将来のゲームPCは「メモリ＋Optane＋SSD」の構成になる？ 「Intel Memory and Storage Day 2019」レポート

　去る2019年9月26日，Intelは，韓国・ソウルで世界各国の報道関係者を集めた独自イベント「Intel Memory and Storage Day 2019」を開催した。このイベントでは，Intelのメモリおよびストレージ技術やソリューションに関する最新情報が紹介された。
　イベントで発表となった話題の概要については，すでに掲載済みであるが，本稿では，4Gamer読者の関心もありそうな話題を中心に，より詳しい内容や展示の様子をレポートしたい。

データセンター向けの144層QLC 3D NANDが2020年に登場

Kristie Mann氏（Non-volatile Memory Solutions，Data Center Group Senior Director of Product Management，Intel）

　まずは，Intelが注力する3D NANDフラッシュメモリ（以下，3D NAND）と，3D XPoint技術を用いる「Optane Memory」（以下，Optane）関連の話題から始めよう。ステージに登壇したKristie Mann氏は，データセンター向け製品の動向について解説した。

　Intelは，「インタフェースはより高速に，メモリとストレージはより大容量に，演算処理をあらゆるものに」というコンセプトで，データセンター向け製品を展開しているとMann氏は述べる。しかし，DRAMチップの記憶容量の場合，かつては3年で4倍も向上していたものの，64Mbit DRAM以降は2年で2倍，4Gbit DRAM以降は4年で2倍に成長ペースが鈍化しており，データが増加するペースに追いつけなくなっているそうだ。

Intelのデータセンター向け製品ポートフォリオ。インタフェースはより高速に，メモリとストレージはより大容量に，演算処理をあらゆるものにというコンセプトで，製品を展開している

　一方，Intelの3D NANDは，32層から64層，そして96層へと順調に多層化を続けてきており，2020年に登場予定の第4世代3D NANDでは，ついに100層を超えて144層になるという。

3D NAND技術は，2020年に144層の第4世代に移行する予定だ

　製品としては，第10世代Coreプロセッサ「Ice Lake」や「Cooper Lake」といった開発コードネームを持つ2020年登場予定のXeonプロセッサに合わせて，96層の3D NAND SLCを採用するSSD「Cliffdale-R」と，144層のQLC 3D NANDを採用するSSD「Arbordale＋」（いずれも開発コードネーム）が登場する。144層QLC 3D NANDのSSDへの採用は業界初となるそうだ。
　また，Optaneを使ったデータセンター向け製品としては，第2世代のOptane DC Persistent Memoryと「Barlow Pass」，および第2世代Optane DC SSD「Alder Stream」（いずれも開発コードネーム）を予定しており，その後もCPUの世代更新に合わせて，新しいSSDとOptaneの製品を投入する予定であるそうだ。

データセンター向けのメモリとストレージに関するロードマップ

SSD 665pは読み書きともに1800MB/s超を実現

Intel Fellow ＆ Chief 3D NAND ArchirtectのPranav Kalavade氏

　3D NANDと採用製品の概況については，Chief 3D NAND Archirtectを務めるPranav Kalavade氏が解説した。Kalavade氏によると，Intelはフラッシュメモリの技術についても，業界のリーダーシップをとり続けているという。

Intel製フラッシュメモリがどのように微細化と記憶容量を増やしてきたかを示したスライド

　同社の3D NANDは，垂直フローティングゲート（浮遊ゲート）方式を採用しており，チャージトラップ（電荷捕獲）方式のNANDフラッシュメモリと比べて，セル間の電荷の干渉がなく，データを長く保持できるため，高い信頼性を実現すると強調していた。

垂直フローティングゲート方式（左）とチャージトラップ方式（右）の比較。垂直フローティングゲートはチャージトラップと比べて，セル間の電荷の干渉がなく，データを長く保持できる

　面積あたりのビット密度でも，Intelの3D NANDは最先端を実現しており，96層の第3世代3D NANDでは，6.1Gbit/mm²を達成した。3D NANDは，現在4bitのデータを1のセルに記録するQLC（Quad Level Cell）を採用しているが，Intelによる実験では，すでに5bitのデータを1つのセルに記録することに成功しているとのことだ。

Intelは96層の第3世代3D NANDで，6.1Gbit/mm²の記録密度を達成した

　またKalavade氏は，データセンター向けSSDの新しい規格として，「E1.L」と「E1.S」という新しいフォームファクタを発表した。長いケースにSSDを収納するE1.Lを使うと，1ラックで既存のU.2接続型SSDと比べて2.6倍の容量を実現する。E1.Sの場合，1ドライブあたりでM.2 SSDと比べて2倍の容量を実現でき，放熱効率も優れているそうだ。

E1.Lを使うと1ラックでU.2の2.6倍の容量を，E1.Sを使うとM.2 SSD比で2倍の容量を実現できる

　一般消費者向け製品においても，SerialATA接続型HDDは多くの面でQLC NANDを使ったPCI Express（以下，PCIe）接続型SSDにはかなわないと，Kalavade氏は主張する。氏によると，SSDの年間故障率はHDDよりも4.2倍も低く，消費電力も57％少ない。物理的なサイズも20分の1で済むうえ，性能に至っては実に300倍の差があるという。

HDDは多くの面で，PCIe接続のQLC SSDにはかなわないとするスライド

　たとえば，2018年9月に発表された64層のQLC 3D NANDを採用した「Intel SSD 660p」（以下，SSD 660p）は，7200rpmのHDDと比べて，ゲームのロードが40％も高速で，ゲームの起動は77％速いそうだ。

64層のQLC 3D NANDを採用したSSD 660pと，HDDの性能を比較したスライド。下側に書かれた「2020年には144層のQLN NANDの量産が開始される予定」というのは前段で触れたとおり

SSD 665pとSSD 660pの比較デモ

　なお，Pranav氏の講演では，SSD 660pの後継製品となる「Intel SSD 665p」（以下，SSD 665p）の詳細については明らかにされなかった。ラウンドテーブルの場で質問しても，2019年第4四半期に登場することと，96層のQLC 3D NANDを使うことが説明されただけだったのだが，実のところ，講演会場の隣で開催されていたショーケースでは，SSD 660pとSSD 665pの性能比較デモが行われていた。

ショーケース会場に置かれていたSSD 665p

　記憶容量1TBモデル同士での「CrystalDiskMark」による比較デモのスコアを確認した結果を表にまとめておいた。見てのとおり，SSD 665pは，SSD 660pと比べてかなり高速になっているようだ。
　もちろん，TLCベースのPCIe接続型M.2 SSDではもっと高速な製品もあるが，QLCでもこれだけの性能が出るのであれば，一般消費者向け製品としては十分であろう。

CrystalDiskMarkによるSSD 665p（左）とSSD 660p（右）のスコア

表　SSD 665pとSSD 660pの性能比較

	SSD 665p	SSD 660p
逐次読み出し	1816.56MB/s	1228.62MB/s
逐次書き込み	1887.50MB/s	1333.17MB/s
ランダム読み出し	17279 IOPS	13137 IOPS
ランダム書き込み	47608 IOPS	37105 IOPS

第2世代の「Optane DC Persistent memory」が2020年に登場

　Intelが新世代のメモリ技術として力を入れるOptane関連の最新情報については，Lead ArchitectのMohamed Arafa氏と，不揮発性メモリ担当Chief Systems ArchitectのFrank Hady氏が解説を行った。

Mohamed Arafa氏（Senior Principal Engineer and Lead Architect，Intel）

Optane Memory H10を手にするFrank Hady氏（Intel Fellow and Chief Systems Architect Non-volatile memory solutions，Intel）

　Optaneを採用するデータセンター向け製品には，DDR4 SDRAMを搭載するDIMMモジュールと同じスロットに取り付け可能で，DRAMと合わせて主記憶として使う「Optane DC Persistent memory」と，PCIe接続で高速なストレージとして使う「Optane DC Solid State Drive」の2種類がある。

3D XPointの構造。2つのアクセスラインが立体構造でクロスしているので3D XPointというわけだ

　現在，メモリとストレージの階層構造には，いくつかのギャップがあり，そのギャップを埋めるのが，Optaneと3D NANDであるというのがIntelの主張だ。データセンターが扱うデータのサイズは，3年で2倍のペースで増加しているのだから，階層構造のギャップを埋めることが急務であるというわけだ。
　Optaneの土台となるメモリ技術の3D XPointは，ビットライン（Bit line）とワードライン（Word line）と呼ばれるアクセスラインが直行（クロス）する構造で，ビットラインの上と下にメモリセルがある2層構造となっている。将来的には，この構造を上下に重ねた4層構造とすることで，容量を2倍にできるという。

現在のOptaneは左のような2層構造だが，右のような4層構造にすれば，記憶容量を2倍に高められる

　Optaneを採用する製品ラインナップについては，まずOptane DC Solid State Driveから見ていこう。
　現在のラインナップとしては，PCIe 3.0 x4対応の「Optane SSD DC P4800X」「Optane SSD DC P4801X」と，PCIe 3.0 x2対応の「Optane SSD DC D4800X」の計3製品がある。

Optane DC Solid State Driveの製品ラインナップ。もちろんゲーマーが買うような製品ではない

　一方，一般消費者向け製品では，QLC 3D NANDとOptaneの両方を搭載したハイブリッドストレージ「Optane Memory H10」という製品が販売中だ。Optane Memory H10では，Optaneをストレージキャッシュとして利用している。

Optane Memory H10の構成

　イベントでは容量32GBのOptaneと容量512GBのQLC 3D NANDを搭載したマシンと，容量512GBのTLC 3D NANDだけを搭載したマシンによる性能比較デモも行われた。
　1つのタスクを動かした場合，Optaneをキャッシュとして搭載したマシンが5.5秒，Optane非搭載マシンが7.61秒で完了したが，ファイルコピーをしながら画像編集ソフト「Photoshop」を動かすといった複数のタスクを同時に動かした場合，Optane搭載マシンが5.12秒で完了したのに対し，Optane非搭載マシンは33.42秒もかかり，Optaneの効果が大きいことを証明していた。
　2020年登場予定の次世代Optane DC SSDである「Alder Stream」は，現行製品の「Intel SSD DC P4610」と比べて3倍高性能で，レイテンシは4分の1も低くなるそうだ。

シングルタスクのテストでは，左のOptane搭載マシンと右の非搭載マシンの差は小さい

しかし，重いタスクを同時に動かすテストでは，Optane搭載マシンと非搭載マシンの間には大きな差がついた

　ストレージ製品以上に将来のPCにおいて重要な要素になるかもしれないのが，メモリモジュールタイプのOptane DC Persistent Memory（以下，Persistent Memory）だ。現在のPersistent Memoryは，サーバーシステム向けであるが，2020年にはワークステーションで使えるようになり，将来的にはクライアントPCでも利用できるようになるという。

　Persistent Memoryのモジュールは，DDR4 DIMMモジュールとピン互換があるので，そのままDDR4 DIMM用スロットに装着できる。Persistent Memoryには，1モジュールあたり記憶容量128，256，512GBの3モデルがあり，CPU 1基あたり最大3TB，1台のワークステーションでは最大6TBを搭載できるという。

Persistent Memoryの特徴。DDR4 DIMMとピン互換があり，そのままDDR4 DIMMスロットに装着できる

Persistent Memoryは，モジュールが1つのシステムとなっており，バッファメモリや暗号化機能などを搭載する

Persistent Memoryのラインナップ。1モジュールで最大記憶容量は512GBとなる

　Persistent Memoryは，メモリモードとアプリケーションダイレクトモードの2種類の使い方が可能だ。メモリモードは，アプリケーションからはメモリのように見えるモードで，DDR4メモリがPersistent Memoryのキャッシュとして使われる。一方，アプリケーションダイレクトモードでは，アプリケーションがDDR4メモリとPersistent Memoryを明示的に使い分けられるという。ただ，アプリケーションがダイレクトモードを利用するには，アプリケーションをOptane対応に作り換える必要がある。

メモリモードでは，DDR4メモリがPersistent Memoryのキャッシュになるため，キャッシュヒットし続ける限りは，DDR4メモリ側にアクセスし続ける。一方，アプリケーションダイレクトモードでは，アプリケーション側がDDR4メモリとPersistent Memoryを明示的に使い分けられる

Optane SSDは，NAND SSDに比べて大幅にレイテンシが低いが，Persistent Memoryのレイテンシは，さらに数十分の1しかない

　さて，これまではデータセンター向け製品にしか使われていなかったPersistent Memoryだが，前述のようにIntelは，これをクライアントPCにも展開していく計画である。
　クライアントPCにおけるPersistent Memoryの効果だが，PCワークステーションでは，より大きなモデルを快適に扱えるようになるほか，ビデオ編集やプログラムのビルド高速化などに貢献するという。また，今までよりも多くのアプリケーションやWebブラウザのタブを同時に開けるようになり，アプリケーションの切り替えも高速になるとIntelはアピールしていた。
　ゲーム用途についても言及があり，ロード時間短縮や高速なゲームの切り替え，シーンのスムーズなロードが可能になるとのことだ。

クライアントPCでPersistent Memoryを使った場合の利点を挙げたスライド。ゲーム用途でも効果ありという

テスト用に改造した「DOOM3」を用いて，テスト対象のマップを一度読み込んだ状態で，「CONTINUE GAMES」を実行して再読込するのに要する時間を比較したデモ。Persistent Memory非搭載のマシンでは15秒かかったのに対し，Persistent Memory搭載マシンでは8秒で起動したという

　クライアントPCでPersistent Memoryを使うとなると，当然，OS側での対応も必要だ。現在は，ワークステーション用の「Windows 10 Pro for Workstations」がPersistent Memoryをサポートしているが，これを拡充する必要がある。ということで，Microsoftは，将来のクライアントPC向けWindowsでPersistent Memoryに対応するプランであることを明らかにした。
　クライアントPCとOSが対応することで，将来のPCにおけるメモリとストレージの階層構造は，DDR4メモリとPersistent Memory，Optane SSDとQLC 3D NAND SSDといった4段階の構造が完成するというわけだ。

　会場のショーケースでも，Persistent Memoryによるデモが行われていた。アプリケーションダイレクトモードで動作する「SPECwpc」のスコアは，Persistent Memory利用時のほうが数倍高いといった具合で，かなりの高性能が期待できるようだ。

ショーケースのデモマシン。メモリクーラーの下にPersistent Memoryが1枚と，DDRが2枚取り付けられていた。CPUに近い側にある白いシールの付いたモジュールがPersistent Memoryだ

Windows 10 Pro for Workstationsでシステムを開いたところ。メモリの項目に「535GB（31.7GB usable）」と表示されている（左）。右はアプリケーションダイレクトモードで動作する「SPECwpc」のベンチマーク結果

　そのほかにも，Intelは，3D XPointに関してMicron Technology（以下，Micron）と組んでいたパートナーシップが解消となったことを受けて，ニューメキシコ州のリオランチョ（Rio Rancho）にある自社工場「FAB 11X」に，Optane製造ラインを作ることを明らかにした。Micronとのパートナーシップが途切れても，今後のOptaneの供給に問題はないと強調していた。

ニューメキシコ州リオランチョにあるファブ「FAB 11X」に，Optaneの新しい製造ラインを作る

　全般的に，ゲーマーにとって直接関係のある話題は少なかったが，SSD 665pの性能や，Persistent MemoryをクライアントPCにも広げていく計画が明らかになったのは興味深いと言えよう。将来のゲーマー向けPCでは，メモリスロットのいくつかにPersistent Memoryが取り付けられて，メモリとSSDだけのシステムよりも快適なPC環境を実現するようになるかもしれない。

Intelの当該プレスリリース（英語）