服務(wù)器內(nèi)存主要技術(shù)和類型
服務(wù)器內(nèi)存也是內(nèi)存(RAM),它與普通PC(個(gè)人電腦)機(jī)內(nèi)存在外觀和結(jié)構(gòu)上沒有什么明顯實(shí)質(zhì)性的區(qū)別,主要是在內(nèi)存上引入了一些新的特有的技術(shù),如ECC、ChipKill、熱插拔技術(shù)等,具有極高的穩(wěn)定性和糾錯性能。 服務(wù)器內(nèi)存主要技術(shù):
(1)ECC 在普通的內(nèi)存上,常常使用一種技術(shù),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(gè)檢查位給每個(gè)資料的字元(或字節(jié)),并且能夠偵測到一個(gè)字符中所有奇(偶)同位的錯誤,但Parity有一個(gè)缺點(diǎn),當(dāng)計(jì)算機(jī)查到某個(gè)Byte有錯誤時(shí),并不能確定錯誤在哪一個(gè)位,也就無法修正錯誤?;谏鲜銮闆r,產(chǎn)生了一種新的內(nèi)存糾錯技術(shù),那就是ECC,ECC本身并不是一種內(nèi)存型號,也不是一種內(nèi)存專用技術(shù),它是一種廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)指令中,是一種指令糾錯技術(shù)。ECC的英文全稱是“ Error Checking and Correcting”,對應(yīng)的中文名稱就叫做“錯誤檢查和糾正”,從這個(gè)名稱我們就可以看出它的主要功能就是“發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤”,它比奇偶校正技術(shù)更先進(jìn)的方面主要在于它不僅能發(fā)現(xiàn)錯誤,而且能糾正這些錯誤,這些錯誤糾正之后計(jì)算機(jī)才能正確執(zhí)行下面的任務(wù),確保服務(wù)器的正常運(yùn)行。之所以說它并不是一種內(nèi)存型號,那是因?yàn)椴⒉皇且环N影響內(nèi)存結(jié)構(gòu)和存儲速度的技術(shù),它可以應(yīng)用到不同的內(nèi)存類型之中,就象前講到的“奇偶校正”內(nèi)存,它也不是一種內(nèi)存,最開始應(yīng)用這種技術(shù)的是EDO內(nèi)存,現(xiàn)在的SD也有應(yīng)用,而ECC內(nèi)存主要是從SD內(nèi)存開始得到廣泛應(yīng)用,而新的DDR、RDRAM也有相應(yīng)的應(yīng)用,目前主流的ECC內(nèi)存其實(shí)是一種SD內(nèi)存。
(2)Chipkill Chipkill技術(shù)是IBM公司為了解決目前服務(wù)器內(nèi)存中ECC技術(shù)的不足而開發(fā)的,是一種新的ECC內(nèi)存保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。我們知道ECC內(nèi)存只能同時(shí)檢測和糾正單一比特錯誤,但如果同時(shí)檢測出兩個(gè)以上比特的數(shù)據(jù)有錯誤,則一般無能為力。目前ECC技術(shù)之所以在服務(wù)器內(nèi)存中廣泛采用,一則是因?yàn)樵谶@以前其它新的內(nèi)存技術(shù)還不成熟,再則在目前的服務(wù)器中系統(tǒng)速度還是很高,在這種頻率上一般來說同時(shí)出現(xiàn)多比特錯誤的現(xiàn)象很少發(fā)生,正因?yàn)檫@樣才使得ECC技術(shù)得到了充分地認(rèn)可和應(yīng)用,使得ECC內(nèi)存技術(shù)成為幾乎所有服務(wù)器上的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)。 但隨著基于Intel處理器架構(gòu)的服務(wù)器的CPU性能在以幾何級的倍數(shù)提高,而硬盤驅(qū)動器的性能同期只提高了少數(shù)的倍數(shù),因此為了獲得足夠的性能,服務(wù)器需要大量的內(nèi)存來臨時(shí)保存CPU上需要讀取的數(shù)據(jù),這樣大的數(shù)據(jù)訪問量就導(dǎo)致單一內(nèi)存芯片上每次訪問時(shí)通常要提供4(32位)或8(64位)比特以上的數(shù)據(jù),一次性讀取這么多數(shù)據(jù),出現(xiàn)多位數(shù)據(jù)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?cái)?shù)據(jù)的丟失,系統(tǒng)就很快崩潰了。IBM的Chipkill技術(shù)是利用內(nèi)存的子結(jié)構(gòu)方法來解決這一難題。內(nèi)存子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理是這樣的,單一芯片,無論數(shù)據(jù)寬度是多少,只對于一個(gè)給定的ECC識別碼,它的影響最多為一比特。舉個(gè)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(gè)ECC識別碼是用單獨(dú)一個(gè)數(shù)據(jù)位來保存的,也就是說保存在不同的內(nèi)存空間地址。因此,即使整個(gè)內(nèi)存芯片出了故障,每個(gè)ECC識別碼也將最多出現(xiàn)一比特壞數(shù)據(jù),而這種情況完全可以通過ECC邏輯修復(fù),從而保證內(nèi)存子系統(tǒng)的容錯性,保證了服務(wù)器在出現(xiàn)故障時(shí),有強(qiáng)大的自我恢復(fù)能力。采用這種內(nèi)存技術(shù)的內(nèi)存可以同時(shí)檢查并修復(fù)4個(gè)錯誤數(shù)據(jù)位,服務(wù)器的可靠性和穩(wěn)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(nèi)存上的作用我們可以把它理解成書的目錄,有了它,當(dāng)內(nèi)存接到讀寫指令時(shí),會先檢索此目錄,然后再進(jìn)行讀寫操作,這將大大提高服務(wù)器內(nèi)存工作效率。帶有Register的內(nèi)存一定帶Buffer(緩沖),并且目前能見到的Register內(nèi)存也都具有ECC功能,其主要應(yīng)用在中高端服務(wù)器及圖形工作站上,如IBM Netfinity 5000。
服務(wù)器內(nèi)存典型類型
目前服務(wù)器常用的內(nèi)存有SDRAM和DDR兩種內(nèi)存。
(1)SDRAM SDRAM是“Synchronous Dynamic random access memory”的縮寫,意思是“同步動態(tài)隨機(jī)存儲器”,就是我們平時(shí)所說的“同步內(nèi)存”,這種內(nèi)存采用168線結(jié)構(gòu),內(nèi)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(gè)時(shí)鐘周期。SDRAM內(nèi)含兩個(gè)交錯的存儲陣列,當(dāng)CPU從一個(gè)存儲陣列訪問數(shù)據(jù)的同時(shí),另一個(gè)已準(zhǔn)備好讀寫數(shù)據(jù),通過兩個(gè)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(dá)5納秒。 DDR SDRAM DDR是一種繼SDRAM后產(chǎn)生的內(nèi)存技術(shù),DDR,英文原意為“DoubleDataRate”,顧名思義,就是雙數(shù)據(jù)傳輸模式。之所以稱其為“雙”,也就意味著有“單”,我們?nèi)粘K褂玫腟DRAM都是“單數(shù)據(jù)傳輸模式”,這種內(nèi)存的特性是在一個(gè)內(nèi)存時(shí)鐘周期中,在一個(gè)方波上升沿時(shí)進(jìn)行一次操作(讀或?qū)懀?,而DDR則引用了一種新的設(shè)計(jì),其在一個(gè)內(nèi)存時(shí)鐘周期中,在方波上升沿時(shí)進(jìn)行一次操作,在方波的下降沿時(shí)也做一次操作,之所以在一個(gè)時(shí)鐘周期中,DDR則可以完成SDRAM兩個(gè)周期才能完成的任務(wù),所以理論上同速率的DDR內(nèi)存與SDR內(nèi)存相比,性能要超出一倍,可以簡單理解為100MHZ DDR=200MHZ SDR。 DDR內(nèi)存采用184線結(jié)構(gòu),DDR內(nèi)存不向后兼容SDRAM,要求專為DDR設(shè)計(jì)的主板與系統(tǒng)。
(3)DDR2 SDRAM DDR2的定義: DDR2(Double Data Rate 2) SDRAM是由JEDEC(電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會)進(jìn)行開發(fā)的新生代內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),它與上一代DDR內(nèi)存技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)最大的不同就是,雖然同是采用了在時(shí)鐘的上升/下降延同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞?,但DDR2內(nèi)存卻擁有兩倍于上一代DDR內(nèi)存預(yù)讀取能力(即:4bit數(shù)據(jù)讀預(yù)取)。換句話說,DDR2內(nèi)存每個(gè)時(shí)鐘能夠以4倍外部總線的速度讀/寫數(shù)據(jù),并且能夠以內(nèi)部控制總線4倍的速度運(yùn)行。 此外,由于DDR2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有DDR2內(nèi)存均采用FBGA封裝形式,而不同于目前廣泛應(yīng)用的TSOP/TSOP-II封裝形式,F(xiàn)BGA封裝可以提供了更為良好的電氣性能與散熱性,為DDR2內(nèi)存的穩(wěn)定工作與未來頻率的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?;叵肫餌DR的發(fā)展歷程,從第一代應(yīng)用到個(gè)人電腦的DDR200經(jīng)過DDR266、DDR333到今天的雙通道DDR400技術(shù),第一代DDR的發(fā)展也走到了技術(shù)的極限,已經(jīng)很難通過常規(guī)辦法提高內(nèi)存的工作速度;隨著Intel最新處理器技術(shù)的發(fā)展,前端總線對內(nèi)存帶寬的要求是越來越高,擁有更高更穩(wěn)定運(yùn)行頻率的DDR2內(nèi)存將是大勢所趨。
DDR2與DDR的區(qū)別:
在了解DDR2內(nèi)存諸多新技術(shù)前,先讓我們看一組DDR和DDR2技術(shù)對比的數(shù)據(jù)。
1、延遲問題: 從上表可以看出,在同等核心頻率下,DDR2的實(shí)際工作頻率是DDR的兩倍。這得益于DDR2內(nèi)存擁有兩倍于標(biāo)準(zhǔn)DDR內(nèi)存的4BIT預(yù)讀取能力。換句話說,雖然DDR2和DDR一樣,都采用了在時(shí)鐘的上升延和下降延同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕痉绞剑獶DR2擁有兩倍于DDR的預(yù)讀取系統(tǒng)命令數(shù)據(jù)的能力。也就是說,在同樣100MHz的工作頻率下,DDR的實(shí)際頻率為200MHz,而DDR2則可以達(dá)到400MHz。 這樣也就出現(xiàn)了另一個(gè)問題:在同等工作頻率的DDR和DDR2內(nèi)存中,后者的內(nèi)存延時(shí)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(shí)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(fā)熱量: DDR2內(nèi)存技術(shù)最大的突破點(diǎn)其實(shí)不在于用戶們所認(rèn)為的兩倍于DDR的傳輸能力,而是在采用更低發(fā)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(biāo)準(zhǔn)DDR的400MHZ限制。 DDR內(nèi)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(dāng)頻率更高時(shí),它過長的管腳就會產(chǎn)生很高的阻抗和寄生電容,這會影響它的穩(wěn)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(nèi)存均采用FBGA封裝形式。不同于目前廣泛應(yīng)用的TSOP封裝形式,F(xiàn)BGA封裝提供了更好的電氣性能與散熱性,為DDR2內(nèi)存的穩(wěn)定工作與未來頻率的發(fā)展提供了良好的保障。 DDR2內(nèi)存采用1.8V電壓,相對于DDR標(biāo)準(zhǔn)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(fā)熱量,這一點(diǎn)的變化是意義重大的。 DDR2采用的新技術(shù): 除了以上所說的區(qū)別外,DDR2還引入了三項(xiàng)新的技術(shù),它們是OCD、ODT和Post CAS。 OCD(Off-Chip Driver):也就是所謂的離線驅(qū)動調(diào)整,DDR II通過OCD可以提高信號的完整性。DDR II通過調(diào)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(zhì)。 ODT:ODT是內(nèi)建核心的終結(jié)電阻器。我們知道使用DDR SDRAM的主板上面為了防止數(shù)據(jù)線終端反射信號需要大量的終結(jié)電阻。它大大增加了主板的制造成本。實(shí)際上,不同的內(nèi)存模組對終結(jié)電路的要求是不一樣的,終結(jié)電阻的大小決定了數(shù)據(jù)線的信號比和反射率,終結(jié)電阻小則數(shù)據(jù)線信號反射低但是信噪比也較低;終結(jié)電阻高,則數(shù)據(jù)線的信噪比高,但是信號反射也會增加。因此主板上的終結(jié)電阻并不能非常好的匹配內(nèi)存模組,還會在一定程度上影響信號品質(zhì)。DDR2可以根據(jù)自已的特點(diǎn)內(nèi)建合適的終結(jié)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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