2017年1月4日，英特爾正式解禁了最新的第七代智能酷睿處理器家族全系新品，加上早前NVIDIA推出的GTX 10系獨(dú)顯，電腦產(chǎn)品硬件迎來又一次全面更新。從我們的測試以及網(wǎng)絡(luò)上普通用戶相繼發(fā)出的個人測試結(jié)果來看，英特爾第七代酷睿處理器相對于第六代處理器而言，在跑分性能上提升幅度并不大。不過這并不是說第七代酷睿就是徹頭徹尾的“擠牙膏”一代。

　　其實(shí)相對于紙面跑分性能的表現(xiàn)，英特爾在第七代酷睿平臺底層上做了較大幅度的優(yōu)化，包括架構(gòu)、指令集等方面。因此我們其實(shí)可以這樣認(rèn)為：雖然Kabylake與Skylake同樣都使用了14nm工藝制程，跑分差異也并不大，但Kabylake是更為先進(jìn)的14nm工藝制程，整體的能效比更為出色。

　　不過，相對于處理器性能而言，筆者對于與七代酷睿同行而來的“Optane內(nèi)存”更感興趣。同時，筆者個人認(rèn)為第七代酷睿與200系芯片組最大的驚喜，也來自于對Optane的支持。

　　在2017年1月4日的發(fā)布會上，英特爾正式公布了Optane的中文名稱——閃騰。那么Optane到底是什么？它的基本技術(shù)原理是怎樣的？相對于以往的存儲介質(zhì)來說有哪些優(yōu)勢呢？接下來，筆者將用最容易被大家理解的語言，來揭開Optane的秘密。

　　打破NAND瓶頸 存儲進(jìn)入3D時代

　　其實(shí)早在2015年8月份的舊金山IDF 15上，英特爾就公布了Optane。但當(dāng)時并未強(qiáng)調(diào)Optane，而是以O(shè)ptane的核心技術(shù)3D Xpoint為主要切入點(diǎn)來向媒體以及用戶做出展示的，因此要想搞懂Optane是什么，首先要明白Optane核心的3D Xpoint技術(shù)是什么？

　　我們都知道，以往PC體驗(yàn)主要受制于處理器性能，尤其在奔騰、賽揚(yáng)時代最為明顯。而到了酷睿時代，隨著處理器性能不斷飛躍，影響PC整體體驗(yàn)的瓶頸從處理器逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)存、硬盤這樣的存儲介質(zhì)。這就是為什么老處理器平臺機(jī)器加個內(nèi)存條、換塊固態(tài)硬盤就能再戰(zhàn)五年的主要原因。

　　因此，如今電腦性能的提升，已經(jīng)從以往的“升級處理器”轉(zhuǎn)向了“升級內(nèi)存與硬盤”。不過，即便是同等規(guī)格下的內(nèi)存與硬盤也存在性能上的高低差異，想要進(jìn)一步突破瓶頸，就需要推出更加先進(jìn)的存儲技術(shù)。Optane所使用的3D Xpoint技術(shù)，就是為此而生。

　　時下，內(nèi)存與固態(tài)硬盤所使用的都是NAND閃存，想要在此基礎(chǔ)上去不斷提升性能變得越來越困難，所以需要全新的閃存技術(shù)來實(shí)現(xiàn)性能的突破，3D Xpoint就是針對NAND閃存瓶頸而打造的全新技術(shù)。總結(jié)為一句話就是：NAND閃存性能提升難以突破之后，3D Xpoint的出現(xiàn)為性能再次飛躍帶來了可能。

　　別不在乎 它是未來電腦性能飛躍的關(guān)鍵

　　那么3D Xpoint技術(shù)的原理是什么呢？為什么能夠完成NAND閃存所不能完成的任務(wù)呢？首先要明白的是，3D Xpoint是一種改變傳統(tǒng)閃存架構(gòu)的技術(shù)，本質(zhì)上并不是一種單純通過提升閃存存取速度來達(dá)到性能提升的技術(shù)。這就像處理器性能提升過程中，除了暴力拉升主頻之外，對底層架構(gòu)優(yōu)化也能夠達(dá)到性能提升一樣，3D Xpoint技術(shù)就是一種全新的閃存架構(gòu)技術(shù)。

　　那么有朋友就要問了，3D Xpoint架構(gòu)與傳統(tǒng)的NAND閃存架構(gòu)有何不同呢？這里我們不妨以比喻的方式來進(jìn)行說明，這樣會更好理解。首先我們假設(shè)有一個占地20000平米土地的小鎮(zhèn)，鎮(zhèn)子里起先有2000個人。在3D Xpoint出現(xiàn)之前，鎮(zhèn)子里的人都住在平房里，那么這時候每個人所攤的面積只有20000÷2000=10平米。大家可以想像一下10平米的空間得是有多擠。

　　面對這種狀況，小鎮(zhèn)領(lǐng)導(dǎo)班子經(jīng)過研究請來了一位設(shè)計師和一個施工隊(duì)，力求解決小鎮(zhèn)居民們現(xiàn)在這種擁擠的狀況。于是設(shè)計師設(shè)計出了一幢足夠容納2000人的大樓，而施工隊(duì)則將原本的平房都推到，迅速蓋起了設(shè)計師設(shè)計出的大樓。這幢大樓的占地面積必然要比原本的大片平房占地面積小很多，但卻容納了原有的2000人。

　　說到這里相信大家已經(jīng)明白了吧？沒錯！3D Xpoint就像它的名字“3D”一樣，是一種立體化的閃存架構(gòu)。3D Xpoint技術(shù)其實(shí)就是將原本平面化的NAND閃存結(jié)構(gòu)變成了立體結(jié)構(gòu)，在這樣的立體結(jié)構(gòu)里，存儲容量不再單純受芯片平面面積大小的影響，因此同樣的芯片面積上可以容納更大的數(shù)據(jù)吞吐量。

　　此外，領(lǐng)導(dǎo)班子請來的這位設(shè)計師和施工隊(duì)，就是這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計者和開發(fā)者——英特爾與鎂光。所以我們也就明白了，英特爾推出的基于3D Xpoint技術(shù)的Optane內(nèi)存與Optane固態(tài)硬盤，實(shí)質(zhì)上就是全新的3D存儲介質(zhì)。

　　引入新架構(gòu) 數(shù)據(jù)吞吐更高效

　　3D Xpoint是一種立體化的存儲技術(shù)，它看起來與同為3D設(shè)計的TLC NAND技術(shù)相似，但其實(shí)本質(zhì)卻不同，3D Xpoint并不單純是NAND，而是一種新的存儲介質(zhì)，并且是一種新的非易失性存儲技術(shù)。從架構(gòu)設(shè)計上看，它與FlashTec NVRAM加速卡有些近似，用RAM作為緩存，提高訪問速度，同時用NAND作為存儲介質(zhì)。因此，3D Xpoint在速度上有優(yōu)勢，同時又具有非易失性存儲的優(yōu)點(diǎn)。

　　然而看到這里可能懂行的朋友就會說了，“這不就是之前各家都推過的3D內(nèi)存嗎？有啥可吹的？”雖說3D Xpoint同樣是一種3D閃存，但此3D并非彼3D，二者之間還是有較大差異的。我們還是以比喻的方式來說明。

　　普通3D閃存是一層地建一層平房，之后通過多層地面堆疊構(gòu)成3D閃存，但本質(zhì)上房子還是平房。而3D Xpoint是在一層地上就建了很多幢大樓，并且蓋完大樓還能堆很多層地，然后再建大樓，與平房比起來，自然是樓房單位面積內(nèi)的容量更大，孰優(yōu)孰劣顯而易見。那么英特爾的3D Xpoint技術(shù)在架構(gòu)方面有怎樣的特性呢？為什么能夠被稱為革命性的架構(gòu)轉(zhuǎn)變呢？

　　其一，高效的交叉陣列結(jié)構(gòu)。3D Xpoint讓存儲變得立體化，那么在立體化的空間里排布存儲單元就與在平面里排布有所不同?；?D Xpoint技術(shù)的存儲介質(zhì)中，通過垂直導(dǎo)線連接著多達(dá)1280億個密集排列存儲單元，每個存儲單元存儲一位數(shù)據(jù)，立體化讓結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，而借助這種緊湊的結(jié)構(gòu)就可以獲得高性能和高密度位。

　　這么說可能大家不太明白，我們還是以比喻的方式對上面一段文字做個解釋：設(shè)計師英特爾先生在設(shè)計好小鎮(zhèn)大樓之后，覺得如果還是按照傳統(tǒng)的走廊式設(shè)計，那么住在這幢大樓里的2000人串門會很不方便。于是英特爾先生瞬間被哆啦A夢附體，給每個房間都裝了無數(shù)個任意門，而這些任意門可以讓大樓里的居民們直通樓里的任何一個房間，這樣的話有人想串門時就會方便、高效的多了。

　　這就是3D Xpoint技術(shù)的交叉陣列結(jié)構(gòu)。它可以讓大樓里（存儲介質(zhì)）的每一個居民（存儲單元里的一位數(shù)據(jù)）之間的聯(lián)系變得更加緊密高效，數(shù)據(jù)的吞吐變得迅捷自由，交叉陣列結(jié)構(gòu)的高效性就在這里。

　　其二，存儲單元可堆疊。交叉陣列結(jié)構(gòu)讓數(shù)據(jù)的吞吐變得迅捷、高效，然而如果數(shù)據(jù)容量無法得到保證的話，這種高效吞吐又會失去意義。在單個文件容量越來越大的今天，存儲介質(zhì)在提升速度之外，當(dāng)然還要重視容量的提升。因此，3D Xpoint技術(shù)還允許存儲單元被堆疊到多個層中，這樣就可以有效提升存儲介質(zhì)的容量。

　　目前，現(xiàn)有的技術(shù)可以使集成兩個存儲層的單個芯片存儲128Gb數(shù)據(jù)，而未來，通過改進(jìn)光刻技術(shù)、增加存儲層的數(shù)量，其系統(tǒng)容量可以獲得進(jìn)一步的提升。那么“存儲單元堆疊”是啥意思呢？接下來我們再以比喻的方式為大家進(jìn)行解讀：允許存儲單元堆疊，就可以在有限的面積內(nèi)增大存儲容量。所以我們回到英特爾先生設(shè)計的大樓所在的這個小鎮(zhèn)子中來。

　　在當(dāng)初英特爾先生設(shè)計大樓時，小鎮(zhèn)常住居民只有2000人，于是設(shè)計一幢大樓就可以容納下這些人，但小鎮(zhèn)的實(shí)際面積有20000平米，一幢大樓占地面積顯然不可能有20000平米這么多，這樣如果只蓋一幢大樓的話，那么其它“土地”就完全浪費(fèi)了。因此英特爾先生開始考慮是不是要把剩余的土地利用起來，以求利益的最大化。

　　于是，英特爾先生與鎂光施工隊(duì)一合計！就又在這20000平米的土地上蓋了更多的房子，然而土地都被用來蓋房子了，小鎮(zhèn)里的道路問題怎么解決呢？頗富想象力的英特爾先生并未采用傳統(tǒng)的地面道路建設(shè)方案，而是把每一幢大樓通過任意門相互打通，使新加入的居民和老居民之間能夠任意進(jìn)出每一幢大樓的每一個房間。

　　這就是存儲單元堆疊與交叉陣列結(jié)構(gòu)同時存在于3D Xpoint技術(shù)里的原由，不僅每一幢樓里的住戶們之間能夠自由“串門”，樓與樓之間的住戶們同樣可以自由“串門”。技術(shù)呈現(xiàn)出來的效果就是：既能夠擴(kuò)大存儲容量，又能夠通過交叉陣列結(jié)構(gòu)提升數(shù)據(jù)吞吐速度。

　　加入新模塊 高效又長壽

　　其實(shí)明眼人都能看得出來，之前我們所說的交叉陣列結(jié)構(gòu)與存儲單元堆疊都是為了小鎮(zhèn)“住戶”來考慮的，小鎮(zhèn)住戶的身份其實(shí)就是數(shù)據(jù)存儲。但內(nèi)存與硬盤不只是涉及到“存儲”這個概念，訪問與讀取也是很重要的。存儲快了，但是訪問、讀取慢了的話，內(nèi)存、硬盤性能還是上不去，蓋那么多大樓、開那么多任意門豈不是白白浪費(fèi)了？

　　引入選擇器提升效率 延長壽命

　　所以英特爾在3D Xpoint技術(shù)中又引入了選擇器。我們知道，在NAND閃存中，數(shù)據(jù)是以位（bit）的方式保存在Memory Cell中，一個Cell存儲一個bit，這些Cell或8個或16個為單位，連成bit line，而這些line組合起來會構(gòu)成Page，NAND閃存就是以頁為單位讀寫數(shù)據(jù)，以塊為單位擦除數(shù)據(jù)，同時按照這樣的組織方式形成三類地址：Block Address、Page Address以及Column Address。對于NAND閃存來講，地址和命令只能在I/O上傳遞，數(shù)據(jù)寬度只有8位。

　　3D Xpoint中的選擇器就是為了解決這些瓶頸而被“請”來的。我們先看看其原理：存儲單元通過改變發(fā)送至每個選擇器的電壓，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問、寫入或讀取，相對于NADN閃存通過尋址方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問、寫入、讀取或擦除的方式，3D Xpoint效率更高。此外這樣做的好處不僅消除了對晶體管的需求，同時也在提高存儲容量時能夠降低成本。因此3D Xpoint是一項(xiàng)既能夠提高存儲介質(zhì)速度、性能的技術(shù)，同時又是一項(xiàng)能夠降低存儲介質(zhì)成本的技術(shù)。

　　不明白？沒關(guān)系，我們還是以比喻的方式對此進(jìn)行說明：設(shè)計師英特爾先生與鎂光施工隊(duì)在小鎮(zhèn)上的開發(fā)，讓原本只有20000平米的小鎮(zhèn)擁有了一個高樓連著高樓的超大規(guī)模住宅區(qū)，目測一下似乎住個200000人也不成問題了。但尷尬的是，這個小鎮(zhèn)原本的常住居民只有2000人，那另外那些空著的房子怎么辦呢？

　　于是英特爾先生與鎂光施工隊(duì)狼狽為……呃，再次合作，合伙拓展旅游事業(yè)。他們將空置的房間改成旅館，租給來來往往路過這個鎮(zhèn)子的游客。但是游客們都想住在采光好、視野好的房子里，所以時間久了這些房間就會因過度使用而出現(xiàn)問題。

　　面對這樣的尷尬，英特爾先生和鎂光施工隊(duì)又想出一個游客管理辦法：讓游客們輪流使用所有房間。這樣就不會出現(xiàn)一個采光好、視野好的房子經(jīng)常被光顧，卻因過度使用而損壞甚至垮塌的悲劇。

　　說到這里可能大家明白了，選擇器的主要作用就在于，它可以合理有效的調(diào)控數(shù)據(jù)存儲位置，并且讓數(shù)據(jù)不單單只呆在一個地方，通過這種動態(tài)、隨機(jī)的分配機(jī)制，可以讓存儲單元有更高的有效利用率，同時也能夠讓訪問、寫入、讀取、擦除變得更高效，此外整個存儲介質(zhì)的壽命也會變得更長。

　　如果說交叉陣列結(jié)構(gòu)是為數(shù)據(jù)蓋了一棟大房子，而存儲單元堆疊讓這棟大房子更具規(guī)模，那么選擇器在其中所起的作用，就是合理有效的調(diào)動這片大規(guī)模房屋中的數(shù)據(jù)，讓它們變得更易訪問、更快速的讀寫。

　　引入快速切換單元 提升效率

　　然而，面對超大量的數(shù)據(jù)吞吐，如果僅憑借選擇器的話，效率還是有所掣肘，畢竟“一個人”的力量是有限的，一個選擇器也無法解決所有問題。因此3D Xpoint中還引入了“快速切換單元”。通過快速切換單元，選擇器就像開了掛一樣，其高效性就會被徹底激發(fā)出來。

　　我們還是先來了解一下基本的原理：基于3D Xpoint技術(shù)所打造的存儲介質(zhì)，會憑借更為小尺寸的存儲單元，快速切換選擇器、低延遲交叉點(diǎn)陣列以及快速寫入算法，讓每一個成員始終處于高效的工作狀態(tài)中，而避免有的忙有的閑這樣的情況發(fā)生。在這種情況下，存儲單元能夠以高于目前所有非易失性存儲技術(shù)的速度切換其狀態(tài)。這是3D Xpoint技術(shù)提升存儲性能的秘訣所在。

　　還是沒看懂？別急，來來來，讓我們再回到小鎮(zhèn)中來。其實(shí)很多人從來沒有見過英特爾先生和鎂光施工隊(duì)這樣的蓋房子方法，于是慕名而來參觀的游客越來越多，同時也想體驗(yàn)一下小鎮(zhèn)的生活。這雖然是好事，但人一多，就造成了接待處經(jīng)常排長隊(duì)的現(xiàn)象，不僅給小鎮(zhèn)的形象帶來了影響，同時也讓游客們抱怨不已。

　　針對這種情況，設(shè)計師英特爾先生決定培養(yǎng)一批專業(yè)管理員，讓他們了解小鎮(zhèn)大樓里每一個房間的位置以及情況。經(jīng)過培訓(xùn)的管理員們被安排在了每一棟大樓的門口，當(dāng)有游客到了之后，這些管理員會一對一輕車熟路的將他們領(lǐng)到相應(yīng)位置的空房間里住下，這樣就緩解了接待處的壓力，讓效率得到提升。

　　而這些管理員，其實(shí)就是快速切換單元，它們能夠?qū)?shù)據(jù)合理、快速的分配到?jīng)]有人住的房間，省略了中間一一排查尋址的過程，自然而然也就能夠提升數(shù)據(jù)吞吐的速度了。

　　其它說明與官方性能數(shù)據(jù)分享

　　從之前的解讀中我們可以看出，基于3D Xpoint技術(shù)的Optane內(nèi)存與Optane固態(tài)硬盤，實(shí)質(zhì)上就是近年來所出現(xiàn)的3D閃存技術(shù)。然而英特爾的高明之處在于，3D Xpoint技術(shù)是以“3D+3D”的方式來最大限度提升效率與性能，普通的3D存儲技術(shù)則是“2D+3D”的方式，二者孰優(yōu)孰劣，差異在哪兒，顯而易見了吧？

　　那么英特爾的Optane內(nèi)存與Optane硬盤實(shí)際表現(xiàn)到底怎樣呢？我們什么時候才能使用到Optane呢？怎樣的硬件配置才支持Optane呢？

　　首先，Optane在最初公布之時，主要是要推廣Optane固態(tài)硬盤。而隨著第七代酷睿平臺的公布，英特爾也增加了Optane內(nèi)存。其次，Optane內(nèi)存將在2017年第二季度正式出貨，而Optane固態(tài)硬盤的出貨時間尚未公布。Optane內(nèi)存型號為Intel Optane Memory 8000P系列，擁有16GB與32GB兩種容量規(guī)格。Optane中文名為“閃騰”，搭載Optane的電腦會有專屬的“Optane貼標(biāo)”。

　　第三，Optane內(nèi)存與硬盤都是通過M.2接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。第四，只有英特爾200系芯片組主板以及英特爾第七代酷睿處理器才支持Optane內(nèi)存，非200系主板或者200系主板卻并未搭載第七代酷睿這些情況，是不支持Optane內(nèi)存的。所以想要體驗(yàn)Optane內(nèi)存，就必須要同時升級200系主板與第七代酷睿。

　　最后，Optane內(nèi)存目前的實(shí)際用途其實(shí)就是溝通系統(tǒng)內(nèi)存與SSD或HDD之間的緩存，也可以理解為用內(nèi)存的速度干硬盤的事。接下來我們再看看英特爾官方公布的一些數(shù)據(jù)：首先，我們之前也說了，Optane是由英特爾與鎂光聯(lián)合開發(fā)的全新閃存標(biāo)準(zhǔn)，是一種非易失性存儲技術(shù)，結(jié)合了DRAM內(nèi)存的高速度與NAND閃存的數(shù)據(jù)保持性，壽命更長。

　　其次，Optane內(nèi)存可以與系統(tǒng)內(nèi)存、HDD、SSD共存，它的主要作用是提升HDD/SSD速度，以及系統(tǒng)響應(yīng)速度，包括系統(tǒng)啟動速度、應(yīng)用載入速度等，可以看作是內(nèi)存、硬盤之外的一種高速輔助存儲介質(zhì)。

　　第三，在性能方面，官方公布的數(shù)據(jù)為：理論速度是目前NAND閃存的1000倍，耐用性也達(dá)到1000倍，支持NVMe，有M.2 2241與M.2 2280兩種規(guī)格。讀寫性能方面，32GB版本最高讀取速度為1600MB/s，寫入速度500MB/s；4K隨機(jī)讀取部分為300K IOPS，4K隨機(jī)寫入是120K IOPS。16GB版本讀取為1400MB/s，寫入最高為300MB/s；4K隨機(jī)讀取為285K IOPS，4K隨機(jī)寫入是70K IOPS。

　　不過究竟實(shí)際性能如何，我們也要等到2017年第二季度出貨之后才能看到了。此外，Optane初代產(chǎn)品性能可能會有所保留，但未來潛力巨大，4K隨機(jī)讀取性能峰值或可達(dá)到464300 IOPS，是其現(xiàn)有企業(yè)級SSD P3700的五倍還多，對電腦體驗(yàn)提升相當(dāng)可觀，值得期待。