儲存月報第71期：新世代記憶體技術殞落，Intel Optane走入歷史

歷經半年多的傳言紛擾後，Intel終於在7月底證實將終止Optane記憶體業務，連帶影響基於Optane記憶體的儲存應用架構發展。

Optane源自Intel與美光共同開發的3D Xpoint技術，擁有接近DRAM的存取效能，又兼具類似SSD的非揮發特性，斷電時仍可保存資料，因而也被稱為儲存級記憶體（Storage Class Memory，SCM），或持續性記憶體（Persistent Memory）。

Intel與美光在2015年正式發布3D Xpoint技術，然後自2017年起，陸續推出基於3D Xpoint技術的Optane系列產品，包括基於DIMM記憶體模組規格的Optene DC持續性記憶體（DCPMM），以及基於NVMe SSD規格的Optane SSD等兩大系列。

Optane帶動儲存級記憶體應用風潮

藉由成本、效能介於DRAM與SSD之間的特性——速度比基於NAND Flash記憶體的SSD快，成本比DRAM便宜，Optane這類SCM記憶體的主要訴求，是作為DRAM與SSD之間的中介，填補兩者間的效能落差，降低從處理器到SSD之間的存取延遲。

SCM的應用有M型與S型兩大類型，M型即記憶體型式（Memory-Type），目的是作為輔助DRAM的低成本記憶體，從而在有限的成本下，讓伺服器獲得更大的記憶體總容量，同時還能透過非揮發性的特性，為某些應用提供安全、可靠的寫入緩衝記憶體。S型則是儲存型式（Memory-Type），是作為類似SSD的底層儲存裝置使用，提供一種高速儲存層，以加速I/O敏感型的存取應用。

除了應用在伺服器，自2018、2019年間，SCM也開始被引進儲存設備上，ㄧ些新創廠商如VAST Data便以SCM為核心打造全新儲存產品，Dell、Pure Storage、HPE等一線大廠，也陸續為既有產品線引進SCM，用於加速存取I/O。

到了2020年以後，幾乎所有主要大廠的中、高階儲存陣列產品，都已將SCM列為選項。

不過，就在我們以為SCM在儲存應用中的地位，已經趨於穩固的時候，作為SCM主導力量的Optane系列產品，後續發展卻出現了問題。

遭遇瓶頸的Optane產品

自去年初（2021）起，開始傳出一連串關於Optane記憶體的不利消息。

首先是美光在3月宣布將放棄3D Xpoint業務，並將出售負責生產的Lehi廠房，由於Intel早在2018年時，便將自身的Lehi生產線股份轉賣給美光（Lehi工廠原由Intel、美光合資的IM Flash Technologies公司負責營運，美光於2018年7月收購所有股份），Optane產品實際上是由美光製造， Intel只負責研發與銷售，因而當美光放棄3D Xpoint業務後，Intel也將失去生產Optane產品的能力。面對這個問題，Intel只含糊地回應，表示Optane產品線的銷售與供應不會受到影響。

接下來，Intel在2021年12月將NAND記憶體與SSD業務轉售給SK Hynix，雖然繼續保有Optane業務，但許多分析師認為，Intel新任CEO Pat Gelsinger自上任以來，所有公開談話與策略藍圖，從未提及Optane，因而不看好這個產品線的前景。

到了2022年以後，又出現更多Optane產品的壞消息。2月份傳出的財務訊息顯示，僅僅在2020年，Intel在Optane業務上便虧損了5億美元，而自美光關閉Lehi生產線以後，Intel也未再推出新的Optane產品，因而分析師們也紛紛猜測Intel將放棄Optane。

Intel曾在2022年3月表示，將繼續維持Optene產品的發展，此時Optane產品發展路線圖也已規畫到第4代（實際銷售的是第2代產品）。然而原本應該在2022年4月發布的第3代Optane產品，卻遲遲沒有消息，加深了外界的疑慮。

到了7月底， Pat Gelsinger終於在財報會議中，以利潤不足的理由，正式表示將終止Optane產品線，並將花費5.59億美元的代價打消相關產品庫存，至此Optene家族也正式走入歷史。

Optane的應用困境

從技術上來看，Optane提出訴求——比SSD快，比DRAM便宜，確實有吸引人之處，問題在於Optane無法提供吸引人的「價格效能比」。

Optane vs. DRAM

比起DRAM，DIMM型Optane（DCPMM）的優勢在於資料持久性與相對較低的成本，但如果論及性能價格比，便會抵銷這些優點——Optane確實較DRAM便宜，但仍「不夠便宜」，因為，其單位容量售價差不多是DRAM一半，效能卻有幾十倍的差距，存取延遲較DRAM慢了100倍左右，頻寬則差了10至30倍，再考慮到Optane還有寫入壽命的限制，成本效益其實並不如Intel宣稱的那樣實惠。

Optane雖然還有非揮發性儲存的優勢，但這類裝置的主要應用情境是資料中心，供電十分穩定，因斷電導致資料遺失的機率，遠遠低於人為疏失導致資料遺失的機率，Optane的非發揮性優勢並不顯著。

反過來說，如果單純將Optane作為輔助DRAM、較慢、較便宜的記憶體，反而還會突顯Optane的寫入壽命劣勢。

另一方面，DCPMM只能搭配Intel平臺伺服器，而在AMD的競爭下，Intel處理器平臺市占連連下降，也制約了DCPMM的推廣。

Optane vs SSD

比起基於NAND Flash記憶體的SSD，Optane SSD的優勢在於延遲低了10倍，IOPS效能也更高，存取架構也更簡單——NAND Flash是在區塊（Block）或頁面（Page）層級執行存取作業，而Optane可直接定址位元（bit）或字元（word）層級，因而執行刪除時不需刪除整個區塊的資料，也能簡化隨機存取與損耗均衡作業，有助於改善作業效率。

但Optane SSD的單位容量成本是一般NVMe SSD的5倍以上，考慮到性能價格比之後，便會抵銷Optane的優勢。再加上新一代高階NVMe SSD的效能也有顯著提升，已能將存取延遲縮短到數十μs的等級，大為減少了與Optane間的效能差距（Optane的存取延時是10μs等級），也讓Optane的價格性能比更顯得缺乏吸引力。

更具潛力的替代者

Optane的技術特性與效能規格確實有過人之處，但用戶更重視的是，能否以可接受的價格，來取得Optane提供的技術優點，因而我們認為，欠佳的性能價格比，便是Optane失敗的主要原因所在。

儘管Optane走入歷史，但這款產品提出的兩大訴求——（1）以較低的成本，擴大記憶體總容量；（2）提供效能介於DRAM與SSD之間的儲存裝置，填補兩者間的效能落差，以減少存取延遲，需求依然存在。但Optane雖然提出了正確的需求，採取的解決方案路線卻不成功。

Optane是以全新的3D Xpoint記憶體架構，來設法達到前述兩項目標，然而全新記憶體架構也帶來生產規模有限、良率低等一系列問題，以致成本居高不下。但事實上，無須採用全新記憶體技術這種代價昂貴的手段，透過其他方式也能實現Optane的目標。

例如，前幾年新提出的CXL、Gen-Z等記憶體資源共享技術，便是透過通用的高速直連傳輸通道，將CPU、GPU等異質裝置的記憶體，整合為一個通用的「記憶體池」，讓不同運算裝置可以共享彼此的記憶體，同樣能達到大幅提升系統可用記憶體總量的目的，但又不會大幅增加成本（如CXL是直接嫁接在PCIe 5.0的物理架構上），足以取代DCPMM的角色，發展潛力也更大。

另一方面，NAND Flash記憶體的效能也還有改進空間，三星、鎧俠的ㄧ些高階NVMe SSD產品，存取延遲都已降低到數十μs等級，雖仍不如Optane SSD，但成本也低了許多，是作為伺服器或儲存設備高速儲存層的更合理選擇。

我們認為，Optane確實找出了改善伺服器與儲存I/O效能的關鍵需求，但其技術路線的成本過高，未能讓用戶接受，只能交棒給其他技術路線，來實現其未竟的目標。