Intel Optane Memory im Test: 3D XPoint gegen NAND‑Flash und Magnetspeicher

Testsystem und Testmethodik

Sämtliche Tests wurden auf einer bestehenden Windows-Installation mit folgenden Komponenten durchgeführt:

• Mainboard: MSI Z270 Gaming Pro Carbon
• CPU: Intel Core i7-7700K (Kaby Lake)
• RAM: 2 × G.Skill TridentZ DDR4-3200 8 GB
• Laufwerke:
  Intel Optane Memory 32 GB
  Western Digital WD Black 4 TB
  Samsung 950 Pro 512 GB
  Western Digital WD Blue SSD 500 GB
• Betriebssystem: Windows 10 Pro 64 Bit

Um eine konstante Leistung zu ermöglichen, wurden die Stromsparmodi sowohl im BIOS als auch unter Windows deaktiviert. Die CPU lief konstant mit 4,2 GHz. Zusätzlich wurden der Windows-Update-Dienst und die Echtzeitprüfung von Windows Defender abgeschaltet, um Einflüsse durch Hintergrundaktivität auszuschließen.

Folgende Benchmarks und Software kam zum Einsatz:

• Anvil's Storage Utilities 1.1.0
• CrystalDiskMark 5.2.1
• PCMark Vantage 1.2.0.0
• GIMP 2.822
• Libre Office 5.3.3.2
• Google Chrome 58

Leistung

Hinweis: Die wahre Leistung des Optane Memory entfaltet sich erst nach mehreren Durchläufen, wenn die Software „gelernt“ hat, welche Daten bevorzugt auf dem Cache-Modul landen sollen. ComputerBase hat sich dafür entschieden, dennoch wie auch bei den Vergleichskandidaten den Mittelwert aus drei Messungen in die Diagramme aufzunehmen. Denn in der Praxis wechseln sich wiederholte Abläufe und neue Daten ab.

Benchmarks

Anvil-Benchmark verdeutlicht die Stärken von 3D XPoint

Das wahlfreie Lesen kleiner Daten (4K Random Read) ist die große Stärke des Optane Memory. Der 3DXP-Speicher erlaubt schnellere Zugriffe als NAND-Flash und kommt zudem bereits bei geringer Anfragetiefe auf Touren. 239 MB/s und über 60.000 IOPS bei 4K Random Read bedeuten eine mehr als viermal so hohe Leistung gegenüber der Samsung 950 Pro. Erst bei hoher Anfragetiefe (Queue Depth 16) holt die PCIe-SSD mit NAND-Flash auf, erreicht aber nicht einmal die Hälfte der Random-Read-Leistung des Optane Memory. Die Antwortzeiten beim Lesezugriff sind erheblich kürzer. Die HDD läuft erwartungsgemäß im Schneckentempo praktisch außer Konkurrenz – der Magnetspeicher benötigt viel zu lange für den Dateizugriff und ist bereits NAND-Flash hoffnungslos unterlegen. Nur im Tandem mit dem Optane-Cache erhält der Speicher Flügel, wenn Zugriffe auf den 3DXP-Speicher ausgelagert werden.

Bei sequenziellen Lesen wird der Optane Memory durch die Schnittstelle ausgebremst, hier kann die 950 Pro mit doppelter Bruttodatenrate von PCIe 3.0 x4 ordentlich Boden gut machen. Insbesondere schreibend ist die Samsung-SSD erheblich schneller: Nur etwa 270 MB/s schafft der Optane Memory und ist damit langsamer als die SATA-SSD. Die 950 Pro erreicht dagegen über 1.400 MB/s.

Die Schreibschwäche des Optane Memory entpuppt sich auch beim wahlfreien 4K-Zugriff. Hier sind die Zugriffszeiten schlechter als bei der Samsung 950 Pro, was im Umkehrschluss einen niedrigeren Durchsatz und weniger IOPS bei 4K Random Write bedeutet. Bei QD16 wird Optane dann sogar von der SATA-SSD überholt.

Random Read hui, random write so lala

Der CrystalDiskMark liefert keine neuen Erkenntnisse bezüglich der Stärken und Schwächen des Optane Memory, soll aber aufgrund der Popularität an dieser Stelle nicht fehlen. EIndrucksvoll zeigt sich erneut die Stärke beim wahlfreien Lesen und die Schwäche beim Schreiben.

Praxisnah: Trace-Benchmarks mit PCMark Vantage

Für den aktuellen PCMark 8 war auf dem Optane Memory schlichtweg zu wenig Platz. Mit WIndows 10 und Programmen blieben nur wenige Gigabyte übrig. Daher musste der ältere PCMark Vantage die Rolle des Trace-Benchmarks mit „Spuren“ in Form von aufgezeichneten Transferszenarios realer Anwendungen an dieser Stelle übernehmen. Das Gespann aus HDD + Optane Memory zeigte sich hier sogar am schnellsten. Allerdings nur im Schnitt von drei Durchläufen, denn bei der ersten Messung wurde nur etwa die doppelte Leistung der HDD ohne Optane erreicht. Details dazu liefert der Abschnitt zum Caching.

Praxis

Die Theorie zeigte immense Vorteile des Optane Memory beim wahlfreien Lesen kleiner Dateien. Genau dies geschieht beim alltäglichen Starten von Programmen. Doch in den praktischen Anwendungstests zeigt sich ein geringerer Vorteil. GIMP startet auf dem Optane Memory immerhin 15 Prozent schneller als auf der Samsung 950 Pro, bei Chrome sind es noch zehn Prozent Vorsprung. Absolut erscheint der Vorteil gering, denn die Zeitersparnis beträgt bei GIMP lediglich zwei Sekunden und bei Chrome eine Zehntelsekunde. Bereits herkömmliche SSDs sind hier sehr schnell. Doch zeichnet sich eine Paradedisziplin für den 3DXP-Speicher ab: Programmstarts. Die Vorteile sind jedoch erst spürbar, wenn ein generell langsam startendes Programm zum Einsatz kommt.

Bei der Installation von Software kommt es wiederum auch auf die Schreibleistung an. Hier hatte der Optane Memory in Benchmarks bereits Schwächen offenbart. So wundert es nicht, dass die Samsung 950 Pro beim Installieren die Nase vorn behält, wenn auch nur knapp. Als Cache macht der Optane Memory seine Sache erneut richtig gut und macht der sonst langsamen HDD ordentlich Beine.

Auch beim Starten von Windows ist der Optane Memory schneller als die Konkurrenz, hier werden erneut viele kleine Dateien geladen. Der absolute Zeitvorteil ist gegenüber herkömmlichen SSDs aber gering: Eine normale SATA-SSD schafft dies in 18 Sekunden, der Optane Memory als Systemlaufwerk in 16 Sekunden. Die HDD benötigt allein allerdings mit 48 Sekunden rund eine halbe Minute länger als die elektronischen Massenspeicher. Mit herkömmlichen Festplatten kommt keine Freude im Alltag auf, zumindest, wenn man die Leistung einer SSD gewohnt ist.

Die Virensuche mit Windows Defender ist durchaus ein Argument für den Optane Memory als HDD-Beschleuniger, doch keineswegs ein klarer Vorzug gegenüber einer aktuellen SSD mit NAND-Flash. Nur fünf Sekunden und damit zwei Prozent schneller als auf der Samsung 950 Pro wird die Aufgabe erledigt. Die WD Blue SSD mit SATA ist nur drei Prozent langsamer.