespeicher feststellen.
Das muss so nicht sein, klar bringt eine dicke Optane 900P/905P beim Gaming nicht den Vorteil im den Mehrpreis zu rechtfertigen, aber es gibt auch die Option eine HDD mit einer Optane Memory als Cache für Games zu nutzen und je nachdem welche Kapazität man braucht, wird dies schon deutlich billiger. Die meisten Meinungen die hier zu dem Thema Caching mit den Optane geäußert werden, dürften nur auf den Tests mit dem Cachen des Systemlaufwerks basieren und sollten daher nicht zu ernst genommen werden. Inzwischen kann man auch andere Laufwerke als nur das Bootlaufwerk mit den Optane beschleunigen und jemand der es ausprobiert hat, schreibt in einem anderen Forum:
Und ebenso:
Die Optanes sind auch nur als Cachespeicher gedacht
Dies gilt nur für die kleinen Optane Memory M.2 SSDs, nicht aber für die großen wie die 900P, 905P oder gar die DC P4800X. Die Optane haben ihre Vorteile bei der Latenz lesen, den DWPD, der Konsistenz der Performance bei dauerhaftem schreiben, die kennen keinen Steady State Zustand und bei gemischten Lesen- und Schreibzugriffen:
Man zahlt eben dafür wie eine SSD auch dann noch performt wenn sie recht voll ist und die Workloads anspruchsvoller werden, wie es Tweaktown sehr passend im Review der Optane 905P schreibt:
 

HaZweiOh

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einen wirklich großen Unterschied gibt es nur bei den Optanes
Nein, gerade da gibt es keinen Unterschied. Guck dir die Praxis(!!)-Messungen von ComputerBase mit der Optane an. Die Verbesserung war genau NULL, wäre also Geldverschwendung. Eine SATA SSD oder evt. NVMe (wenn nicht zu teuer) bleibt das Mittel der Wahl.

Optane ... mit dem Ziel, die konventionellen Solid State Disks überflüssig zu machen.
Schau dich mal auf dem Markt um: wurde dieses Ziel erreicht? 😀
 
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juenger

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Am Ende des Artikels steht eigentlich der wichtige Satz der alles erklärt:

Wirklich schnelle SSDs, vor allem solche mit extrem hoher IOPS-Leistung, können ihre Vorteile praktisch ausschließlich in Servern ausspielen, wo sie viele parallele Anfragen verarbeiten.
 

kellerma

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Hallo

Danke für eure Meinungen zu NVMe und Optane/3D-XPoint.


Was gut finde, sind NAS (Network Attached Storage / Deutsch: netzgebundener Speicher)-Festplatten.

Besonders hervorzuheben sind hierbei die Preise für kleinere NAS-HDDs (bis 3 oder 4 TB), die längere Lebensdauer und der Stromverbrauch im Betrieb.

- Beispiele von erhätlichen Modellen: Western Digital Red, Western Digital Red Pro, Seagate IronWolf, Seagate IronWolf Pro und HGST (Hitachi Global Storage Technologies Ltd.) Deskstar

- Technische Daten von WD Red und Segate IronWolf im Vergleich gemäss elecfacts (https://www.elefacts.de/test-73-nas_festplatten_wd_red_vs._seagate_ironwolf):

Max. Laufwerke
pro System
KapazitätU/minCacheGarantie
WD Red81-10 TB540064-256 MB3 Jahre
WD Red Pro164-10 TB7200128-256 MB5 Jahre

Max. Laufwerke
pro System
KapazitätU/minCacheGarantie
Seagate Ironwolf81-12 TB5900-720064-256 MB3 Jahre
Seagate Ironwolf Pro162-12 TB7200128-256 MB5 Jahre

MTBFMax. GeschwindigkeitVerbrauch Betrieb
WD Red 10 TB1.000.000 h210 MB/s5,7 W
WD Red Pro 10 TB1.000.000 h240 MB/s5,7 W
Seagate Ironwolf 10 TB1.000.000 h210 MB/s7,8 W
Seagate Ironwolf Pro 10 TB1.200.000 h214 MB/s7,8 W

Gruss

Matthias
 

Holt

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Jünger, "Wirklich schnelle SSDs, vor allem solche mit extrem hoher IOPS-Leistung, können ihre Vorteile praktisch ausschließlich in Servern ausspielen, wo sie viele parallele Anfragen verarbeiten." Das stimmt zwar, aber im Bezug auf die Optane irrt die c't da (mal wieder, wie so oft wenn es um SSDs geht), denn die geringe Latenz des 3D XPoint führt ja gerade dazu was die schon bei QD1 selbst bei 4k pro Befehl sehr viel schneller als jede SSD mit NAND Flash ist und bei QD2 reicht eine Optane 905P die vollen Leistung für die SSDs mit NAND 16 parallele Lesezugriffe brauchen:

optane 905p 1-5tb 4k Reads.png


Das macht sie auch in vielen Desktop- und Workstionanwendungen schneller als als die anderen SSDs, auch wenn die höhere sequentielle Lese- und Schreibraten oder mehr maximale I/O aufweisen. Obendrein gewinnt sie bei parallelen Lese- und Schreibvorgängen:

optane 905p 1-5tb Mixed_Read_Write.png


Und die Optane kennen einen Abfall der Schreibraten durch einen Steady State Zustand, aber vor allem letztere ist wirklich nur für Serveranwendungen relevant, da nur dort wirklich dauerhafte Schreibvorgängen vorkommen dürften:

optane 905p 1-5tb Steaty_State.png
 

juenger

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@Holt - Ja das ist schon klar. Sicher ist die Schwupdizität natürlich besser, das merkt man ja auch zum Teil schon bei unterschiedlichen 2,5 Zoll SATA SSDs. Wenn die hohe Performance gebraucht wird, muß man eben etwas tiefer in die Tasche greifen.

Allerdings war der Performance-Schub egal ob SSD SATA 3Gbs auf 6Gbs oder NVMe Disks für durchschnittliche Anwendungsfälle kaum merkbar. Für Szenarien in denen die Leistung auch entsprechend umgesetzt werden kann, zB große Dateioperationen, hohe IOPS Leistung bei DB-Anwendungen oder ähnlichem natürlich klar. Ob man die Leistung braucht und dafür auch die aufgerufenen Preise entsprechend sinnvoll investiert, ist dann eine persönliche Sache.

Aber wir sprechen dachte ich zumindest, über den Einsatz in einem Gamer- oder Home-PC? Da ist die Diskussion der Steady-State Performance eher akademischer Natur.

Was gut finde, sind NAS (Network Attached Storage / Deutsch: netzgebundener Speicher)-Festplatten.

Besonders hervorzuheben sind hierbei die Preise für kleinere NAS-HDDs (bis 3 oder 4 TB), die längere Lebensdauer und der Stromverbrauch im Betrieb.
Es kommt ganz darauf an, wofür das NAS eingesetzt werden soll. Im Privaten- oder HomeUse-Scenario ist der Stomverbrauch der HDDs im Betrieb eher nebensächlich, da hier die Platten eigentlich die meiste Zeit im Spin-Down/Standby Mode dahinschlummern. Der Stromverbrauch im Idle/Standby könnte hier interessanter sein.
 
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Holt

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für durchschnittliche Anwendungsfälle kaum merkbar.
Ja, denn bei viele der für Heimanwender normalen Anwendungsfällen ist nicht die SSD der Flaschenhals, sondern die CPU. Die Daten die gelesen werden, müssen ja auch verarbeit (z.B. meistens entpackt) werden und der gelesene Programmcode muss abgearbeitet werden. Daher diese Abarbeitung 0,9s und das Lesen nur 0,1s, so kann man nur noch weniger als 10% gewinnen, wenn man diese 0,1s weiter verkürzt. Obendrein cacht Windows wie jedes moderne Betriebssystem die Disk in sonst unbelegtem RAM und RAM ist immer noch am schnellsten.

Das eine Optane 900P/905P für den normalen Heimanwender Oversized ist, darüber brauchen wir nicht zu diskutieren, die kleinen Optane Memory als Cache für Systemlaufwerk lohnt sich auch in seltensten Fällen, da eine als Systemlaufwerk ausreichend große SSD einfach schon billig genug zu haben ist, aber als Cache eines Datenlaufwerks mit den Programmen oder Spielen darauf, macht sie durchaus Sinn. Außer man hat auch da nur eine kleines Laufwerk, dass es bezahlbar ist diese durch eine SSD zu ersetzen. Wobei jeder für sich die Antwort was bezahlbar ist, individuell beantworten muss.
 

juenger

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Das eine Optane 900P/905P für den normalen Heimanwender Oversized ist, darüber brauchen wir nicht zu diskutieren, ...
In vielen Fällen geht es im Privatbereich gar nicht nur darum rational zu entscheiden, da manchmal auch einfach Spaß an der Technik oder andere Beweggründe vorhanden sind. Persönlich würde ich auch gerne so ein Performance-Monster einbauen, allerdings ist "mir persönlich" die "Mehrleistung" den 10-fachen Aufpreis zu einer konventionellen SSD einfach nicht sinnvoll genug. Klar, das muß jeder individuell entscheiden ;)
 

HaZweiOh

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für durchschnittliche Anwendungsfälle kaum merkbar.
Eben, und während Holt immer das Optane-Werbeprogramm mit theoretischen Benchmarks aus der Schublade holt, hat ComputerBase wie gesagt Praxis-Messungen gemacht. Mit dem Ergebnis, dass es dabei praktisch keine Verbesserung gab.

Caching macht auch kaum Sinn, weil man heutzutage gleich 2 große SSDs anschafft und die alten Festplatten weglässt. Ggf. lässt man noch eine im Rechner und schaltet sie nur bei Bedarf ein. Seit ich die letzte Festplatte abgeschafft habe, ist mein PC so leise wie nie zuvor. Falls man unbedingt sich an das Thema "Caching" machen will, kann man das genauso mit einer billigen und sehr viel größeren SATA- oder NVMe-SSD erledigen, womit man weit mehr cachen kann als mit einer überteuerten Optane.

Das ist halt so eine Gradwanderung, die ab einem gewissen Punkt schwierig wird. Wer Ahnung von der Materie hat, wird sich kaum eine technisch unsinnige "Schwanzverlängerung" einbauen, wenn er viel besser sein Haus abbezahlen kann. Ohne einen technischen Nutzen wirkt das irgendwann "albern".

Zu Zeiten des 386ers war das noch kein Thema. Da war jede neue Hardware wirklich so viel schneller, dass die Anschaffung sinnvoll war, nur ist das 33 Jahre her. Es wird jetzt immer öfter Hardware geben, die effektiv keinen Nutzen mehr hat. "8K-Fernseher" sind auch so ein Ding, wo du sehen kannst, wer nur ein Werbe-Opfer ist und wer Ahnung von der Technik hat.
 
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HaZweiOh

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Nur bringt das dem Fragesteller (wie auch jedem normalen CB-Anwender) nichts und man sollte, wenn man ehrlich beraten will, einfach dazuschreiben, dass reine Theorie-Benchmarks (oder die Werbebildchen von Intel) nur theoretischen Charakter haben. Das passiert höchstens auf Nachfrage, falls es kritische Bemerkungen gibt.

Auf die Frage des TE
Somit lohnt es sich nicht Windows und Programme auf eine NVMe-SSD zu installieren?
kam als direkte Antwort:
NVMe bietet geringere Latenzen, aber einen wirklich großen Unterschied gibt es nur bei den Optanes die schnelles 3D XPoint statt NAND Flash als Medium nutzen.
Diese Aussage ist so nicht haltbar, wie unter anderem die Tests auf dieser Seite beweisen.
 
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h00bi

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für was genau benutzt ihr NVMe und Optane/3D-XPoint
Im Zock-PC. Schlicht und ergreifend weil ich Ladezeiten unschön finde und jede Ersparnis ist mit den Aufpreis wert bzw. war mir den damaligen Aufpreis wert (+20% bei 256GB). Besonders wenn es in manchen Games 10-20% kürzere Ladezeiten gibt, da isses mir dann auch recht wenn es in anderen Spielen nichts bringt.

Als kurze Erklärung zum technischen Hintergrund:
NVMe verkürzt quasi die Latenz der Software, weil eben speziell für SSDs optimiert.
3D-XPoint verkürzt die Latenz der Hardware (gegenüber normalem NAND Flash).
Optane SSDs nutzen ja beides, also NVMe und 3D-Xpoint.
 

juenger

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Zu Zeiten des 386ers war das noch kein Thema. Da war jede neue Hardware wirklich so viel schneller, dass die Anschaffung sinnvoll war, nur ist das 33 Jahre her. Es wird jetzt immer öfter Hardware geben, die effektiv keinen Nutzen mehr hat.
Die Leistung der aktuellen Top Hardware kann man als Privatanwender meist nicht mehr umsetzen. Wenn jemand wie Du sagst, ein Haus baut, kauft der sich eher einen Kombi oder einen kleinen Transporter, aber keinen 40 Tonnen Muldenkipper.

Es ist aber seit dem ´386er schon vieles weitergegangen, und gerade in den letzten 10-15 Jahren hat sich sehr viel in dem Bereich "Green-IT" getan. Wenn ich da noch an den Leistungsverbrauch eines P4 3GHz Systems denke, das kaum Leistung hatte, aber gut 100 Watt aus der Steckdose gezogen hat. Der aktuelle Arbeitsrechner (läuft auch als NAS/Fileserver im 24/7 Betrieb) mit I7-3520M CPU, 8GB Ram und 1TB SSD und kommt im Idle/NAS-Modus auf gerade mal 3,9 Watt.
 
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