Intel Optane memory測試報告 - HDD 加速神兵 系統碟新選擇

Intel 世界上最大的半導體公司，不僅穩座處理器龍同地位，並在如日中天的 NAND Flash 領域中更是大玩家，握有 3D XPoint 記憶體顆粒、SSD 控制、Intel 互連 IP 與軟體整合，讓 Optane 記憶體成為資料中心的唯一選擇，而面對消費性市場，Intel 推出首款「Optane 記憶體」，將傳統硬碟與 Optane 記憶體快取結合，讓玩家獲得 TB 等級的大容量與高速 SSD 之效能。HDD + Optane 這樣的新選擇是否值得，效能又如何，這次就讓我們實際上機測試一探究竟。

規格
型號：Intel Optane Memory
容量：32GB
介面：PCIe 3.0 x2 NVMe
尺寸：M.2 2280-S3-B-M
循序讀取 1350 MB/s、寫入 290 MB/s
隨機讀取 240000 IOPS、寫入 65000 IOPS
延遲：讀取 9 µs、寫入 30 µs
電源：Active 3.5 Watts、Idle 1 Watt
總寫入量：182.5 TB
耐用性：100GB 寫入/天


Optane 記憶體？快取？傻傻分不清

這問題在 Optane 剛推出時，一定有很多人像筆者一樣有點分不太清楚，Optane 記憶體到底是 RAM、SSD 還是快取？

Optane 意旨採用 Intel 3D XPoint 記憶體、控制器、互連 IP 與韌體的儲存產品，因此有著資料中心使用的 Intel Optane SSD DC P4800X，這就是一般我們在使用的 PCIe SSD，但這效能跟價格都相當的強悍；而「Optane 記憶體」則是 Intel 的命名，但它實際作用是作為，電腦系統碟的加速「快取」。


↑ Optane 代表著，採用 Intel 3D XPoint 記憶體、Intel 控制器、互連 IP 與韌體的快閃記憶體產品。


當然各位，可以將 Optane 記憶體當作一般 SSD 來使用，但受限於容量僅 16GB、32GB 兩種，因此無法當作 SSD 來儲存；而系統記憶體，Intel 也會再推出 3D XPoint DIMM 記憶體產品，讓企業端有更大容量的可儲存之系統記憶體。

簡單來說：「消費性市場的 『Optane 記憶體』，其應用是當作電腦的『系統碟快取』，它可讓需要大容量、高效能的用戶，獲得 TB 等級的容量與 SSD 的高速效能，這就是 Intel Optane 記憶體。」。


↑ 資料中心使用的 Intel Optane SSD DC P4800X 產品。


↑ 在不久將推出的 3D XPoint DIMM，可與 DDR4 共同運行在伺服器當中，提供可儲存且效能如同 RAM 般快速的記憶體。


↑ 本次的主角，Intel Optane 記憶體 32G。


Optane 記憶體的限制與優勢

Optane 記憶體最可惜之處，就在於支援的平台過少，目前僅只有 Intel 第 7 代 Kaby Lake 處理器，以及 Intel 200 系列主機板可使用；這可能也因為其「快取」的使用模式，需要針對平台、管理引擎進行優化，才能讓系統進行加速，提升電腦操作時的順暢度。由此可證，在未來 Intel 的第 8 代處理器與平台，理當會支持 Optane 記憶體快取技術。

此外，Optane 記憶體需安裝在主機板 M.2 插槽上，並要有著 PCIe x2 之頻寬，這各位就不用擔心了，從入門的 B250 到旗艦 Z270 主機板上，都肯定有著 M.2 的插槽；而在使用 Optane 記憶體時，也記得將 BIOS 升級至最新版本，即可進入安裝階段。

而 Intel Optane 記憶體快取，僅能針對「系統碟」進行加速，因此建議使用 HDD + Optane 這樣的組合，才有明顯的加速效果，若使用 SSD + Optane 也可以，只不過加速幅度並不大。

Intel Optane 記憶體平台需求：
CPU：第 7 代 Intel Core i7 / i5 / i3 處理器
MB：Intel Z270 / Q270 / H270 / Q250 / B250 晶片組
MB BIOS：支援 Intel RST 15.5 版本以上之 BIOS
介面：M.2 PCIe 3.0 x2 NVMe
系統碟：GPT 磁區分割


Optane 記憶體實際安裝步驟

實際安裝「Optane 記憶體」，可分為兩類：1. 舊 HDD 系統直接上、2. 重新安裝系統至 HDD，不論各位要重新安裝，或舊的系統直接安裝都可以，但在操作前記得先將主機板 BIOS，升級至最新版本，方能啟用 Optane 記憶體。

將 Optane 記憶體連接至 M.2 插槽後並開機，在裝置管理員當中，會偵測到裝置，但未準備就緒；接著各位可至 Intel 快速儲存技術 (Intel RST) 網頁，下載最新 15.5.0.1051 版本的 SetupOptaneMemory.exe 程式；若各位，除了要啟用 Optane，還要建立 RAID 磁碟陣列，則可選擇下載 SetupRST.exe。

下載後依照安裝精靈下一步、下一步的引導安裝即可，安裝完畢後會要求重新啟動系統，這時驅動會自動幫各位進行 BIOS 設定，讓各位可一鍵啟動 Optane 記憶體。


↑ 依照安裝精靈操作即可完成安裝。


電腦重新啟動後，再次啟動系統，會要求玩家完成啟動設定程序，按下啟用後稍待一會，系統會自動完成啟動 Optane 記憶體的設定。


↑ 重新啟動後，記得再將 Optane 記憶體設定為啟動。


↑ 稍待片刻。


啟用完畢後，在設定頁面中，會看到狀態已啟用且正在加速你的系統，而配置上也會列出，目前使用的 Optane 記憶體，以及系統磁碟機資訊；而在統計頁面中，會顯示最佳化排程的時間，也就是說根據使用者電腦安裝的程式、使用習慣，Optane 會自動學習，並自動最佳化。


↑ Optane 啟用後，狀態會顯示已啟用，並顯示出電腦的磁碟配置。


↑ 統計頁面中，則會顯示下次自動最佳化的時間。


但若各位不幸遇到 BIOS 沒自動設定，使得 Optane 記憶體無法啟用的狀況，各位可自行至 BIOS 設定當中，將 SATA 控制模式，調整為 RAID RST With Intel Optane，並將 M.2 PCIe Storage RAID 支援給啟動，另外再將 Boot 調整為 UEFI 優先模式，即可正常啟動 Optane 記憶體；各家 BIOS 設定有所不同，但理論上 Optane 記憶體在安裝程式時，會自動幫各位設定才對。


↑ SATA 調整為 RAID RST With Intel Optane，並啟動 M.2 PCIe Storage RAID 支援。


↑ BOOT 開機選項調整為 UEFI 優先模式。


HDD + Optane 記憶體電腦效能測試

若 Optane 測試只單單使用 SSD 測試工具來衡量效能，老實說這根本無法表現出「Optane 快取」的實力，畢竟 Optane 會自動學習，將使用者常用的將熱資料搬移至快取當中，讓開機速度、程式啟動的速度變更快。

因此，本次測試除了基本的 CrystalDiskmark 與 Anvils Storage Utilities 跑分測試，用來衡量 Optane 基本效能是否符合 Intel 所標示之規格；接著再使用 PCMark 8 模擬各種工作使用情境，並與單純使用 HDD、SSD 之系統相互比較。

系統碟的升級，對於用戶感受較深的莫過於「電腦開機」與啟動「遊戲」或「程式」，因此這兩部分則以 BootRacer 來測試開機速度；而啟動遊戲方面，則選擇三款：《俠盜獵車手 5》、《看門狗 2》與《全境封鎖》來測試。

測試平台
處理器：Intel Core i7-7700K
主機板：ASUS ROG MAXIMUS IX HERO
記憶體：Corsair DDR4 8GB*2
系統碟：1. WD Black 6TB + Optane 32GB、2. Intel SSD 540s、3. WD Black 6TB
電源供應器：Antec TruePower 750W
作業系統：Windows 10 Pro 64bit


CrystalDiskmark 預設採隨機資料進行測試，系統碟使用 WD Black 6TB + Optane 32GB，並啟用 Optane 加速後，於軟體第一次測試，即獲得循序讀取 1412 MB/s、寫入 298 MB/s 的成績，4K Q32TI 測試方面，讀取也有著 574.3 MB/s 的效能，只不過寫入就維持在 284.5 MB/s 的表現。


↑ WD Black 6TB + Optane 32GB 測試。


Anvils Storage Utilities 測試下，循序讀寫不像 CrystalDiskmark 這麼漂亮，但也叫貼近實際效能，循序讀取 1297 MB/s、寫入 178 MB/s，而 4K QD16 測試下讀取 269K IOPS、寫入 68K IOPS 與 Intel 所標示之規格相符。


↑ WD Black 6TB + Optane 32GB 測試。


PCMark 8 可以依據使用情境模擬電腦工作進行效能測試，且 PCMark 8 的測試項目中，除了衡量程式執行（CPU、RAM、VGA）的效能之外，儲存裝置的讀寫效能，亦會左右測試結果的分數。測試中分別以 Home、Creative、Work 與 Storage 進行測試；Home 主要測試網頁瀏覽、文字輸入、編輯相片、影音回放 / 編碼與遊戲測試；Work 測試則是模擬網頁瀏覽、寫入、試算表與影音回放 / 編碼；Creative 測試中則包含了 Home 與 Work 的項目，並加入更多的影音工作測試；而 Storage 測試則是以啟動遊戲、繪圖軟體、文書軟體來進行測試，並提供總分與裝置頻寬效能。

從測試結果可發現，Work 與 Home 模式，對於系統碟的要求並不大，單獨 HDD 的系統碟 Home 有著 5097 分、Work 5322 分，對比 SSD 或 HDD + Opane 分數差異並不大；而 Creative 測試項目，則有較明顯的差異，HDD 系統僅 7688 分，而 HDD + Optane 則有著 8554 分，不過最高分還是 SSD 獲得 9118 分。


↑ PCMark 8 效能測試比較（分數越高越好）。


但若我們使用 PCMark 8 Storage 測試，高下立判。HDD 系統總分 2995 分，而總頻寬僅只有 14.97 MB/s，至於 SSD 系統則只有 4901 分、總頻寬 208 MB/s，這項目由 HDD + Optane 獲得最高分 5041 分，並有著總頻寬 534 MB/s 的效能；可見 Optane 的加速效果，還是相當強悍。


↑ PCMark 8 Storage 測試（分數越高越好）。


BootRacer 能夠衡量電腦從 Windws Boot 開機到進入 Desktop 桌面的時間。測試的三種系統碟類型，都以 3 次開機所測得的時間取平均值比較；從圖表來看，結果相當明顯，單獨 HDD 當系統碟時，Windows Boot 到 Desktop 總開機時間為 54 秒；而單純 SSD 系統碟開機僅 19 秒，而本次的主角 HDD + Optane 的模式則要 21 秒。

就開機速度來看，有著 Optane 加速，確實能讓 TB 級的硬碟，加速到 SSD 開機的速度，這也是 Optane 所期望的，讓玩家有著 TB 級大容量與 SSD 高速讀取。


↑ 開機速度測試（秒數越短越好）。


遊戲啟動時間測試方面，則是透過 HDMI 輸入，將測試電腦的畫面擷取成影片，在經由影片的回放去計算，從桌面啟動遊戲到進入 Game Start 畫面的時間，以及按下繼續遊戲按鈕，遊戲開始載入到遊戲可控制的畫面時間 Game Load，用這兩段時間來衡量遊戲啟動的加速；而 Optane 具備學習功能，因此 HDD + Optane 測試三次，而單純 SSD 與 HDD 模式則分別測試兩次。

《俠盜獵車手 5》本身遊戲啟動時需要連網登入，從桌面啟動遊戲到進入遊戲 Start 畫面，會佔用較多的時間，而遊戲載入則相對短。下表 1st、2nd、3rd 代表著第一次、第二次、第三次測試，若比較第一次執行遊戲，HDD 總計需要 124 秒才能完成啟動與載入，而 SSD 則花費 98 秒，至於 HDD + Optane 則是 116 秒。

第二次測試，因為遊戲程式的資料，可能還暫存在記憶體當中，所以 HDD 啟動遊戲的速度縮短至 91 秒，而 SSD 同樣有這情況，第二次啟動則只要 92 秒，至於 HDD + Optane 第二次啟動就加速到 95 秒、第三次 88 秒。

從這結果來看，單獨 HDD 系統第一次啟動就是慢，但若各位在短時間內重新啟動遊戲第二次，由於資料還在暫存的關係，所以第二次 HDD 與 SSD 系統獲得相同的啟動時間；而 HDD + Optane 也在第二次啟動後，有著明顯的加速效果；換句話說第一次測，測的是系統碟的真讀取效能，而第二次之後都有暫存的關係，所以都有明顯變快。


↑ 《俠盜獵車手 5》啟動測試（秒數越短越好）。


《全境封鎖》的測試結果則與《俠盜獵車手 5》類似，這款遊戲啟動時也需要連網，而遊戲載入時也需連線，但因為現在這款遊戲的玩家少，所以不會出現卡在連線無法載入的問題；有趣的是，第一次啟動遊戲 HDD 84 秒、SSD 84 秒、HDD + Optane 91 秒，這三個都在比慢；而在第二次啟動後，HDD + Optane 68 秒、SSD 69 秒、HDD 72 秒，這可能與遊戲的啟動、載入設計有關，對於不同類型的系統碟，在讀取速度差異上，較不影響遊戲的開啟速度。


↑ 《全境封鎖》啟動測試（秒數越短越好）。


《看門狗 2》的結果與上述兩款遊戲有著差異，同樣在第一次啟動，HDD 與 HDD + Optane 速度相當 95 秒，但 SSD 第一次啟動就只有 84 秒；而第二次測試，HDD 雖然有變快一點，但與第一次秒數相差無幾僅加速 3 秒；而 SSD 與 HDD + Optane 的第二次測試，遊戲啟動速度來到 57 秒，而 Game Load 速度更是第一次的對折。


↑ 《看門狗 2》啟動測試（秒數越短越好）。


由此可見，不同遊戲的 Game Start 與 Game Load 設計，的確會與儲存遊戲的系統碟速度有關，HDD + Optane 第一次啟動就像是一般 HDD 一樣，但第二次啟動速度就來到 SSD 同級表現；但上述測試，唯一無法模擬的就是 Optane「記憶體最佳化排程」，這排程的機制屬於 Intel 的商業機密，在不知其運作模型下，難以進行模擬與測試，倘若每天固定執行遊戲數次，日復一日應該能在下次最佳化排程時，將遊戲的資料排進優化行列，這樣應該能讓遊戲啟動速度再加速才對。


總結

Optane 記憶體的出現，讓玩家在電腦組裝上，有了新的儲存組合，目前最主流的 SSD 系統碟與 HDD 資料碟的組合，算是目前最聰明的選擇；而 HDD + Optane，則讓玩家能夠建立，TB 等級的系統碟並有著 SSD 的加速度。

但 Optane 記憶體的缺點不外乎就是：1. 支援平台目前僅 Kaby Lake + 200 主機板、2. 寫入效能的濫觴。因此 Optane 適合推薦給，在意程式、遊戲啟動速度，又需要 TB 等級的系統碟玩家；若各位的電腦，需要快速的儲存寫入效能，則較不適合使用 Optane。

而根據上述的效能測試、遊戲啟動測試，可感受到 HDD + Optane 的加速，能帶給玩家如同 SSD 般的讀取效能；至於 Optane 32G 或 16G 的選擇，倘若筆者來選，無疑就是 32G 的版本，HDD + Optane 效能幾乎由 Optane 來主導，選擇 32G 獲得的讀取效能較好。

SSD + HDD 或 HDD + Optane 的組合，其實各位在選擇的是「主導權」。SSD + HDD 玩家可決定哪些程式、資料要儲存在 SSD 當中獲得最快的速度，而 HDD + Optane 則是由 Intel 幫各位依據使用習慣來加速，倘若各位替不懂電腦的人裝機，又聽到他常常唉說：「欸，那個系統碟怎麼這麼小拉！」，又沒多的預算買到 500GB 以上的 SSD 時，HDD + Optane 似乎就是不錯的選擇。

來源: Intel Optane 記憶體測試報告 / HDD 加速神兵 系統碟新選擇