Mehr Terabytes für Server: Intels 3D XPoint kommt als Optane DC Persistent Memory

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Riesige In-Memory-Datenbanken stoßen bei Servern mit x86-Prozessoren an die Grenzen des Hauptspeicher-Ausbaus: Mehr als 3 Terabyte RAM pro CPU-Fassung sind derzeit unmöglich. DDR4-SDRAM-DIMMs erreichen bisher maximal 128 GByte, bald wohl 256 GByte – und sind dann sehr teuer. Mehr Kapazität für weniger Geld versprechen die von Intel und Micron bereits 2015 angekündigten 3D-XPoint-Speicherchips, die schon auf den Optane-SSDs mit PCIe-/NVMe-Interface sitzen: Sie sollen nun endlich ab 2019 auch als nichtflüchtige DIM-Module mit bis zu 512 GByte zu haben sein.

Preise unbekannt

Intel liefert bereits Produktmuster und hat sich den Namen Intel Optane DC Persistent Memory ausgedacht; DC steht dabei für Datacenter. Die Optane-DIMMs sind anders als NVMe-SSDs Byte-weise adressierbar – genau wie DRAM – und stecken im selben Speicherbus wie DRAM-DIMMS, sind also direkt mit dem Speicher-Controller kommender Xeon-SP-Versionen (wohl Cascade Lake) verbunden. Das vermeidet Latenzen, die auf dem Weg über den PCIe Root Complex auftreten würden.

Lisa Spelman, bei Intel fürs Marketing für Rechenzentrumsprodukte zuständig, nennt zwar noch keine Preise. Speicherkapazitäten jenseits von 3 TByte pro CPU-Fassung sollen dank Optane DC Persistent Memory aber künftig "erschwinglich" sein. 2015 hieß es dazu: Pro Gigabyte billiger als DRAM, aber teurer als NAND-Flash.

Programmierarbeit

Optane-DIMMs laufen – anders als Optane-SSDs – nur in kommenden Xeon-Servern und auf Mainboards, deren BIOS dafür ausgelegt ist. Auch das Betriebssystem muss mit dem nichtflüchtigen Speicher umgehen können, der ja beispielsweise nach einem Neustart noch Daten enthält. Schließlich müssen auch die jeweiligen Anwendungen, etwa Datenbanken oder Storage-Software, den persistenten Speicher besonders behandeln.

Bei der SNIA gibt es die Arbeitsgruppe Non Volatile Memory Programming Technical Work Group (SNIA NVM TWG), die ein NVM Programming Model erarbeitet. Intel stellt das Persistent Memory Development Kit (PMDK) via pmem.io bereit. Linux kann seit 4.1 mit NVDIMMs umgehen, seit 4.7 kann man darauf direkt über Gerätedateien zugreifen. Seit dem Update 1607 kennt auch Windows Server 2016 NVDIMMs, sowohl als Block-Storage als auch mit Byte-weiser Adressierung.

NVDIMMs

Ein Teil der Vorteile von Optane DC Persistent Memory ist schon heute mit NVDIMMs nutzbar; diese kombinieren DRAM-Chips mit einer Art Flash-"Fallschirm", der Daten bei Spannungsabfall rettet. NVDIMMs erreichen bisher allerdings bei Weitem nicht die Kapazität von Optane DC Persistent Memory.

Optane DC Persistent Memory war ursprünglich schon für die aktuelle, selbst schon deutlich verspätete Xeon-SP-Plattform Purley vorgesehen. Der Codename lautet Apache Pass. Je nach Variante und Mainboard steuert ein Xeon-SP bis zu 1,5 TByte RAM an, nämlich 12 LRDIMMs mit je 128 GByte (6 Kanäle, 2 DIMMs per Channel, 2DPC). Manche Serverboards haben an einigen DRAM-Kanälen zusätzliche DIMM-Slots, die für NVDIMMs beziehungsweise künftig dann für Optane gedacht sind.

Beim älteren Xeon E7-8000v4 (Broadwell-EX) sind bis zu 3 TByte DRAM möglich, weil jeder Prozessor über vier Zusatzchips (Scalable Memory Buffers) je zwei RAM-Kanäle anbindet, also insgesamt acht Kanäle mit je 3DPC und folglich 24 LRDIMMs. Das wird aber anscheinend selten ausgereizt.

Das Gen-Z-Konsortium arbeitet ebenfalls an Komponenten für Server mit sehr viel persistentem Speicher, etwa mit Z-NAND von Samsung.

(ciw)