於電子計算機之儲存媒介中，以 NAND 為基礎之快閃記憶體已逐漸取代了傳統的機械儲存裝置。時至今日，舉凡於手機、相機中所使用之記憶卡或內部記憶體，或於電腦系統中快速普及之 SSD，其絕大多數皆基於 NAND 技術所致生。
而隨著終端市場對於此類電子儲存媒體之需求日增，各快閃記憶體之製造商亦竭盡其力於更高集積度、更低生產成本，以及更具存取效能之新技術與產品。於此一演進過程中，已導入並普及之項目如 MLC/TLC 技術，其可於單一儲存單元上置入更多之資訊；此外，尚有利用 3D 製程來大量提升儲存密度及相對降低生產成本之製程革命，於近期興起。
然而，諸此袞袞之努力卻往往如同兩面刃──MLC/TLC 技術雖增加了資訊密度，卻延長了存取時間，也大幅降低了 NAND 之單元壽命。而另一方面，近期興起之 3D 製程的確有效地提升了晶片儲存密度，且大幅度地延長了 NAND 的單元壽命；但依然不可避免地，囿於可尋址範圍之擴大，而有無法縮短存取時間之隱憂存在。
Intel® 3D XPoint™ 記憶體
當 SSD 製程由 2D NAND 轉移至 3D NAND 之革命號角方才響起之當下，Intel® 與美光出乎意料地，於電子儲存媒體市場上投下一枚震撼彈——3D XPoint™。Intel® 與美光跳脫了 NAND 之舊有基礎而另闢蹊徑，採用新的材料與結構，從而開展出一場革命性躍進之新局。
有關於 3D XPoint™ 之儲存原理與技術目前原廠並未公布其詳細細節，茲將已發布之特性條列如下：
- 3D XPoint™ 其結構為將位元線(bit line)與字組線(word line)垂直交錯之記憶單元。
- 各層記憶單元具有可堆疊特性，以因應未來密度提升之需求。
- 構成 3D XPoint™ 之記憶搜尋單元並非電晶體結構，可大幅降低生產成本。
- 3D XPoint™ 具有位元可尋址(bit addressable)記憶單元特性，以此可顯著降低抹寫延遲時間，並大幅提升存取速度。
- 不基於電子之電阻式記憶單元使 3D XPoint™ 之壽命較傳統 NAND 具有巨幅增長之顯著優勢。
由上，3D XPoint™ 為不同於傳統 NAND 技術之全新記憶元件，亦不受限於目前 NAND 所面臨之困境與瓶頸，而使電子儲存媒體有了質與量之躍進。
Intel® Optane™ 技術
Intel® 將基於 3D XPoint™ 為基礎而生之儲存媒體應用命名為「Optane™ 技術」，其具備了上述高存取效能、低延遲性以及高耐受度等優勢。而初步應用了 Optane™ 技術之產品主要有 Intel® Optane™ 記憶體、Intel® Optane™ 固態硬碟，以及 Intel® Optane™ 技術資料中心解決方案。
而這其中，Intel® Optane™ 記憶體為針對消費市場之先驅產品，其憑藉了 3D XPoint™ 之優越特性，而能令使用者原有之機械式硬碟提升至 SSD 層級之體感速度。
我們於第一時間取得了 Intel® Optane™ 記憶體之全系列產品，並將其應用於一僅裝置傳統 HDD 之系統之上，並驗證其效能差異。
Intel® Optane™ Memory Series
初步面市之 Intel® Optane™ Memory Series 共有 16GB 與 32GB 兩種容量，外觀規格為 M.2 2280 型式，介面為 PCIe 3.0x2 NVMe。
32GB 之版本正面規劃有兩組記憶顆粒，16GB 則為一組，兩種容量皆為單面元件。
Optane™ Memory 採用 Intel® 自行研發之控制器，目前原廠並未公布記憶顆粒與控制器之詳情。
茲將原廠所公布之 Optane™ Memory Series 規格性能數據整理如下：
| 容量 | 16GB | 32GB |
| 型號 | MEMPEK1W016GA | MEMPEK1W032GA |
| 最高循序讀寫速度 | 900/145 MB/s | 1350/290 MB/s |
| 最高隨機讀寫IOPS | 190,000/35,000 IOPS | 240,000/65,000 IOPS |
| 讀寫延遲時間 | 7/18 μs | 9/30 μs |
| 最高寫入資料量 | 182.5 TB | 182.5 TB |
| MTBF | 1,600,000 | 1,600,000 |
| 保固 | 五年有限保固 | 五年有限保固 |
測試環境
Intel® Optane™ Memory Series 目前僅適用於 200 系列（以 B250/H270/Z270 晶片組為主）主機板及 Windows 10 作業系統，可搭配於 SATA HDD/SSD/SHDD 做為系統碟加速運用。實務上，使用者可將 Optane™ Memory 搭配至已存在作業系統之開機硬碟中，而不需要另行格式化與重新安裝作業系統。此外，使用者亦可控制 Optane™ Memory 功能之啟用與停用狀態。
於此測試中採用 ASUS ROG STRIX Z270E GAMING 主機板作為系統平台，其最新 BIOS 版本已完全支援 Optane™ Memory。另外搭配 TOSHIBA 2TB 傳統硬碟(DT01ACA200)作為系統碟，於裝置 Optane™ Memory 之前，已將 Windows 10 專業版作業系統安裝完成，以模擬使用者在既有環境上加裝 Optane™ Memory 之情境。測試平台之作業系統皆更新至最新狀態。
測試平台之規格：
- 中央處理器：Intel® Core™ i7-7700K
- 散熱模組：Cooler Master Hyper 212X Turbo
- 主機板：ASUS ROG STRIX Z270E GAMING
- 記憶體：A-DATA XPG Z1 DDR4-3000 8G*2
- 顯示卡：ASUS STRIX GTX1080 A8G GAMING
- 系統碟：TOSHIBA DT01ACA200 2TB HDD
- 電源供應器：Cooler Master V750 金牌 750W
- 作業系統：Windows 10 64位元 專業版，build 14393
Optane™ Memory 安裝方式
安裝 Optane™ Memory 之前，需確認主機板 BIOS 版本已更新至完整支援 Intel® Optane™ Memory 之版本。當 Optane™ Memory 裝妥後，主機板 BIOS 並不會顯示任何有關於此一 M.2 儲存裝置之資訊，我們亦不需透過主機板 BIOS 來進行特殊設定。
於裝置管理員中將會顯示一未能正確驅動之「標準 NVM Express 控制器」。
此時我們可於原廠網站下載 Optane™ 記憶體專屬程式來進行安裝。
專屬程式包含 Optane™ Memory Series 之驅動程式。安裝完成之後系統將提示重新啟動。重新啟動時，Optane™ 記憶體專屬程式將會對於主機板之 BIOS 進行調整，調整完成之後會再度重啟。
重啟之後系統將提示使用者目前尚未啟用 Intel® Optane™ 記憶體功能，此時可透過專屬程式進行啟用。
啟用 Optane™ 記憶體功能之後系統會對於 Optane™ Memory 進行初始化，成功之後將重新開機以進入加速環境。
於啟用 Optane™ 記憶體功能之環境中，可於裝置管理員中確認原有之硬碟已經轉變為「Intel Optane+1.8TBSSD」，而原有無法正常運行之「標準 NVM Express 控制器」則已安裝正確之驅動程式，而被系統辨識為「Intel Chipset SATA RAID Controller」。
此時於 Optane™ 記憶體專屬程式將會顯示加速功能已啟用，並顯示相關之資訊。
於磁碟管理員中僅顯示既有硬碟之磁區資訊。
而若安裝 Optane™ Memory 為 32GB 之版本時，專屬程式亦會啟動記憶體最佳化排程功能，而系統將自動對 Optane™ 記憶體進行定期之最佳化。
Optane™ Memory 16GB+2T HDD 基本效能測試
由 Optane™ Memory 結合形成之硬碟仍然會回應標準之 SATA 資訊，以此當使用 CrystalDiskInfo 查看「Intel Optane+1.8TBSSD」時，會顯示原有 TOSHIBA 2TB 傳統硬碟(DT01ACA200) 之詳細資訊。
AS SSD Benchmark 測試
AS SSD Benchmark 基本測試循序讀取 884.63 MB/s、寫入 144.67 MB/s。4K 讀取 161.67 MB/s、寫入 83.65 MB/s。於循序讀取部分雖較傳統硬碟要大幅提升，但仍未達一般 NVMe SSD 之層級。寫入效能則有可能囿於 16GB 版本之頻寬，以及傳統硬碟本身之限制，以此效能並不顯眼。令人矚目之焦點在於 4K 讀取部分體現了 3D XPoint™ 之特性，而大幅超越了既往 NAND SSD 之能力。
使用 AS SSD Compression-Benchmark 測試之結果顯示，Optane™ Memory 16GB+2T HDD 之讀寫曲線十分平順，並未有快取不足之大幅波動現象。
Anvil's Storage Utilities 測試
Anvil's Storage Utilities 測試顯示 4MB 區塊之循序讀取 891.60 MB/s、寫入 143.40 MB/s。4K 讀取 169.92 MB/s、寫入 85.14 MB/s。與 AS SSD Benchmark 之結果差異不大。
CrystalDiskMark 測試
CrystalDiskMark 測試結果循序讀取 917.0 MB/s、寫入 151.6 MB/s。4K 讀取 199.9 MB/s、寫入 92.6 MB/s。而 zero fill 測試結果亦十分相近，顯示 Optane™ Memory 所採用之控制器並不會針對資料進行壓縮加速。
TxBENCH 測試
TxBENCH 測試結果 128KB 區塊 QD32 循序讀取 942.449 MB/s、寫入 153.007 MB/s。4K 讀取 174.478 MB/s、寫入 89.135 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——Neither 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 Neither 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 934 MB/s、寫入 152 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——I/O Comparison Random 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 I/O Comparison Random 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 907 MB/s、寫入 152 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——Overlapped I/O QD8 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 Overlapped I/O QD8 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 949 MB/s、寫入 153 MB/s。
Optane™ Memory 32GB+2T HDD 基本效能測試
AS SSD Benchmark 測試
AS SSD Benchmark 基本測試循序讀取 1295.54 MB/s、寫入 251.16 MB/s。4K 讀取 184.53 MB/s、寫入 115.96 MB/s。此測試結果於循序讀取部分已可與 NAND SSD 並駕齊驅，而 4K 讀寫能力則完全展現 3D XPoint™ 之優勢。
使用 AS SSD Compression-Benchmark 測試之結果顯示，Optane™ Memory 32GB+2T HDD 之讀寫曲線亦十分平順，而未呈現大幅波動之現象。
Anvil's Storage Utilities 測試
Anvil's Storage Utilities 測試顯示 4MB 區塊之循序讀取 1297.85 MB/s、寫入 270.83 MB/s。4K 讀取 184.2 MB/s、寫入 109.59 MB/s。與 AS SSD Benchmark 之結果差異不大。
CrystalDiskMark 測試
CrystalDiskMark 測試結果循序讀取 1343 MB/s、寫入 293.4 MB/s。4K 讀取 222.3 MB/s、寫入 134.2 MB/s。而 zero fill 測試結果亦十分相近。
TxBENCH 測試
TxBENCH 測試結果 128KB 區塊 QD32 循序讀取 1404.052 MB/s、寫入 295.603 MB/s。4K 讀取 205.111 MB/s、寫入 128.128 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——Neither 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 Neither 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 1373 MB/s、寫入 294 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——I/O Comparison Random 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 I/O Comparison Random 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 1319 MB/s、寫入 294 MB/s。
ATTO Disk Benchmark——Overlapped I/O QD8 測試模式
以ATTO Disk Benchmark於 Overlapped I/O QD8 測試模式，最高傳輸速度約為讀取 1410 MB/s、寫入 296 MB/s。
進階效能分析
我們將 2T HDD 之原始測試數據相較於其搭配 16GB 與 32GB Optane™ Memory 之測試結果進行交叉分析，所得之結果分述如下：
循序讀寫傳輸率
交叉比對循序讀寫之測試結果可得知，在讀取部分，16GB 與 32GB Optane™ Memory 皆可提供大幅之性能提升。而在寫入部分，因運作方式基於快取原理，其性能提升則較為有限，但仍有所進步。且搭配 32GB Optane™ Memory 時，系統之整體循序寫入效能約可提升 81%。
4K 讀寫傳輸率
而比較不同情況下 4K 讀寫傳輸率之結果，可了解 Optane™ Memory 之威力於 4K 傳輸部分展露無疑。Optane™ Memory 對於使用者之體感加速部分，確有其十分明顯之效益。
佇列深度比較
比較不同組合之佇列深度測試結果，可得知在讀取狀態之下，搭配 Optane™ Memory 之組合十分明顯地可以承受更高之同時佇列請求，也能提供更佳之 IOPS 表現。而 32GB 之 Optane™ Memory 較 16GB 者有更佳之表現。
在寫入部分，Optane™ Memory 亦明顯提供了更佳之寫入佇列需求，雖然連續傳輸速度有其上限，但 Optane™ Memory 有效提高了加速系統針對多緒寫入之能力。
不同傳輸量之比較
比較不同容量產品於 ATTO Disk Benchmark Neither 測試模式之結果，可得知不同之組合有其不同之速率上限，單獨 2T HDD 之讀取速率上限約在 200 MB/s，搭配 16GB 之 Optane™ Memory 之速率上限則約在 950 MB/s，而搭配 32GB 之 Optane™ Memory 之後，讀取速率上限則可大幅提升至 1400 MB/s。
在寫入部分，當傳輸區塊於 4K 以下時，搭配 Optane™ Memory 之組合具有明顯之優勢。但十分戲劇化地，搭配 16GB Optane™ Memory 之組合於超過 4K 之傳輸區塊，其寫入速率反而較單獨 2T HDD 要低。然而當所搭配 Optane™ Memory 其容量為 32GB 時，無論於讀取或寫入皆有顯著之效能提升。
熱檔快取特性
Optane™ Memory 擁有智慧型快取熱檔功能，會針對作業系統之特性及分析使用者之操作習性，將最經常或最近開啟之檔案（熱檔）加以快取，以達成硬碟加速之目的。依實際操作體驗而言，於 16GB 加速模式初次進行 NOD32 全系統掃描，需時 138 秒，但第二次進行全系統掃描時，所耗時間大幅縮短至 5 秒鐘。
而搭配 32GB Optane™ Memory 之加速模式下，初次全系統掃描耗時 141 秒，第二次則為 9 秒。究其原因，在大量讀取小檔之情況下，因為 32GB 搜尋快取所需之空間將會倍增，且 32GB 模組之讀寫延遲(9/30 μs)較 16GB 者要稍長(7/18 μs)，以此累積之所需時間會較長。
額外地，相較於單獨 2T HDD 之條件下，NOD32 全系統掃描需時 152 秒。比較不同條件下全系統掃描所需之時間，可推論 Optane™ Memory 應會對 SATA I/O 傳輸額外進行最佳化調整，以此即便於未有快取熱檔之前提下，搭配 Optane™ Memory 之組合仍較單獨 HDD 有較差之讀取表現。
相同之熱檔快取加速效應也可以於 PCMark 8 測試中展露無遺。進行 PCMark 8 之各項測試時，測試程序會模擬一般應用程式之開啟與運作過程，再進行評測。而這個模擬之應用操作過程亦會被 Optane™ Memory 進行熱檔快取，以此相同之測試項目，於第二次測試時將較第一次測試時有顯著之效能上升。
於搭配 16GB Optane™ Memory 之加速模式中進行兩次 Home Accelerated 評測，得分由 5676 上升至 5688。而比較未加速與利用 Optane™ Memory 加速之結果，其得分則由 5476 大幅上升至 5676 分，顯見 Optane™ Memory 於應用操作之加速效益十分之明顯。
而於兩次 Creative Accelerated 評測項目中，加速系統之得分由 8528 上升至 8680。而相較未加速與加速後之測試結果，其得分亦由 8099 大幅上升至 8528 分。
此外於兩次 Work Accelerated 評測項目中，加速系統之得分由 5644 上升至 5752。而應用 Optane™ Memory 之加速表現亦使測試結果由 5512 上升至 5644 分。
而無意外地，於著重讀寫之 Storage 評測項目中，加速系統之得分由 4919 上升至 4979，評測傳輸率由 355.57 MB/s 提升至 374.72 MB/s。此外，16GB Optane™ Memory 令系統之評測得分由 2776 上升至 4919 分，評測傳輸綠亦由 12.56 MB/s 大幅躍升至 355.57 MB/S。
茲將上述 PCMark 8 之測試結果整理於下表，可明瞭 Optane™ Memory 於系統實際操作之加速效益：
| 測試條件 | Home Accelerated | Creative Accelerated | Work Accelerated | Storage |
|---|---|---|---|---|
| 2T HDD | 5476 | 8099 | 5512 | 2776 |
| Optane 16G+2T HDD | 5676 | 8528 | 5644 | 4919 |
| Optane 16G+2T HDD, 2nd test | 5688 | 8680 | 5752 | 4979 |
次世代記憶元件將 HDD 之體感速度提升至 SSD 之層級
由以上之基礎與進階測試之結果吾人可明瞭，Intel® Optane™ Memory 憑藉其 3D XPoint™ 次世代技術之優勢，使系統於一般小區塊讀寫時，具有優於傳統硬碟數萬倍以上之效率與多佇列優勢，而令使用者之體感速度能趨於 SSD 之層級。加諸以 Optane™ Memory 專屬程式對於常用檔案快取最佳化之能力，而使得使用者能於經常使用之條件下甚或有超越 SSD 之能力。Optane™ Memory 的確提供了使用者以更低廉之建置成本，獲得 TB 級快速儲存媒體之選擇性。
3D XPoint™ 掀起了非揮發性記憶體之次世代革命
Intel® 之 3D XPoint™ 技術於本質上突破了傳統 NAND 之技術瓶頸與擴充門檻，而突入了原先 NAND 所不可及之領域。3D XPoint™ 憑藉其相較簡易之結構與壽命優勢，相信將成為次世代非揮發性記憶體之主流。而此項技術革命之風潮，亦將進一步地擠壓 NAND 之市場空間，而加速催化儲存媒體之電子化趨勢。