Vývoj modulů DRAM a operační paměti

Další používané technologie

Kromě různé organizace paměti, modulů a technologie pamětí samotné se můžeme v souvisloti s moduly DRAM setkat s řadou dalších termínů. Specifické nasazení a například serverové platformy mají kromě obvykle specifických požadavků na kapacitu i značné nároky na spolehlivost. Používá se zde řada dalších technologií. Některé zvyšují spolehlivost, některé možnou kapacitu paměti, kterou můžeme platformu osadit, atd...


FB-DIMM

Jedna z vyloženě „serverových“ technologií je například technologie Fully Buffered DIMM (FB-DIMM). Je založená na principu rychlého sériového rozhraní, které spojuje veškeré moduly (na jednom paměťovém kanálu). Na každém modulu paměti je přidán AMB čip (Advanced Memory Buffer), který zajišťuje spojení s řadičem paměti, případně s dalším modulem. Takto lze moduly zřetězit - podporováno je až 8 modulů na kanál. U klasických DDR SDRAM pamětí jsou standardně podporovány s Dual-channel přístupem celkem 4 moduly. FB-DIMM technologie navíc umožňuje prodloužit dosah řadiče paměti pomocí opakovače a díky menšímu množství pinů pro obsluhu na řadič paměti / kanál lze za stejných podmínek použít více paměťových řadičů (náročnost a cena provedení základní desky s podporou 6 řadičů je přibližně stejná jako v případě 2 řadičů paměti pro DDR2). S FB-DIMM technologií lze tedy bez problémů použít vyšší množství paměťových modulů.



Problémem je na druhou stranu podstatně vyšší spotřeba tohoto řešení a narůstající latence. V případě současných platforem s více moduly poměrně znatelně klesá výkon systému. Ačkoliv podpora byla ohlášena jak ze strany AMD, tak Intelu, u AMD se ji zřejmě nedočkáme vůbec a podle ohlášených platforem Intelu bude jejich podpora spíše klesat ve prospěch dalších technologií.




Unbuffered memory

Naprostá většina pamětí v osobních počítačích je právě „unbuffered“. V podstatě zde není nic k vysvětlování – řadič paměti je ve styku s operační pamětí a komunikace tedy probíhá přímo (řídící i adresovací signály). Další možností je...


Registered memory

Registered (někdy taky uváděná jako „buffered“) paměť je vybavena dalším čipem (registrem), které řídí jak je k paměťovým modulům a bankům přistupováno, což má na práci právě přídavný registr. K paměti není přistupováno přímo, ale přes zmiňovaný registr, který řeší problémy se čtením i zápisem z jednotlivých buňek (částí paměti) v případě velkokapacitních modulů, případně pokud je modulů více. Přirovnal bych to k jakémusi zadržení o hodinový cyklus a „osvěžení“ řídících signálů – samotná paměť přijde do styku až s výsledkem těchto operací.

Z hlediska paměťového řadiče je tedy přístup do paměti snažší, ačkoliv za cenu snížení výkonu - počet modulů a jejich kapacit (v případě registered pamětí) může být ale vyšší, což má také své nepopiratelné výhody. Požadavek nebo podpora registered pamětí je poměrně běžná u serverových základních desek. Ne vždy je přímo vyžadována, což občas závisí i na námi požadované kapacitě paměti a na konkrétní platformě. Registered paměti mají běžně 2 a více adresovatelných oblastí (tak zvaný „memory rank“) s šířkou sběrnice pro DDR SDRAM 72 bitů (z toho 64 bity jsou data a 8 bitů tvoří ECC kód).


ECC

Technologie detekce a opravy chyb (ECC, Error-Correcting Code) slouží ke kontrole integrity dat (nejen u operační paměti) uložených v paměti. Pro nejběžnější implementace, respektive ECC kódy, je základem schopnost opravit chybu jednoho bitu (single bit error correction) a případně odhalit chybu ve dvou bitech (double bit error detection). V některých případech je možná i detekce či oprava většího rozsahu chyb, ačkoliv výskyt těchto chyb není příliš častý a pro kritické nasazení lze tímto způsobem dále zvyšovat spolehlivost a ochranu před chybami na úrovni paměti, viz níže...


Chipkill

Jednou z vysoce pokročilých metod pro opravu chyb je technnologie Chipkill (občas se uvádí obdobně SDDC, Single Device Data Correction). Je mnohem efektivnější než standardní ECC. Chipkill umožňuje opravit chyby až ve čtyřech bitech na jeden DIMM modul. Pokud je detekováno větší množství chyb tato technologie umožňuje vyřadit daný čip z provozu za stálého běhu serveru, aby tak bylo zabráněno vzniku dalších chyb. Podpora technologie Chipkill je zajišťována na úrovni řadiče paměti a s pomocí standardních ECC DIMM modulů.


Memory Scrubbing

Další z technologií související s detekcí a opravou chyb je tak zvaný „memory scrubbing“. Tato technologie přišla po uvedení ECC DIMM modulů. Jedná se o proces, kdy se v době kdy je paměť nevytížena (a nedochází k vyřizování mnoha požadavků) provádí aktivní a opakované čtení, vyhledávání jednobitových chyb a jejich případná oprava. Celý paměťový subsystém je opakovaně, znovu a znovu kontrolován. Tato technologie má aktivně předcházet vzniku chyb na více bitech, to jest neopravitelných chyb. V případě nalezení neopravitelné chyby systém upozorní přes SMS (System Management Software) kde a co je špatně.

DRAM paměti a jejich budoucnost

Jak už zaznělo na začátku článku, problémy a nedostatky plynou zejména z možného výkonu pamětí vzhledem k jejich ceně. Vývoj kapacity čipů, respektive pamětí, je zavislý na dostupné výrobní technologii, která dovolí produkovat čipy jen s omezenou kapacitou. Problémy s výkonem (a zejména propustností) pamětí jsou dlouho známy - architektury osobních počítačů se s nimi potýkají více či méně již od svého vzniku, ale lepší řešení si zatím nemůžeme dovolit. Co bude dál? Kromě zavádění dalších typů pamětí (DDR3, FB-DIMM2) a rostoucích frekvencí se dočkáme i větších zásahů do architektur samotných. Intel již řadu let pracuje na architektuře označované jako „Platforma 2015“, která má umožnit další zvyšování výkonu osobních počítačů včetně výkonu paměťového subsystému (paměť integrovaná přímo na čip a konfigurovatelná cache, která bude inteligentně přidělována na základě požadavků jednotlivých jader).



Zdroje: Columbia.edu, Corsair, hardwaresecrets.com, Iee.org, Infineon, Intel, Jedec.org, Kingston, Mushkin, RealdWorldTech, Samsung, Scu.edu, 2cpu.com