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3D XPoint und NAND-Flash: Der Markt hat Platz für beides

Die teure 3D-XPoint-Technologie bietet schnellere Daten-Persistenz als NAND-Flash und erzwingt die Nutzung von Intel-Prozessoren, was etwa für Finanzdatenbanken interessant ist.

Vergleicht man 3D XPoint und NAND-Flash, sollte man nicht von einer Überlegenheit der einen Technologie über die andere ausgehen. Tatsächlich finden beide Technologien ihren Platz in den Unternehmen.

Beide Technologien nehmen aber unterschiedliche Plätze in der Storage-/Memory-Hierarchie ein und haben unterschiedliche Eigenschaften respektive Einsatzfelder.

Kosten und Leistung

3D XPoint bildet die Basis von Intels Optane-Produkten. Betrachtet man die Architektur dieser Lösungen genauer, lässt sich erkennen, warum sie NAND-Flash nicht bedrohen: Die Nachteile von 3D XPoint hinsichtlich des Kosten-/Leistungs-Verhältnisses begrenzen die Einsatzfelder der Technologie.

Meist wird eine Pyramide verwendet, um die Memory-/Storage-Hierarchie darzustellen. Doch damit lässt sich nicht besonders gut zeigen, warum XPoint oder jede andere Memory- oder Storage-Technologie für eine bestimmte Anwendung passt oder nicht passt.

Die Grafik unten belegt die entscheidenden Argumente besser. Memory und Storage können das Kosten-/Leistungs-Verhältnis eines Computers so lange verbessern, wie sie der linearen Reihung von kreisförmigen Flächen auf der Grafik folgen. Sie zeigt auf der Vertikalachse die Geschwindigkeit und auf der Horizontalachse die Kosten. Eine neue Speicherschicht muss schneller sein als die nächstbilligere Technologie und billiger als die nächstschnellere Technologie. Wenn also XPoint langsamer als dynamischer RAM ist, lässt es sich nicht verkaufen, bevor es billiger als DRAM ist. Ist 3D XPoint teurer als NAND-Flash, muss es schneller sein als NAND-Flash.

Abbildung 1: Je leistungsfähiger eine Memory-Technologie umso höher der Preis pro Gigabyte.
Abbildung 1: Je leistungsfähiger eine Memory-Technologie umso höher der Preis pro Gigabyte.

Intel versteht diese Logik sehr gut. Das Unternehmen setzt die Preise seiner Optane-Produkte so fest, dass sie zwischen die Preise von DRAMs und NAND-Flash fallen. Intel verkauft 3D-XPoint-Produkte meistens für etwa den halben Preis von DRAMs. Das ist allerdings hart für Intel, weil 3D XPoint eine neue Technologie ist. Die Herstellungskosten sind also höher als die Verkaufspreise. Intel betrachtet Optane aber als hochgradig strategisch für seine Serverplattform. Deshalb hat das Unternehmen schätzungsweise Verluste von mehr als fünf Milliarden Dollar in Kauf genommen, um die Produktion von 3D XPoint in Stückzahlen hochzufahren. Am Ende sollte die Herstellung von 3D XPoint wesentlich weniger kosten als die Produktion von DRAM, doch dieser Punkt wurde noch nicht erreicht.

3D XPoint-Memory verwendet einen Produktionsprozess, der pro Gigabyte teurer ist als der von NAND-Flash. Das macht es unwahrscheinlich, dass 3D XPoint jemals so wenig wie NAND kosten wird. Dennoch wird gelegentlich argumentiert, dass XPoints technologische Stärken einen höheren Preis rechtfertigen.

Doch der Markt funktioniert nicht so. Wenn Designer eine passende Technologie auswählen, ist der entscheidende Faktor, dass das geplante System die Leistungsziele zu geringstmöglichen Kosten erreicht. Daher gewinnen beinahe immer Memory- und Storage-Technologien mit technischen Nachteilen gegen solche mit höheren Leistungen, die aber mehr kosten.

Einsatzfelder für 3D XPoint

Bei Vergleichen zwischen 3D XPoint und NAND-Flash befindet sich 3D XPoint immer im Preisnachteil. Warum also überhaupt diese Technologie? Intel hat eine clevere, aber teure Strategie eingesetzt, um seine Entwicklung in den Markt zu drücken.

Der Hersteller versucht nicht, Designer davon zu überzeugen, NAND-Flash, HDDs oder Tape durch 3D XPoint zu ersetzen. Vielmehr erntet er die Früchte einer Technologie, an der er seit 50 Jahren arbeitet, um einen Vorteil im Wettbewerb vor Mitbewerbern zu haben.

Intels auf XPoint basierende Optane-Produkte bringen Persistenz näher an den Prozessor heran. Daten können einige Größenordnungen schneller entweder auf einem Optane-DIMM oder einer Optane-SSD persistent gehalten werden als dies auf einer SSD auf Basis von NAND-Flash möglich ist. Anwendungen, die Persistenz brauchen, profitieren durch mehr Durchsatz, obwohl die Software an die neue Umgebung angepasst werden muss.

Diese Fähigkeiten brauchen vor allem Finanzdatenbanken. Programmierer, die solche Lösungen schreiben, sorgen sich oft über die Leistung ihres Codes, wenn der Strom im schlechtesten Moment ausfällt. Sie schreiben dann Code explizit für solche Situationen, und dieser Code braucht immer eine aufwändige Serie von Persistenz, um die Möglichkeit finanzieller Nachteile durch eine Spannungsspitze oder einen Spannungsabfall möglichst auszuschließen. Je schneller Daten persistent gehalten werden können, desto schneller arbeitet das Gesamtsystem.

Schnelle Finanzsysteme waren die ersten, die SSDs einsetzten, sobald SSDs zu einer kosteneffizienten Methode wurden, schneller Persistenz zu realisieren als mittels einer HDD. Mit Optane-DIMMs lassen sich Daten noch schneller dauerhaft speichern als mit einer NAND-SSD.

Doch die Sache hat für die Kunden einen Haken: Optane-DIMMs verwenden für die Kommunikation proprietäre Befehle, die auf die Standardschnittstelle des DR4-Memory-Kanals aufgelagert sind. Die einzigen Prozessoren, die mit einem Optane-DIMM kommunizieren können, sind Intel-Xeon-Serverprozessoren. Also können Anwender, die schnellstmöglich persistente Daten brauchen, nur Intel-Prozessoren nutzen. Das ist der Kern der Optane-Strategie: ein überzeugender Geschwindigkeitsvorteil, der nur den Nutzern von Intel-Prozessoren zugänglich ist.

Nichts an dieser Strategie ist gegen NAND-Flash gerichtet. NAND-SSDs ergänzen Optane-DIMMs. Sie lassen sich auf benachbarten Feldern der Memory-/Storage-Hierarchie implementieren. NAND-Flash und 3D XPoint sollten daher noch für Jahrzehnte nebeneinander existieren können.

Die Autoren sind für den Inhalt und die Richtigkeit ihrer Beiträge selbst verantwortlich. Die dargelegten Meinungen geben die Ansichten der Autoren wieder.

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