技術問答

      服務器內存主要技術和類型

      2020-05-29
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      服務器內存主要技術和類型   
             服務器內存也是內存(RAM),它與普通PC(個人電腦)機內存在外觀和結構上沒有什么明顯實質性的區別,主要是在內存上引入了一些新的特有的技術,如ECC、ChipKill、熱插拔技術等,具有極高的穩定性和糾錯性能。   服務器內存主要技術:   
            
             (1)ECC   在普通的內存上,常常使用一種技術,即Parity,同位檢查碼(Parity check codes)被廣泛地使用在偵錯碼(error detectioncodes)上,它們增加一個檢查位給每個資料的字元(或字節),并且能夠偵測到一個字符中所有奇(偶)同位的錯誤,但Parity有一個缺點,當計算機查到某個Byte有錯誤時,并不能確定錯誤在哪一個位,也就無法修正錯誤。基于上述情況,產生了一種新的內存糾錯技術,那就是ECC,ECC本身并不是一種內存型號,也不是一種內存專用技術,它是一種廣泛應用于各種領域的計算機指令中,是一種指令糾錯技術。ECC的英文全稱是“ Error Checking and Correcting”,對應的中文名稱就叫做“錯誤檢查和糾正”,從這個名稱我們就可以看出它的主要功能就是“發現并糾正錯誤”,它比奇偶校正技術更先進的方面主要在于它不僅能發現錯誤,而且能糾正這些錯誤,這些錯誤糾正之后計算機才能正確執行下面的任務,確保服務器的正常運行。之所以說它并不是一種內存型號,那是因為并不是一種影響內存結構和存儲速度的技術,它可以應用到不同的內存類型之中,就象前講到的“奇偶校正”內存,它也不是一種內存,最開始應用這種技術的是EDO內存,現在的SD也有應用,而ECC內存主要是從SD內存開始得到廣泛應用,而新的DDR、RDRAM也有相應的應用,目前主流的ECC內存其實是一種SD內存。   
            (2)Chipkill   Chipkill技術是IBM公司為了解決目前服務器內存中ECC技術的不足而開發的,是一種新的ECC內存保護標準。我們知道ECC內存只能同時檢測和糾正單一比特錯誤,但如果同時檢測出兩個以上比特的數據有錯誤,則一般無能為力。目前ECC技術之所以在服務器內存中廣泛采用,一則是因為在這以前其它新的內存技術還不成熟,再則在目前的服務器中系統速度還是很高,在這種頻率上一般來說同時出現多比特錯誤的現象很少發生,正因為這樣才使得ECC技術得到了充分地認可和應用,使得ECC內存技術成為幾乎所有服務器上的內存標準。   但隨著基于Intel處理器架構的服務器的CPU性能在以幾何級的倍數提高,而硬盤驅動器的性能同期只提高了少數的倍數,因此為了獲得足夠的性能,服務器需要大量的內存來臨時保存CPU上需要讀取的數據,這樣大的數據訪問量就導致單一內存芯片上每次訪問時通常要提供4(32位)或8(64位)比特以上的數據,一次性讀取這么多數據,出現多位數據錯誤的可能性會大大地提高,而ECC又不能糾正雙比特以上的錯誤,這樣就很可能造成全部比特數據的丟失,系統就很快崩潰了。IBM的Chipkill技術是利用內存的子結構方法來解決這一難題。內存子系統的設計原理是這樣的,單一芯片,無論數據寬度是多少,只對于一個給定的ECC識別碼,它的影響最多為一比特。舉個例子來說明的就是,如果使用4比特寬的DRAM,4比特中的每一位的奇偶性將分別組成不同的ECC識別碼,這個ECC識別碼是用單獨一個數據位來保存的,也就是說保存在不同的內存空間地址。因此,即使整個內存芯片出了故障,每個ECC識別碼也將最多出現一比特壞數據,而這種情況完全可以通過ECC邏輯修復,從而保證內存子系統的容錯性,保證了服務器在出現故障時,有強大的自我恢復能力。采用這種內存技術的內存可以同時檢查并修復4個錯誤數據位,服務器的可靠性和穩定得到了更加充分的保障。   
            (3)RegisterRegister即寄存器或目錄寄存器,在內存上的作用我們可以把它理解成書的目錄,有了它,當內存接到讀寫指令時,會先檢索此目錄,然后再進行讀寫操作,這將大大提高服務器內存工作效率。帶有Register的內存一定帶Buffer(緩沖),并且目前能見到的Register內存也都具有ECC功能,其主要應用在中高端服務器及圖形工作站上,如IBM Netfinity 5000。  
       服務器內存典型類型   
          目前服務器常用的內存有SDRAM和DDR兩種內存。   
            (1)SDRAM   SDRAM是“Synchronous Dynamic random access memory”的縮寫,意思是“同步動態隨機存儲器”,就是我們平時所說的“同步內存”,這種內存采用168線結構,內存及其插槽示意圖如下:   從理論上說,SDRAM與CPU頻率同步,共享一個時鐘周期。SDRAM內含兩個交錯的存儲陣列,當CPU從一個存儲陣列訪問數據的同時,另一個已準備好讀寫數據,通過兩個存儲陣列的緊密切換,讀取效率得到成倍提高。目前,最新的SDRAM的存儲速度已高達5納秒。   DDR SDRAM   DDR是一種繼SDRAM后產生的內存技術,DDR,英文原意為“DoubleDataRate”,顧名思義,就是雙數據傳輸模式。之所以稱其為“雙”,也就意味著有“單”,我們日常所使用的SDRAM都是“單數據傳輸模式”,這種內存的特性是在一個內存時鐘周期中,在一個方波上升沿時進行一次操作(讀或寫),而DDR則引用了一種新的設計,其在一個內存時鐘周期中,在方波上升沿時進行一次操作,在方波的下降沿時也做一次操作,之所以在一個時鐘周期中,DDR則可以完成SDRAM兩個周期才能完成的任務,所以理論上同速率的DDR內存與SDR內存相比,性能要超出一倍,可以簡單理解為100MHZ DDR=200MHZ SDR。   DDR內存采用184線結構,DDR內存不向后兼容SDRAM,要求專為DDR設計的主板與系統。  
       (3)DDR2 SDRAM   DDR2的定義:   DDR2(Double Data Rate 2) SDRAM是由JEDEC(電子設備工程聯合委員會)進行開發的新生代內存技術標準,它與上一代DDR內存技術標準最大的不同就是,雖然同是采用了在時鐘的上升/下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2內存卻擁有兩倍于上一代DDR內存預讀取能力(即:4bit數據讀預取)。換句話說,DDR2內存每個時鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數據,并且能夠以內部控制總線4倍的速度運行。   此外,由于DDR2標準規定所有DDR2內存均采用FBGA封裝形式,而不同于目前廣泛應用的TSOP/TSOP-II封裝形式,FBGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了堅實的基礎。回想起DDR的發展歷程,從第一代應用到個人電腦的DDR200經過DDR266、DDR333到今天的雙通道DDR400技術,第一代DDR的發展也走到了技術的極限,已經很難通過常規辦法提高內存的工作速度;隨著Intel最新處理器技術的發展,前端總線對內存帶寬的要求是越來越高,擁有更高更穩定運行頻率的DDR2內存將是大勢所趨。  
         DDR2與DDR的區別:   
            在了解DDR2內存諸多新技術前,先讓我們看一組DDR和DDR2技術對比的數據。   
             1、延遲問題:   從上表可以看出,在同等核心頻率下,DDR2的實際工作頻率是DDR的兩倍。這得益于DDR2內存擁有兩倍于標準DDR內存的4BIT預讀取能力。換句話說,雖然DDR2和DDR一樣,都采用了在時鐘的上升延和下降延同時進行數據傳輸的基本方式,但DDR2擁有兩倍于DDR的預讀取系統命令數據的能力。也就是說,在同樣100MHz的工作頻率下,DDR的實際頻率為200MHz,而DDR2則可以達到400MHz。   這樣也就出現了另一個問題:在同等工作頻率的DDR和DDR2內存中,后者的內存延時要慢于前者。舉例來說,DDR 200和DDR2-400具有相同的延遲,而后者具有高一倍的帶寬。實際上,DDR2-400和DDR 400具有相同的帶寬,它們都是3.2GB/s,但是DDR400的核心工作頻率是200MHz,而DDR2-400的核心工作頻率是100MHz,也就是說DDR2-400的延遲要高于DDR400。   
             2、封裝和發熱量:   DDR2內存技術最大的突破點其實不在于用戶們所認為的兩倍于DDR的傳輸能力,而是在采用更低發熱量、更低功耗的情況下,DDR2可以獲得更快的頻率提升,突破標準DDR的400MHZ限制。   DDR內存通常采用TSOP芯片封裝形式,這種封裝形式可以很好的工作在200MHz上,當頻率更高時,它過長的管腳就會產生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩定性和頻率提升的難度。這也就是DDR的核心頻率很難突破275MHZ的原因。而DDR2內存均采用FBGA封裝形式。不同于目前廣泛應用的TSOP封裝形式,FBGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2內存的穩定工作與未來頻率的發展提供了良好的保障。   DDR2內存采用1.8V電壓,相對于DDR標準的2.5V,降低了不少,從而提供了明顯的更小的功耗與更小的發熱量,這一點的變化是意義重大的。   DDR2采用的新技術:   除了以上所說的區別外,DDR2還引入了三項新的技術,它們是OCD、ODT和Post CAS。   OCD(Off-Chip Driver):也就是所謂的離線驅動調整,DDR II通過OCD可以提高信號的完整性。DDR II通過調整上拉(pull-up)/下拉(pull-down)的電阻值使兩者電壓相等。使用OCD通過減少DQ-DQS的傾斜來提高信號的完整性;通過控制電壓來提高信號品質。   ODT:ODT是內建核心的終結電阻器。我們知道使用DDR SDRAM的主板上面為了防止數據線終端反射信號需要大量的終結電阻。它大大增加了主板的制造成本。實際上,不同的內存模組對終結電路的要求是不一樣的,終結電阻的大小決定了數據線的信號比和反射率,終結電阻小則數據線信號反射低但是信噪比也較低;終結電阻高,則數據線的信噪比高,但是信號反射也會增加。因此主板上的終結電阻并不能非常好的匹配內存模組,還會在一定程度上影響信號品質。DDR2可以根據自已的特點內建合適的終結電阻,這樣可以保證最佳的信號波形。使用DDR2不但可以降低主。
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