什么是評價電腦的關鍵指標？CPU、內存、硬盤、顯示卡，這些簡單羅列在產品包裝上的信息勾勒出電腦的基本水平。但是，今天一項新的指標出現(xiàn)了，它將有機會改變電腦配置和心能格局。

內存對于計算機來說始終是一種稀缺資源，上到大型計算機、高性能計算機，小到智能手機、可穿戴設備。數(shù)十年前業(yè)已成型的馮·諾依曼計算機架構，確立了計算和存儲兩者間的關系。更具體一些，負責實質計算的CPU中ALU單元只會從固定的位置（寄存器）獲取數(shù)據，計算結果也只會存在固定位置，而CPU的控制單元（CU）根據指令不斷地將數(shù)據放入或取出，完成了整個計算的過程。實際情況略復雜一些，CU所讀寫的數(shù)據還包括了地址信息，這樣它才知道數(shù)據從何出來或向何處去。和同樣起到緩沖作用、但以減低接口壓力的Buffer不同，Cache是加速內存數(shù)據存取，經過Cache一級一級的映射和預取，內存逐漸接近并匹配千倍于其速度的ALU，計算的瓶頸隨之打破。在整個映射過程中，內存中數(shù)據的地址，并未因映射而改變。

計算機系統(tǒng)中，最常見的內、外存儲結構。

快慢設備的銜接

對于計算機來說，高速和低俗設備之間，對獲取數(shù)據方面的摩擦一直沒有停止過，解決這種數(shù)據沖突的方式也在革新。

以速度最快的ALU為例，與之進行數(shù)據交換的寄存器有著相同速度的寄存器，除去在相鄰周期里循環(huán)存取的時間周期不算，兩者實際上是同頻同步工作的。寄存器有著動輒數(shù)GHz的運行速度，只能集成在離ALU最近的地方，但代價是成本高昂、容量以字節(jié)為單位精打細算，這就是為什么如AVX 2.0中的256位指令/數(shù)據寄存器，英特爾更壕一些，直接放入256位長，而AMD摳門些，旗艦的Ryzen 7 1800X只有128位寄存器，256位數(shù)據需要兩個周期讀入和寫出，性能折損極大。當然，處理器廠商們早已注意到這個問題，n年前就大肆引入Cache結構作為從寄存器到內存的梯級緩沖，用數(shù)量和逐漸提高的速度解決計算單元從內存獲取數(shù)據的性能落差。L1、L2、L3 Cache容量通常為數(shù)十KB、數(shù)百KB和數(shù)MB，對應容量提升一個級別，速度也降低一個級別，以匹配慢速的GB級別內存。為了保證速度，Cache通常會采用SRAM（靜態(tài)隨機內存）制成，而內存雖然用了DRAM速度低了不少，但當年正是DRAM的出現(xiàn)，讓配有64KB DRAM的PC有機會誕生，要知道同容量的SRAM當時價格超過2500美元，而第一臺PC的不過1999美元。

類似的情況也出現(xiàn)在“存儲”設備上，雖然以硬盤（HDD）為代表的存儲設備已經是外設“矬子里面的將軍”，但是它和PC系統(tǒng)之間的性能落差仍然很大，其性能包括了帶寬和響應延遲等兩個維度的速度。于是另一種緩存，Buffer出現(xiàn)了。別看中文都是“緩存”，但是在計算機詞匯中，Cache和Buffer是兩個不同世界的速度，相比多采用SRAM的Cache，Buffer多使用廉價的DRAM以緩解I/O接口兩側的速度不匹配，最常見的情形是Buffer容量作為HDD的重要參數(shù)標識產品檔次。無論是哪種緩沖，都能在響應時間和帶寬上同時匹配兩端性能，兩端都認為對方遷就了自己的性能水準，而沒有察覺到緩沖的加入，此現(xiàn)象就叫透明。

容量與性能的分歧

經過多級緩沖，DRAM的速度已經遠遠落后于CPU，但即便如此，它仍遠遠高于主流的存儲設備。更具體點說，單通道DDR4-2400內存帶寬已近20GB/s、延遲為30ns左右，而容量已突破10TB的HDD，對應的性能水準只略微增長到150MB/s～200MB/s帶寬，延遲則停留在3～4ms（接口）+7～8ms（平均尋道）的10年前水平，明顯不能滿足當下電腦系統(tǒng)的需求。于是這才有了近幾年最有效的升級已經從增加內存變?yōu)榱烁鼡QHDD為SSD。SSD綜合性能較HDD已經有了質的飛躍，主流產品接口帶寬突破1GB/s水平、延遲下降到μs量級，但與之伴隨的就是10倍的價格差異。

無論是容量還是性能，對使用體驗的影響都是顯而易見的。在預算有限的前提下，考慮到時間可以換取性能而容量不行，更多數(shù)消費者都傾向于容量更大而非性能更高，這也就是為何仍有超過85%的臺式電腦選擇HDD作為唯一存儲設備的原因。但凡預算寬裕一些，或者性能的需求稍占上風，雙硬盤就成為更為理想的搭配?，F(xiàn)實是很殘酷的，艱難的預算增加，并不能帶來如一的性能體驗，頻繁使用的數(shù)據固然可以手動放置到SSD中，但是相對較小的容量被占滿后，越是大量的數(shù)據，越會深刻體會到“慢”的熬人，小容量SSD對此無能為力。

能夠彌合電腦與HDD性能落差、解決SSD與HDD容量落差的Optane來了。

外形與如今主流的NVMe M.2 2280 SSD模塊極為相像，但是Optane Memory更為簡潔，表面芯片數(shù)量很少。

從硬盤到傲騰

雖然中文都是一樣的“內存”，但是Memory、RAM和DRAM卻是截然不同的含義。馮·諾依曼架構的內存是Memory，數(shù)據能通過地址索引存儲在上面就可以，而RAM則是落地到計算設備（計算機、手機等）的Memory技術類型，具體的產品是DRAM，對應關系如同外存光盤DVD一樣。即便已經是相對最便宜的類型，DRAM價格仍然高達10美元/GB，是主流外存設備HDD有著100倍以上的價格差距。更致命的是，DRAM是典型的易失性半導體，簡單的說就是斷電就會丟失數(shù)據，不僅需要在通電狀態(tài)下不斷刷新數(shù)據（通過讀操作完成），而且每次加電，都需要重新從外存加載數(shù)據，說白了就是從更慢的硬盤上讀取系統(tǒng)、應用和數(shù)據，這就是為什么硬盤的速度對系統(tǒng)啟動時間的影響最大最直接了。

與內存相對應，外存是容量更大，同時不以內存地址映射表形式保存數(shù)據的存儲器，HDD（硬盤）可謂是我們最熟悉，并且仍然是最主流的外存產品，其存儲邏輯已變?yōu)榉謪^(qū)表索引扇區(qū)的形式，SSD在存儲邏輯上與HDD并無差異，而物理介質上的存儲邏輯有別，另外就是相應延遲更短、數(shù)據持續(xù)傳輸帶寬更高。

對計算機系統(tǒng)來說，它并不“認得”外存，OS（操作系統(tǒng)）起到了很好的“翻譯”作用，將系統(tǒng)發(fā)出的內存訪問需求轉化為硬盤讀寫操作，DOS（Disk Operating System，磁盤操作系統(tǒng)）就是這么來的。計算機并不知道數(shù)據真實存儲在何處，而OS知道，當要訪問的數(shù)據不再內存中時，OS會臨時將其從外存中調入，這個速度只有直接訪問就能獲得數(shù)據的千分之一，在獲得該數(shù)據前計算機只能等待，所有時間被浪費。經過優(yōu)化的OS或驅動程序，可以預判計算機將要求的下一個數(shù)據，從而提前將其裝入內存。至于為什么OS不把所有數(shù)據都裝入內存，以減少數(shù)據等待時間，這還不都是容量不夠、價格高企造成的么。使用高性能SSD能解決從外存獲取數(shù)據速度的問題么？

新的思路

NAND是閃存（Flash）中最主要的類別，具有讀寫耐久性隨制程提升下降、性能隨制程提升下降等固有特性，特別是為了在有限的晶圓（成本）上獲得更大容量，制程和單元結構升級一直沒有停止過，如今NAND已經進入10nm時代、TLC漸成主流，反觀其耐久性艱難維持在2000次左右（TLC剛出現(xiàn)時，耐久性下降到500次），延遲和介質性能改進緩慢。

2015年，英特爾正式發(fā)布了名為3D XPoint的全新非易失性存儲技術，這就是橫空出世的Optane傲騰；與英特爾合作生產相關產品的美光，則將其命名為QuantX。3D XPoint或者說Optane與NAND/NOR等Flash完全不同，而存儲/讀寫原理更接近于內存，延遲、耐擦寫性、介質速度等幾個關鍵指標也優(yōu)于NAND幾個數(shù)量級，未來發(fā)展?jié)摿薮?，英特爾的目標是用其擴大僅有5%左右的SSD市場份額。技術已經發(fā)布一年多的3D Xpoint，終于以Optane（傲騰）的產品形式落地了。非易失性和性能方面優(yōu)勢，使其可在計算機系統(tǒng)中扮演多種甚至是任何存儲角色：內存、存儲和緩存，分別對應Optane DIMM、Optane SSD和Optane Memory等3類產品，從而改變整個計算機存儲發(fā)展進程。目前后兩類產品已經上市。

姑且不論面向企業(yè)級高性能存儲市場的Optane SSD和暫未推出的Optane DIMM，先來說說解決PC外存性能不足問題的第三種產品形式Optane Memory。

Optane Memory是夾在內存（DRAM）和外存（HDD）中的“勸架人”，又是OS處理數(shù)據訪問需求的好幫手，它情商頗高，三頭都喜歡它，內存和外存都愿意與它交換數(shù)據，OS對它管理外存的能力非常放心。而在Optane Memory誕生之前，內存總是埋怨外存“太肉”，而外存則抱怨內存對它呼來喚去都快累死了，OS經常里外不是人。

3D XPoint的性能定位

Optane Memory憑什么讓大家都喜歡它？這還要從它的身世說起。今天的計算機，特別是PC核心的性能瓶頸已經從CPU、內存轉移到外存，更高頻率的CPU、更大容量的內存，只能解決有限的數(shù)據問題，一旦牽扯到更大量的數(shù)據，就必須和慢吞吞的外存打交道。甚至在越來越多的實際應用中，更大的內存拖累了PC的性能體驗。舉例來說，當OS獲知有4GB內存時，它會調用較少的2GB數(shù)據，100MB/s讀寫性能的HDD需用時20s；而當內存增至8GB，OS會允許調入6GB數(shù)據，需讀取數(shù)據60s，PC等待時間變長、體驗變差。好在這只是個比方，現(xiàn)實中的OS沒有那么不濟，可以在數(shù)據部分調入內存后就允許CPU還是工作，極端情況下已經處理的數(shù)據回寫與讀取數(shù)據的沖突才更令人撓頭。

Optane Memory恰好出現(xiàn)在這個位置。它本質上是一種緩存，在英特爾RST（Rapid Storage Technology）驅動幫助下，它可以協(xié)助OS將HDD上的頻繁訪問數(shù)據預讀到自己內部，等待OS隨時發(fā)號將數(shù)據裝入內存的施令。Optane Memory采用了全新的存儲介質，是比NAND更為理想的緩存材料，響應時間為ns級別、速度是GB/s級別，均比高性能SSD高一個數(shù)量級以上，以接近甚至達到DRAM的水平，可謂一呼即應。目前Optane Memory模塊已推出16GB和32GB兩種容量，能夠輕易做到兩倍于主流電腦DRAM容量的水平，再也不用擔心512MB或1GB的TurboMemory模塊上所出現(xiàn)的數(shù)據量不夠內存用的問題，對DRAM來說，由它所供給的數(shù)據可謂源源不絕。同時，Optane Memory與DRAM的特性相同，支持多任務并行操作，在不斷喂飽DRAM的同時還能從HDD繼續(xù)讀取數(shù)據或將數(shù)據寫回HDD，這個能力可謂是HDD技術發(fā)展幾十年來夢寐以求的能力。對HDD來說，Optane Memory既遷就了它的低速、“同意”用時間換總量，又擋住了嚴重影響用戶體驗和小數(shù)據頻繁讀寫，對延長壽命、降低功耗頗有貢獻。

與DRAM和NAND存儲技術相比，3D XPoint可謂兼得兩者之優(yōu)勢。

新性能指標

如今，對尋求性能的PC來說，配備SSD是相當不錯的選擇，但與此同時，容量和價格的問題困擾著它完全取代HDD，在預算允許的情況下，SSD+HDD的雙盤方案成為可能。然而，從整體PC配備的硬盤情況來看，雙盤的比例恰恰最低，從金錢到管理，成本問題是最大的障礙；使用集成NAND模塊為HDD加速的SSHD產品配備率也不高，產品選擇少、性能提升有限等因素是主要制約。對更多用戶來說，單盤仍然是主要選擇，而其中單HDD攜容量和成本優(yōu)勢占據85%的份額。

Optane Memory很有可能改變這一市場格局，甚至成為實質拉動存儲性能上新臺階的推手。在SSD價格不跌反漲的當下，Optane Memory可以讓數(shù)TB容量的數(shù)據達到甚至超越SSD的性能表現(xiàn)，同價格情況下，SSD只有100GB量級的容量?；氐絼偛帕粝碌陌?，除了局促的容量難以令SSD發(fā)揮出最佳性能，SSD在計算機系統(tǒng)邏輯中仍舊是外存設備，其上存儲的是文件，但是Optane Memory在RST的幫助下，已經將HDD上的文件整理為內存直接可用的數(shù)據塊，在系統(tǒng)調用時直接減少了數(shù)據轉換的過程，對數(shù)據的訪問響應更快至DRAM水平。

更具意義的部分在于，Optane Memory性能是如此出色，竟還被OS當作硬盤使用。當開啟虛擬內存功能時，內存鏡像要暫存至HDD，這個功能雖緩解了系統(tǒng)內存不足問題，但HDD太慢，動輒過GB虛擬內存頁的讀寫交換過程嚴重影響體驗。Optane Memory在此時變身為影子HDD，帶來數(shù)十倍的速度提升，變相增加了系統(tǒng)內存容量，形成了類似Xeon平臺+Optane SSD才能做到的內存池（Memory Pool）特性，即DRAM+Optane Memory（虛擬內存形式）。這也可以解釋為何在實際測試中，4GB內存+16GB Optane Memory的系統(tǒng)比配備8GB內存的HDD系統(tǒng)性能更為出色了。

如今，主流PC的內存容量不過8GB～16GB，數(shù)百元的Optane Memory就能帶來數(shù)千元內存才能做到的32GB～64GB內存性能和應用能力，更有本職工作——加速HDD，真可謂以小博大的經典呀。

和高端SSD相比，Optane Memory沒有性能方面的優(yōu)勢可言，但是，不要忘了，它可以讓HDD達到紅線的水平，單HDD只有它1/10的性能。

Optane帶來哪些改變

對PC來說，Optane三種不同形態(tài)的產品中，傲騰內存（Optane Memory）是來幫助“后進”分子的。在如今的PC中，存儲“當仁不讓”地拖了整個系統(tǒng)的后腿，曾經最有效的性能提升手段，已經從增加內存變?yōu)樘砑覵SD。但是在預算有限的情況下，系統(tǒng)所添加的SSD并不能滿足現(xiàn)實需要，比性能更凸顯的矛盾是容量。

包括此前英特爾自己推出的TurboMemory在內，雙硬盤（獨立）或者混合硬盤（加速）方案，都是面向預算充足的中高端系統(tǒng)，而面對預算有限的PC提供有效的加速方案方面就略顯不足。Optane Memory首先改變了產品定位，從再加速轉變?yōu)榧铀?。另外，不得不提的是，混合加速方案的軟件平臺Windows ReadyDrive早已非常成熟，但是對應的硬件方案，無論是TurboMemory+HDD還是SSD+HDD都已經被實質淘汰，即實際使用率或配置率極低，容量不足以及SSD如何在中高端筆記本電腦上普及，是前者推出市場的主要原因，而SSD性能本身的短板，則是混合方案失敗的主因。

Optane Memory延續(xù)了混合硬盤的解決方案，而且從性能指標上并不比NVMe接口的高端SSD更出色，它憑什么改變PC的生態(tài)呢？在很多測試中，Optane Memory被拿來與消費級高端的三星960Pro/Evo、英特爾600p/6000p進行比較。以定位相對較低的英特爾600p系列產品為例，容量僅有16GB/32GB的Optane Memory讀性能超過最小容量的600p，而I/O能力也在其之上，甚至讀I/O性能大幅領先。同時，英特爾公布的讀/寫延遲時間也顯示，Optane Memory僅在?s量級，而3D NAND普遍在10ms水平，相差千倍！當然，更高端的Pro 6000p以及三星的960Pro/Evo在I/O性能方面的提升更為顯著，實際測試也反映出它們完全在另一個境界。

低延遲的特性特別有利于提升用戶使用體驗，而高I/O能力更是彌補了HDD的不足，反而是數(shù)據傳輸速度成為相對次要的參數(shù)。

從成本投入角度來看，三星960全系起始容量已在256GB水平，價格近千元；能夠達到379元/44美元價位的SSD，只能是性能半殘的三星XP941級別產品，而容量最小的600p比32GB Optane Memory價格更高、性能略低，選擇起來似乎并不難。

性能助推器

在開始分析Optane Memory的性能分析之前，首先要給大家看的是其性能表現(xiàn)。以上測試的平臺為Core i5-7600、4GB、希捷ST500DM002 500GB機械硬盤。其中這可HDD轉速為7200r/min、16MB緩存、單碟500GB，125MB/s的平均讀寫速度，可真算不上高水準。

HDD性能真的就如此了，125MB/s不高不低的指標。

然而在實際測試中，無論Optane Memory容量是16GB還是32GB，整個系統(tǒng)的磁盤性能全部以Optane Memory的性能水平示人！完全沒有1xxMB/s的贏弱表現(xiàn)。而且在測試中，Optane Memory的測試成績極為接近甚至略高于標稱水平，這是在以往的HDD或SSD測試中從未有過的，通常受數(shù)據壓縮和接口延遲影響，幾個主流的硬盤仿真測試軟件出來的成績，會低于標稱水平5%～10%，都是正常的，標稱性能往往只有在IOMeter這樣的純粹測試中達到，看來英特爾的數(shù)據標稱還是非常保守的。

是否負擔HDD性能優(yōu)化工作，對Optane Memory的讀寫速度層面的性能影響幾乎沒有，相對顯著的影響在4K文件的讀性能上，性能分水嶺則是讀取文件的容量：超過Optane Memory的容量，則讀性能被拉低，而不超過則幾乎無影響。究其原因，與Optane Memory的緩存機理有密切關系，而同理，寫性能也會受到相應的影響，但目前無論是測試軟件還是主流應用，都罕有一次性寫入數(shù)據量超過16GB的，至少你得有16GB以上很多的內存，才有一次性寫入這么多數(shù)據的可能。至于性能被拉低的程度，則和被讀取數(shù)據的類型、數(shù)據塊大小密切相關，總體來說越細碎負面影響越大，因為這樣更會將HDD的I/O的瓶頸凸顯。在此前SSD使用ReadyDrive加速HDD的測試中，存儲系統(tǒng)的讀寫性能也被拉升，但是提升幅度遠不能達到SSD原本的性能表現(xiàn)，SSD本身I/O性能缺陷和延遲較大的不足，在這樣的方案中被放大——OS大量細碎緩沖讀寫模式，正好“發(fā)揮”了SSD的4K能力、耐久性的劣勢。

另一組開啟或關閉Optane Memory系統(tǒng)緩沖功能的測試對普通用戶更有意義，它代表著裝備Optane Memory所能帶來的直接體驗改善。

關于起動時間，無論是應用軟件還是系統(tǒng)，用戶對其起動時間的感受最為直接，Optane Memory的加入可謂將HDD瞬間變?yōu)镾SD，而且一次性讀寫數(shù)十GB數(shù)據的應用非常罕見，Optane Memory所帶來的幾乎就是全盤（HDD）無縫的性能優(yōu)化，這一效果是SSD+HDD的雙盤模式無法企及的。

目前，Optane Memory 16GB版本價格已出，為379元，32GB版本價格預計不會超過700元。單就對PC性能的幫助來說，動輒數(shù)百GB甚至數(shù)TB的SSD級別存儲，可謂從地飛到天，使早已脫離摩爾定路的存儲回歸正軌。

何種姿態(tài)示人

不過，落回現(xiàn)實市場，消費者對新的Optane Memory接受起來可不是朝夕之事。即便是被市場快速認可的SSD，也初期產品I/O性能不足、與DOM（Disk On Module）/存儲卡性能差距不大，以及可靠性被質疑許久，直到SATA 3Gb/s接口之后，性能被更大限度地發(fā)揮出來，質疑的聲音才淡去。無論是外觀、接口還是特性，Optane Memory太像SSD（M.2模塊）了，這雖然便于其普及，但沒有卓然于高端SSD的表現(xiàn)，極易陷入與高端SSD比性能、與低端SSD比價格的尷尬境地。而在消費者更為敏感的容量方面，固然可以用加速HDD的方式證明其價值，也有著成熟的RST驅動及ReadyDrive接口，但是絕大多數(shù)配備雙硬盤的用戶仍在使用兩個獨立盤的模式，你在說加速的時候人家再說容量、簡單和價格。

如今，英特爾為Optane Memory定下的市場策路是暫時僅支持200系列芯片組+七代酷睿。購置這樣配置的用戶目前定屬高端，預算充裕，最少120GB SSD的配置，16GB/32GB的Optane Memory很難打動他們，而真正期待Optane Memory特性的升級用戶卻只能眼巴巴看著。當時間把200系列芯片組打到入門級，Optane Memory的機會能更多些。

當然，很快Optane Memory將進一步拓展其應用領域，除了臺式電腦及其延伸的一體電腦、NUC等細分領域產品外，筆記本電腦及老平臺也將有可能收益與它。不過話說回來，這還是要看英特爾推進Optane Memory有多迫切，這是個市場問題。