Optane: ускорение, перестройка, гласность

05 Окт 2018

Гибридная технология внедрения Intel Optane в под­сис­те­му хра­не­ния дан­ных ста­ла по­пыт­кой при­ну­дить жить по об­щим за­ко­нам сам NVMe-ус­ко­ри­тель и со­пря­жен­ное с ним SATA-уст­ройст­во. При этом быст­рый SSD на PCIe-ши­не те­ря­ет в про­из­во­ди­тель­нос­ти, а мед­лен­ный жест­кий диск – в ста­биль­нос­ти. На этом, по­хо­же, и за­кон­чит­ся по­пыт­ка впрячь в од­ну те­ле­гу ко­ня и тре­пет­ную лань.

Optane как твердотельный накопитель

Установив в слот M.2 ускоритель Intel Optane MEMPEK1W016GAXT объемом 16 гигабайт (в дальнейшем – Optane 16 GB), мы получаем доступ к нему, как к обычному NVMe-устройству. Такое применение для него сегодня не­ра­ци­о­наль­но. Емкость накопителя явно недостаточна, а трафик к нему ограничен PCI Express x2. Предположительно, это максимум того, на что способен интерфейсный чип AHT52W42 неизвестного происхождения.

Кроме него на плате устройства Optane 16 GB есть еще схема питания, где трудится Richtek RT5064A. При работе оба чипа слегка греются. С помощью утилиты NIOBench оценим, на что расходуется энергия:

Результаты измерений в режиме Unbuffered native отражают производительность устройства при выполнении чтения, записи и копирования файлов функциями ОС API. Влияние буферизации, кэширования и отложенной записи минимизировано. На физическом уровне, процесс доставки данных реализуется средствами DMA (bus master) функциональности NVMe-устройства.

Поддержки механизма DAX, позволяющего включать фрагменты запоминающей матрицы в адресное про­ст­ран­ст­во процессора, в исследованном устройстве не обнаружено. Именно такой тип доступа позволяет в полной мере раскрыть потенциал энергонезависимой памяти Intel Optane. А пока что она, основанная на запоминающих эле­мен­тах 3D XPoint, демонстрирует только завидную стабильность, подмеченную еще у модели Intel 900P.

В отличие от нее архитектура NVMe-ускорителя не содержит собственного BIOS (Option ROM), следовательно, его поведение должно подчиняться индустриальному стандарту, нормирующему программную модель PCIe-уст­ройст­ва.

Ничего особенного в программной модели Optane 16 GB нет, если не считать формального присутствия Capability-структуры Alternative Routing ID interpretation (ARI), функциональность которой в данном накопителе недоступна: поля статуса и управления обнулены.

Optane как ускоритель магнитных дисков

Использовать по назначению Optane 16 GB можно только на платформах, готовых к этому. Есть три условия: про­цес­сор, системная плата и UEFI BIOS должны быть Optane Ready, т.е. содержать пункт управления технологией Intel Rapid Storage.

Для платы ASUS Prime B360-Plus с процессором Intel i5-8400 понадобилось обновление UEFI BIOS до Rev.0904. Он разобрался в ситуации еще на этапе POST:

В CMOS Setup реализуем свою затею в меню PCH Storage Configuration. Для этого статус SATA‑контроллера ус­та­нав­ли­ва­ем в состояние Intel RST with Intel Optane, что приводит к появлению дополнительного пункта меню (в ре­жи­ме AHCI его нет, он динамически создается при изменении этой установки): M.2 PCIe Storage Raid Support. Для пе­ре­хо­да в режим ускорителя выбираем RST Controlled.

Перезагружаемся. Получаем неработоспособную операционную систему Windows 10/64k с одиозным сообщением Inaccessible Boot Device – программная модель контроллера внешних запоминающих устройств изменилась кар­ди­наль­ным образом. Разрулить эту ситуацию операционная система самостоятельно не может.

В операционной

В нашем эксперименте операционную систему пришлось инсталлировать заново. Наверное, су­щест­ву­ют си­ту­а­ции, когда можно обойтись без столь радикальных мер, но для продвижения Optane 16GB все равно это не­хо­ро­ший симптом.

Запуск процедуры кэширования дисковых операций осуществляется в программном продукте от Intel, под­дер­жи­ва­ю­щем технологию Rapid Storage.

Если в системе несколько кандидатов на ускорение, все равно данные кэшироваться будут только на одном из них. Возможно ли больше одной пары «Optane↔SATA»? Это вряд ли.

Перезагрузка неотвратима.

Optane как часть RAID-массива

После перезагруки, связанной с переключением в режим кэширования, контроллер SATA AHCI, устройство NVMe, а также обслуживающий его мост PCI Express, исчезают из конфигурационного пространства. В системе по­яв­ля­ет­ся RAID-контроллер проприетарной реализации, функциональность и совместимость которого, вызывают ряд во­про­сов.

В частности, согласно спецификации PCI Express, в блоке конфигурационных регистров устройства, по адресному смещению 100h должен находиться связанный список, так называемый PCI Express Extended Capabilities List, де­кла­ри­ру­ю­щий опционально поддерживаемые технологии. Проанализировав дамп, нетрудно заметить, что по ука­зан­но­му адресу неожиданно обнаруживается регистровый блок моста PCI Express, исчезнувшего при пе­ре­клю­че­нии в режим кэширования и обеспечивающего доступ к устройству Intel Optane.

RAID-контроллер неизвестной организации становится ширмой для обслуживания неочевидной организации массива, ускоряющего работу «медленного» HDD. Вместо унифицированной высокопроизводительной NVMe-архитектуры наблюдаем «черный ход» к устройству? В обеспечение максимальной совместимости кэширования преимущества NVMe-модели пришлось принести в жертву? Ведь оба устройства – объекты SATA RAID-массива. При всем желании невозможно было бы привести к общему знаменателю в виде NVMe-подсистемы два уст­рой­ст­ва, одно из которых SATA-диск.

Выводы

Если продукт выпускается, значит это кому-нибудь нужно. Подключение NVMe-ускорителя способно улучшить по­тре­би­тельские характеристики системы, использующей SATA HDD в качестве загрузочного устройства. Оче­вид­но и то, что объединение кэширующего SSD и кэшируемого HDD в своеобразный RAID-массив по определению не может быть безупречным с точки зрения, как функциональности, так и технической эстетики.

Как поступит потребитель, имея альтернативу в виде установки ОС на «полноценный» NVMe SSD? Пусть на этот вопрос читатель ответит самостоятельно...

Теги: