Czy pamięć Optane zapewnia rzeczywistą przewagę nad pamięcią podręczną SSD NVMe w przypadku losowych odczytów o niskim opóźnieniu?

Eva Wong

IceWhale author

Eva Wong jest Technicznym pisarzem i stałym majsterkowiczem w ZimaSpace. Całe życie geek z pasją do homelabów i oprogramowania open-source, specjalizuje się w tłumaczeniu skomplikowanych koncepcji technicznych na przystępne, praktyczne przewodniki. Eva wierzy, że samodzielne hostowanie powinno być zabawą, a nie czymś onieśmielającym. Poprzez swoje samouczki umożliwia społeczności rozwiewanie tajemnic konfiguracji sprzętu, od budowy pierwszego NAS po opanowanie kontenerów Docker.

Does Optane Offer a Real Advantage Over NVMe SSD Cache for Low-Latency Random Reads? - Zima Store Online

Optane zapewnia rzeczywistą przewagę, gdy często używany zbiór roboczy nie mieści się w pamięci RAM, dociera do pamięci podręcznej przy małej głębokości kolejki, a aplikacja jest wrażliwa na niewielkie skoki opóźnień, a nie na maksymalną przepustowość. Nowoczesny dysk SSD NVMe jest lepszym wyborem domyślnym, gdy pojemność, dostępność zamienników, zgodność kontrolera i przewidywalne długoterminowe użytkowanie są ważniejsze niż uzyskanie możliwie najniższego opóźnienia losowych odczytów.

Najpierw sprawdź, czy urządzenie pamięci podręcznej rzeczywiście jest wąskim gardłem

Porównanie jest nieistotne, gdy pamięć RAM obsługuje już większość powtarzanych odczytów. Jest również nieistotne, gdy zbiór roboczy jest większy niż którakolwiek z pamięci podręcznych, wzorzec dostępu jest głównie sekwencyjny lub klient czeka na Ethernet, procesor, szyfrowanie, blokady metadanych albo samą aplikację. W takich przypadkach zamiana Optane na pamięć NAND NVMe zmienia wynik benchmarku, ale nie zmienia opóźnienia odczuwanego przez użytkownika.

Zacznij od współczynnika trafień pamięci podręcznej, współczynnika trafień pamięci RAM, opóźnienia dysku zaplecza oraz opóźnienia losowych odczytów przy małej głębokości kolejki podczas tego samego powolnego zadania. Istniejąca analiza ZimaSpace dotycząca sytuacji, w których powtarzane odczyty NAS korzystają z pamięci podręcznej SSD, wyznacza pierwszą granicę: wybór nośnika ma znaczenie dopiero wtedy, gdy obciążenie wielokrotnie dociera do warstwy SSD.

Gdzie Optane nadal zapewnia mierzalną przewagę

Najmocniejszym argumentem na rzecz Optane jest dostęp do małych bloków przy małej głębokości kolejki i rygorystycznych wymaganiach dotyczących opóźnienia ogona. Dyski Optane dla przedsiębiorstw zaprojektowano tak, aby utrzymywały stały czas odpowiedzi przy mieszanym i długotrwałym obciążeniu, zamiast jedynie osiągać wysoką przepustowość sekwencyjną. Testy obciążeniowe Optane P5800X przeprowadzone przez StorageReview wykazały wyjątkowo niskie opóźnienia w testach losowych, bazodanowych i VDI.

Ta różnica ma znaczenie, gdy jedno opóźnione odczytanie blokuje wyszukiwanie w bazie danych, sekwencję uruchamiania maszyny wirtualnej, usługę metadanych lub operację na indeksie. Optane eliminuje również kilka zachowań pamięci NAND, które mogą zwiększać opóźnienia podczas zbierania nieużywanych danych lub intensywnego zapisu. Przewaga nie polega na tym, że każde żądanie z pamięci podręcznej staje się znacznie szybsze; chodzi o to, że trudne żądania rzadziej stają się nieoczekiwanie powolne.

Kryterium wyboru	Pamięć podręczna Optane	Nowoczesna pamięć podręczna SSD NVMe
Losowe opóźnienie przy małej głębokości kolejki	Zwykle mocniejsza i bardziej spójna opcja	Szybkie, ale wyniki różnią się w zależności od kontrolera, pamięci NAND, oprogramowania układowego i stopnia zapełnienia
Opóźnienie ogona przy obciążeniu	Główna przewaga historyczna	Modele TLC dla przedsiębiorstw mogą oferować wysoką wydajność; dyski konsumenckie są bardziej zróżnicowane
Przepustowość sekwencyjna	Zwykle nie jest głównym powodem wyboru	Często wyższa w obecnych generacjach PCIe
Pojemność na urządzenie	Ograniczona dostępność i coraz trudniejsze pozyskanie	Szerszy zakres pojemności i łatwiejsze skalowanie
Trwałość	Wyjątkowa w modelach klasy enterprise	W dużym stopniu zależy od klasy dysku i obciążenia zapisem
Ścieżka wymiany	Zależność od rynku wtórnego i zapasów	Aktualne produkty i łatwiejsza wymiana na odpowiednik
Najlepsze zastosowanie	Wąska pamięć podręczna o krytycznym znaczeniu dla opóźnień i znanej kompatybilności	Ogólna pamięć podręczna NAS wymagająca pojemności i łatwej konserwacji

Gdy nowoczesne NVMe wystarczająco zmniejszyło już różnicę

Współczesne dyski enterprise TLC NVMe oferują znacznie większą pojemność, wysoką liczbę losowych IOPS, mocne opcje wytrzymałości oraz znacznie większą przepustowość sekwencyjną niż wymagały starsze konstrukcje pamięci podręcznej. W przypadku domowego NAS-a, kilku maszyn wirtualnych lub umiarkowanej bazy danych aplikacja może przestać zyskiwać na wydajności długo przed osiągnięciem limitów dobrego dysku NVMe.

Właściwe porównanie to nie Optane z najtańszym konsumenckim dyskiem QLC. Porównaj je z kontrolowanym termicznie dyskiem TLC lub klasy enterprise NVMe, który zapewnia odpowiednie zachowanie przy utracie zasilania, wytrzymałość i stabilne opóźnienia pod stałym obciążeniem. Kontekst porównania Optane i dysków enterprise NVMe w ServeTheHome pokazuje, dlaczego klasa dysku ma większe znaczenie niż wspólne złącze NVMe.

Jeśli oba urządzenia utrzymują zmierzone zadanie poniżej akceptowalnego celu opóźnienia, przewaga Optane nie ma już dodatkowej wartości zakupowej. O wyniku powinny wtedy decydować pojemność, gwarancja, wsparcie oprogramowania układowego, dostępność zapasowych sztuk oraz możliwość odbudowy pamięci podręcznej przy użyciu aktualnie dostępnego zamiennika.

-15% OFF

ZimaBoard 2 – Mini serwer domowy dla Twojego wielkiego pomysłu

Single board computer zimaboard2

Dlaczego cykl życia produktu może odwrócić wynik technicznego porównania

Techniczne zalety Optane pozostają realne, ale Intel zakończył rozwój nowych produktów Optane w 2022 roku. Aktualny przegląd Optane po zakończeniu produkcji opisuje rynek oparty na istniejących dyskach, a nie na rozwijanej linii produktów.

To zmienia decyzję dotyczącą zakupu. Używane urządzenie Optane może być atrakcyjne, gdy serwer już obsługuje jego format, dostępna jest wystarczająca liczba zapasowych sztuk, a pamięć podręczną można odbudować bez utraty danych. Jest natomiast złym punktem zależności, gdy awaria jednego dysku wymusza zmianę platformy, trudne poszukiwanie adaptera lub zaakceptowanie nieznanej historii nośnika.

Pamięć podręczna powinna pozostać wymienną infrastrukturą. Jeśli wymiana urządzenia pamięci podręcznej jest trudniejsza niż przywrócenie danych, które ono przyspiesza, projekt dopuścił do przekształcenia komponentu wydajnościowego w ryzyko operacyjne.

Użyj kontrolowanego testu zamiast porównania szczytowych wartości IOPS

Rozgrzej obciążenie, aż zachowanie pamięci RAM i pamięci podręcznej stanie się powtarzalne.
Rejestruj współczynnik trafień do pamięci RAM, współczynnik trafień pamięci podręcznej, opóźnienie dysku zaplecza oraz czas odpowiedzi aplikacji.
Testuj małe głębokości kolejki, które odzwierciedlają rzeczywiste zadanie NAS, a nie tylko maksymalną syntetyczną współbieżność.
Porównuj medianę, 95., 99. percentyl i najgorsze zaobserwowane opóźnienie, zamiast jednej średniej.
Powtórz test, gdy urządzenie pamięci podręcznej jest częściowo zapełnione oraz gdy aktywne są zapisy w tle.
Wyłącz pamięć podręczną SSD i sprawdź, czy mierzone zadanie rzeczywiście zależy od pamięci podręcznej.
Określ maksymalny akceptowalny czas odpowiedzi przed wyborem dysku.

Porównanie ZimaSpace dotyczące których obciążeń NAS ujawniających różnice między dyskami SSD zapewnia użyteczną zasadę końcową: jeśli sieć lub aplikacja ukrywa różnicę w pamięci masowej, większa szybkość nośnika nie jest kolejną skuteczną modernizacją.

Który nośnik pamięci podręcznej pasuje do zestawu?

Kiedy wybrać Optane

Wybierz Optane, gdy masz już zgodny sprzęt, pamięć podręczna nie jest wymaganą kopią danych, a pomiary pokazują, że pozostałym wąskim gardłem są opóźnienia ogona przy niskiej głębokości kolejki. Przygotuj przetestowany plan wymiany i nie zakładaj, że każdy mały konsumencki moduł Optane działa tak samo jak serwerowe urządzenie z serii P.

Kiedy wybrać nowoczesny dysk SSD NVMe

Wybierz obecne NVMe, gdy pamięć podręczna potrzebuje większej pojemności, standardowej wymiany M.2 lub U.2, aktywnego wsparcia oprogramowania układowego albo łatwiejszego zakupu. Zamiast kierować się najwyższą deklarowaną prędkością sekwencyjną, wybierz odpowiedni model TLC lub serwerowy i dobierz jego trwałość do zapisów w pamięci podręcznej, a nie wyłącznie do wydajności odczytu.

Kiedy pominąć obie modernizacje

Pomiń porównanie nośników, gdy pamięć RAM już absorbuje powtarzające się odczyty, współczynnik trafień pamięci podręcznej jest niski, obciążenie ma charakter sekwencyjny lub obecna sieć jest wysycona. Zanim kupisz urządzenie pamięci podręcznej o niższych opóźnieniach, usuń główne ograniczenie.

Najczęściej zadawane pytania

Czy każdy dysk Optane jest lepszy od każdego dysku SSD NVMe?

Nie. Produkty Optane różnią się generacją, pojemnością, interfejsem i przeznaczeniem. Nowoczesne serwerowe NVMe może zapewniać większą przepustowość i pojemność, podczas gdy małe konsumenckie moduły Optane mogą nie nadawać się do poważnych zastosowań w pamięci podręcznej NAS. Porównuj konkretne urządzenia i obciążenie.

Czy Optane poprawia działanie pamięci podręcznej odczytu, jeśli NAS ma dużo pamięci RAM?

Tylko wtedy, gdy ponownie wykorzystywany zbiór roboczy przekracza efektywny rozmiar pamięci RAM, a jednocześnie mieści się w pamięci podręcznej SSD. Jeśli powtarzające się dane pozostają w pamięci, ani Optane, ani NAND NVMe nie obsługuje większości odczytów.

Czy należy tworzyć kopie zapasowe danych z pamięci podręcznej?

Należy tworzyć kopie zapasowe danych źródłowych, a nie zawartości nietrwałej pamięci podręcznej. Pamięć podręczna odczytu powinna nadawać się do odbudowy. Jeśli system przechowuje w pamięci podręcznej unikatowe dane lub potwierdzone zapisy, jego odporność na awarie i utratę zasilania należy ocenić osobno.

Ostateczny werdykt

Optane pozostaje technicznym zwycięzcą w wąskiej klasie losowych odczytów o niskiej głębokości kolejki, wrażliwych na opóźnienia ogona. Nowoczesne NVMe jest praktycznym zwycięzcą w przypadku większości obecnych kompilacji NAS, ponieważ oferuje wystarczająco niskie opóźnienia, większą pojemność, łatwiejszą wymianę i perspektywę zrównoważonego użytkowania. Wybierz Optane dopiero wtedy, gdy kontrolowany test wykaże, że jego pozostała przewaga zmienia wynik działania aplikacji.