Logo Море(!) аналитической информации!
IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware
Конференция «Технологии управления данными 2018»
СУБД, платформы, инструменты, реальные проекты.
29 ноября 2018 г.
2007 г.

Закись азота для ПК: Intel Turbo Memory

Евгений Патий
"Экспресс Электроника"

Cамым медленным компонентом персонального компьютера была и остается сейчас дисковая память: как бы ни были хороши процессор, шина и архитектура кэша, неторопливый жесткий диск играет роль якоря. Наиболее остро этот недостаток ощущается во время загрузки операционной системы и приложений, когда и вспоминается знаменитое выражение "в нашем деле самое тяжелое - ждать!".

Влияние НЖМД на производительность системы определяется, в частности, механическими задержками — необходимо время для раскрутки диска, а также для перемещения считывающих головок при поиске данных в ответ на запрос пользователя. Механические задержки обусловливают самую длительную фазу типичной операции ввода/вывода — характерное время доступа к диску составляет 16 млн тактовых циклов процессора. Несмотря на все ухищрения разработчиков, существенного прироста скорости от жестких дисков добиться, по-видимому, нельзя. По крайней мере на нынешнем уровне развития индустрии дисковых накопителей и при следовании устоявшимся десятилетиями принципам построения этих устройств. Необходим качественный прорыв, в ожидании которого разрабатываются иные принципы загрузки, да и вообще, взаимодействия с дисковой подсистемой — иначе к чему, например, рождение идеи параллельной загрузки сервисов, алгоритмов «умной» предвыборки блоков данных с жесткого диска и т. д.

Помимо своей неторопливости, жесткие диски выделяются еще одним неприятным свойством — это одни из наиболее активных потребителей энергии внутри ПК. И если применительно к настольным компьютерам и серверам на этот недостаток в большинстве случаев допустимо смотреть сквозь пальцы, то ситуация с портативными компьютерами выглядит близкой к удручающей. Чем больше обращений к жесткому диску, тем больше энергии потребит этот узел, значит, тем меньшее время автономной работы. Решение напрашивается само собой: минимизировать взаимодействие с жестким диском в угоду снижению энергопотребления и повышению общей скорости системы.

Один из вариантов решения проблемы предлагает компания Intel — дебютирующую в составе грядущей платформы Santa Rosa технологию Intel Turbo Memory (ITM). Идея Intel проста и элегантна: организовать энергонезависимый кэш-буфер, в котором будут накапливаться данные с жесткого диска. Технология ITM была спроектирована специалистами подразделения Storage Technologies Group, входящего в состав подразделения Technology and Manufacturing Group корпорации Intel. Разработкой концепции, архитектуры и ряда инноваций руководил Ричард Коулсон (Richard Lee Coulson), старший заслуженный инженер-исследователь Intel и директор подразделения по архитектуре ввода/вывода. В рамках IDF Spring ‘2006 были представлены первые прототипы компьютеров, оснащенных аппаратным обеспечением с технологией ITM. На тот момент инженеры Intel описывали разработку как «аппаратный ускоритель на базе флэш-технологии NAND». Команда разработчиков под руководством Коулсона сработала на редкость оперативно: менее чем через три квартала с момента формирования объединенной рабочей группы специалистов Intel пользователи уже получили альфа-версии опытных образцов модулей ITM.

Нужно отметить, схожую идею продвигает компания Microsoft (технологии ReadyBoost и ReadyDrive): операционная система Windows Vista способна использовать в качестве кэш-буфера современные высокопроизводительные USB-накопители на базе флэш-памяти, однако в сравнении с разработкой Microsoft технология Intel Turbo Memory представляется в гораздо более выгодном свете. Во-первых, далеко не каждая флэшка подходит для кэширования данных на съемные носители (имеются сведения, что для этой цели годятся только 30% современных USB-флэш-накопителей), во-вторых, шина PCI Express, с которой работают модули Intel Turbo Memory, обладает гораздо большей пропускной способностью, чем USB 2.0.

Положа руку на сердце, признаем, что Intel Turbo Memory выглядит как вынужденная мера, а не инновация в чистом виде. Ричард Коулсон вспоминает: «Сотрудники Storage Technology Group изначально пытались устранить фундаментальное расхождение по производительности между процессором и подсистемой ввода/вывода. Благодаря сотрудничеству с экспертами TMG по энергонезависимой памяти и надежности, мы разработали решение, в котором сочетаются глубокие знания платформы и энергонезависимой памяти». Так или иначе технология уже доступна «в металле», что дает повод более подробно ознакомиться с принципами ее работы.

Архитектура Intel Turbo Memory

Intel Turbo Memory — это технология энергонезависимого кэширования на базе флэш-памяти NAND, позволяющая преодолеть дисбаланс относительного быстродействия процессора и жесткого диска за счет сокращения числа обращений системы к медленным и энергоемким жестким дискам в ноутбуках. Первые испытания технологии показали, что запуск приложений и возобновление работы устройства из спящего режима, равно как и загрузка операционной системы, происходили примерно вдвое быстрее, при этом время автономной работы от батареи несколько увеличилось. К счастью, современный уровень развития микроэлектронных технологий позволяет создать компактные и емкие NAND-флэш-модули, что и положено в основу реализации ITM. Примечательно, что Intel не настаивает на усложнении логики системной платы ноутбука, а предлагает использовать мини-карты PCI Express. Если портативный компьютер имеет все необходимые интегрированные периферийные устройства и свободный слот для мини-карт, то установка эдакого «ускорителя» для жесткого диска выглядит довольно заманчиво.

Предполагается, что модули ITM будут попадать к OEM-партнерам компании либо как самостоятельные устройства, либо в комплекте с процессором. Также не возбраняется разработка аналогичных устройств по собственным спецификациям. Стремительному продвижению ITM способствует и ценовая политика Intel: ожидаемая стоимость модулей составит $23 за модуль объемом 1 Гбайт или $19 за набор из двух NAND-флэш-чипов объемом 512 Мбайт и ASIC. Стоимость модуля 512 Мбайт будет равна $19 или $15 в случае простого набора микросхем для OEM-производителей (два чипа по 256 Мбайт плюс ASIC).

Возвращаясь к сравнению описываемого решения с технологией от Microsoft, упомянем: Intel подчеркивает, что модули ITM сами по себе обладают гораздо меньшим энергопотреблением, чем USB-флэш-накопители (по информации от Intel — в три раза), что является маленьким плюсиком в дополнение к большому плюсу, обусловленному уменьшением количества обращений к жесткому диску. С пользовательской точки зрения ситуация также выглядит более приемлемой — для задействования преимуществ Intel Turbo Memory не требуется выполнять никакой настройки за исключением установки соответствующего драйвера (существует версия для наборов логики Intel G965 и P965). Кроме того, очевидны положительные стороны и в вопросе сохранности данных: все-таки флэшка — это внешний съемный накопитель, в то время как модуль ITM установлен внутри корпуса ноутбука, кроме того, ОС Vista не способна работать с USB-флэш-дисками как с постоянными накопителями, что может привести к уменьшению преимуществ технологии Microsoft ReadyBoost. По сути, Intel Turbo Memory интегрирует функции ReadyBoost в платформы с пониженным энергопотреблением.

Относительно оправданности применения Intel Turbo Memory компания-разработчик называет следующие цифры: время загрузки приложений уменьшается до двух раз, загрузка операционной системы становится короче на 20%. Налицо значительное ускорение обращения к часто используемым и неважно как сильно фрагментированным данным и в экономии батарей за счет остановки жесткого диска во время операций чтения данных из модуля энергонезависимой памяти. Учитывая наличие алгоритмов параллельной загрузки служб и сервисов, «умного» предварительного считывания с жесткого диска, ощущения от работы на ноутбуке с Intel Turbo Memory однозначно сдвигаются в сторону улучшения.

Конструктивно модуль ITM состоит из контроллера Diamond Lake ASIC, заключенного в корпус размером 8×8 мм, и модулей NAND-флэш объемом 512 Мбайт или 1 Гбайт. Для функционирования необходимо Intel Matrix Storage Manager 7.0 и DFOROM — специальное программное обеспечение, запускаемое до загрузки операционной системы и обеспечивающее доступ к жесткому диску на уровне BIOS.

Intel Turbo Memory совместима с различными операционными системами и с любыми жесткими дисками, поддерживающими интерфейс Serial ATA. При этом необходимо подчеркнуть, что возможности использования NAND-памяти в вычислительных устройствах выходят далеко за рамки технологии ITM. Intel Turbo Memory будет поддерживать обе флэш-технологии Microsoft, однако ReadyDrive, по всей видимости, оптимизирована для работы с гибридными жесткими дисками (о ReadyBoost имеются исчерпывающие сведения на сайте компании Microsoft, в то время как ReadyDrive освещена гораздо более скромно). Intel считает приоритетной задачей кэширование часто востребованных данных (ReadyDrive), для работы с которыми будет выделяться значительная доля флэш-памяти, имеющейся в составе модуля ITM, остальная память отводится под оптимизацию запуска операционной системы и служебного программного обеспечения (ReadyBoost).

Любопытно, что интерес к Intel Turbo Memory проявляют не только пользователи и производители ноутбуков на базе классического тандема Windows +Intel. В конце минувшего года компания Apple отказалась от использования в своих портативных компьютерах гибридных жестких дисков от Samsung в пользу ITM. Что, впрочем, еще раз напоминает о наличии нескольких «школ» в нелегком деле ускорения системы и снижения энергопотребления — либо гибридные накопители, либо агрессивное кэширование при помощи модулей NAND-флэш.

В заключение необходимо сказать, что имеются непроверенные сведения об аналогичной разработке Intel для сегмента настольных ПК. Если с энергопотреблением здесь ситуация гораздо более щадящая, то скорость жестких дисков в настольных компьютерах также заставляет искать обходные пути. И кажется, Intel нашла такой путь, параллельный ITM: кодовое имя технологии — SnowGrass. Хотя есть данные, что компания решила не изобретать велосипед, а приспособила ITM для настольного сегмента, оснастив следующее поколение десктопных платформ разъемами для соответствующих модулей. Наверняка об этом мы узнаем совсем скоро.

Новости мира IT:

Архив новостей

Последние комментарии:

IT-консалтинг Software Engineering Программирование СУБД Безопасность Internet Сети Операционные системы Hardware

Информация для рекламодателей PR-акции, размещение рекламы — adv@citforum.ru,
тел. +7 985 1945361
Пресс-релизы — pr@citforum.ru
Обратная связь
Информация для авторов
Rambler's Top100 TopList liveinternet.ru: показано число просмотров за 24 часа, посетителей за 24 часа и за сегодня This Web server launched on February 24, 1997
Copyright © 1997-2000 CIT, © 2001-2015 CIT Forum
Внимание! Любой из материалов, опубликованных на этом сервере, не может быть воспроизведен в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Подробнее...