服务器基础知识——服务器内存

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1、服务器基础知识(3)服务器内存查看评论 发表评论2007年10月11日16:23分作者：懸佚名来源：网络文摘摘要：服务器内存也是内存(RAM)，它与普通PC (个人电脑)机内存在外观和结 构上没有什么明显实质性的区别，主要是在内存上引入了一些新的特有的技术。服务器内存服务器内存也是内存(RAM),它与普通PC (个人电脑)机内存在外观和结构上 没有什么明显实质性的区别，主要是在内存上引入了一些新的特有的技术，如 ECC、ChipKill、热插拔技术等，具有极高的稳定性和纠错性能。服务器内存主要技术：(1) ECC在普通的内存上，常常使用一种技术，即Parity，同位检查码(Parity che

2、ck codes)被广泛地使用在侦错码(error detectioncodes)上，它们增加一个 检查位给每个资料的字元(或字节)，并且能够侦测到一个字符中所有奇(偶) 同位的错误，但Parity有一个缺点，当计算机查到某个Byte有错误时，并不 能确定错误在哪一个位，也就无法修正错误。基于上述情况，产生了一种新的内 存纠错技术，那就是ECC，ECC本身并不是一种内存型号，也不是一种内存专 用技术，它是一种广泛应用于各种领域的计算机指令中，是一种指令纠错技术。 ECC的英文全称是“ Error Checki ng and Correct in g”，对应的中文名称就叫 做“错误检查和纠正”，

3、从这个名称我们就可以看出它的主要功能就是“发现并纠 正错误”，它比奇偶校正技术更先进的方面主要在于它不仅能发现错误，而且能 纠正这些错误，这些错误纠正之后计算机才能正确执行下面的任务，确保服务器 的正常运行。之所以说它并不是一种内存型号，那是因为并不是一种影响内存结 构和存储速度的技术，它可以应用到不同的内存类型之中，就象前讲到的“奇偶 校正内存，它也不是一种内存，最开始应用这种技术的是EDO内存，现在的 SD也有应用，而ECC内存主要是从SD内存开始得到广泛应用，而新的DDR、 RDRAM也有相应的应用，目前主流的ECC内存其实是一种SD内存。(2) ChipkillChipkill技术是I

4、BM公司为了解决目前服务器内存中ECC技术的不足而开发 的,是一种新的ECC内存保护标准。我们知道ECC内存只能同时检测和纠正单 一比特错误，但如果同时检测出两个以上比特的数据有错误，则一般无能为力。 目前ECC技术之所以在服务器内存中广泛采用，一则是因为在这以前其它新的 内存技术还不成熟，再则在目前的服务器中系统速度还是很高，在这种频率上一 般来说同时出现多比特错误的现象很少发生，正因为这样才使得ECC技术得到 了充分地认可和应用，使得ECC内存技术成为几乎所有服务器上的内存标准。但随着基于Intel处理器架构的服务器的CPU性能在以几何级的倍数提高，而 硬盘驱动器的性能同期只提高了少数的倍

5、数，因此为了获得足够的性能，服务器 需要大量的内存来临时保存CPU上需要读取的数据，这样大的数据访问量就导 致单一内存芯片上每次访问时通常要提供4（32 位）或8（64位）比特以上的 数据，一次性读取这么多数据，出现多位数据错误的可能性会大大地提高，而 ECC 又不能纠正双比特以上的错误，这样就很可能造成全部比特数据的丢失， 系统就很快崩溃了。IBM的Chipkill技术是利用内存的子结构方法来解决这一 难题。内存子系统的设计原理是这样的，单一芯片，无论数据宽度是多少，只对 于一个给定的 ECC 识别码，它的影响最多为一比特。举个例子来说明的就是， 如果使用4比特宽的DRAM,4比特中的每一位

6、的奇偶性将分别组成不同的ECC 识别码，这个ECC识别码是用单独一个数据位来保存的，也就是说保存在不同 的内存空间地址。因此，即使整个内存芯片出了故障，每个ECC识别码也将最 多出现一比特坏数据，而这种情况完全可以通过ECC逻辑修复，从而保证内存 子系统的容错性，保证了服务器在出现故障时，有强大的自我恢复能力。采用这 种内存技术的内存可以同时检查并修复4个错误数据位，服务器的可靠性和稳 定得到了更加充分的保障。（3）RegisterRegister即寄存器或目录寄存器，在内存上的作用我们可以把它理解成书的目 录，有了它，当内存接到读写指令时，会先检索此目录，然后再进行读写操作， 这将大大提高服

7、务器内存工作效率。带有Register的内存一定带Buffer（缓冲）， 并且目前能见到的Register内存也都具有ECC功能，其主要应用在中高端服 务器及图形工作站上，如 IBM Netfinity 5000。（4）FBDIMMFB-DIMM（Fully Buffered-DIMM，全缓冲内存模组）是 In tel 在 DDR2、DDR3 的基础上发展出来的一种新型内存模组与互联架构，既可以搭配现在的 DDR2 内存芯片，也可以搭配未来的 DDR3 内存芯片。 FB-DIMM 可以极大地提升系 统内存带宽并且极大地增加内存最大容量。FB-DIMM技术是Intel为了解决内存性能对系统整体性

8、能的制约而发展出来 的，在现有技术基础上实现了跨越式的性能提升，同时成本也相对低廉。在整个 计算机系统中，内存可谓是决定整机性能的关键因素，光有快的CPU，没有好 的内存系统与之配合， CPU 性能再优秀也无从发挥。这种情况是由计算机原理 所决定的， CPU 在运算时所需要的数据都是从内存中获取，如果内存系统无法 及时给CPU供应数据，CPU不得不长时间处在一种等待状态，硬件资源闲置， 性能自然无从发挥。对于普通的个人电脑来说，由于是单处理器系统，目前的内 存带宽已经能满足其性能需求；而对于多路的服务器来说，由于是多处理器系统， 其对内存带宽和内存容量是极度渴求的，传统的内存技术已经无法满足其

9、需求 了。这是因为目前的普通DIMM采用的是一种短线连接”（Stub-bus）的拓扑结 构，这种结构中，每个芯片与内存控制器的数据总线都有一个短小的线路相连， 这样会造成电阻抗的不继续性，从而影响信号的稳定与完整，频率越高或芯片数 据越多，影响也就越大。虽然Rambus公司所推出的的XDR内存等新型内存 技术具有极高的性能，但是却存在着成本太高的问题，从而使其得不到普及。而 FB-DIMM技术的出现就较好的解决了这个问题，既能提供更大的内存容量和较 理想的内存带宽，也能保持相对低廉的成本。FB-DIMM与XDR相比较，虽然 性能不及全新架构的XDR，但成本却比XDR要低廉得多。与现有的普通DD

10、R2内存相比，FB-DIMM技术具有极大的优势:在内存频率相 同的情况下目前能提供四倍于普通内存的带宽，并且能支持的最大内存容量也达 到了普通内存的24倍，系统最大能支持192GB内存。FB-DIMM最大的特点 就是采用已有的DDR2内存芯片（以后还将采用DDR3内存芯片），但它借助内 存PCB上的一个缓冲芯片AMB（Advaneed Memory Buffer，高级内存缓冲） 将并行数据转换为串行数据流，并经由类似PCI Express的点对点高速串行总 线将数据传输给处理器。与普通的DIMM模块技术相比，FB-DIMM与内存控制器之间的数据与命令传 输不再是传统设计的并行线路，而采用了类似

11、于PCI-Express的串行接口多路 并联的设计，以串行的方式进行数据传输。在这种新型架构中，每个DIMM上 的缓冲区是互相串联的，之间是点对点的连接方式，数据会在经过第一个缓冲区 后传向下一个缓冲区，这样，第一个缓冲区和内存控制器之间的连接阻抗就能始 终保持稳定，从而有助于容量与频率的提升。服务器内存典型类型目前服务器常用的内存有SDRAM和DDR，DDR2三种内存。以下是SDRAM和DDR SDRAM的对比图表：由于服务器内存在各种技术上相对兼容机来说要严格得多，它强调的不仅是内存 的速度，而是它的内在纠错技术能力和稳定性。所以在外频上目前来说只能是紧 跟兼容机或普通台式内存之后。目前台

12、式机的外频一般来说已到了 150MHz以上 的时代，但133外频仍是主流。而服务器由于受到整个配件外频和高稳定性的要 求制约，主流外频还是100MHz，但133MHz外频已逐步在各档次服务器中推行， 在选购服务器时当然最好选择133MHz外频的了！内存、其它配件也一样，要尽 量同步进行，否则就会影响整个服务器的性能。目前主要的服务器内存品牌主要 有 Kingmax、kinghorse、现代、三星、kings tone、IBM、VIKING、NEC 等，但主 要以前面几种在市面上较为常见，而且质量也能得到较好的保障。ECC内存ECC是“Error Checking and Correcting的

13、简写，中文名称是“错误检查和 纠正”。ECC是一种能够实现“错误检查和纠正”的技术，ECC内存就是应用了 这种技术的内存，一般多应用在服务器及图形工作站上，这将使整个电脑系统在 工作时更趋于安全稳定。要了解ECC技术，就不能不提到Parity （奇偶校验）。在ECC技术出现之前， 内存中应用最多的是另外一种技术，就是Parity （奇偶校验）。我们知道，在 数字电路中，最小的数据单位就是叫“比特（bit）”，也叫数据“位”，“比 特”也是内存中的最小单位，它是通过“1”和“0”来表示数据高、低电平信号 的。在数字电路中8个连续的比特是一个字节（byte），在内存中不带“奇偶校 验”的内存中的每

14、个字节只有 8 位，若它的某一位存储出了错误，就会使其中存 储的相应数据发生改变而导致应用程序发生错误。而带有“奇偶校验”的内存在 每一字节（8 位）外又额外增加了一位用来进行错误检测。比如一个字节中存储 了某一数值（ 1、0、1、0、1、0、1、1），把这每一位相加起来（ 1010 1011=5）。若其结果是奇数，对于偶校验，校验位就定义为 1，反之则 为 0；对于奇校验，则相反。当 CPU 返回读取存储的数据时，它会再次相加前 8 位中存储的数据，计算结果是否与校验位相一致。当 CPU 发现二者不同时就作出 视图纠正这些错误，但 Parity 有个缺点，当内存查到某个数据位有错误时，却 并

15、不一定能确定在哪一个位，也就不一定能修正错误，所以带有奇偶校验的内存 的主要功能仅仅是“发现错误”，并能纠正部分简单的错误。通过上面的分析我们知道 Parity 内存是通过在原来数据位的基础上增加一个数 据位来检查当前 8 位数据的正确性，但随着数据位的增加 Parity 用来检验的数 据位也成倍增加，就是说当数据位为 16 位时它需要增加 2 位用于检查，当数据 位为 32 位时则需增加 4 位，依此类推。特别是当数据量非常大时，数据出错的 几率也就越大，对于只能纠正简单错误的奇偶检验的方法就显得力不从心了，正 是基于这样一种情况，一种新的内存技术应允而生了，这就是ECC （错误检查和 纠正

16、），这种技术也是在原来的数据位上外加校验位来实现的。不同的是两者增 加的方法不一样，这也就导致了两者的主要功能不太一样。它与 Parity 不同的 是如果数据位是 8 位，则需要增加 5 位来进行 ECC 错误检查和纠正，数据位每增 加一倍， ECC 只增加一位检验位，也就是说当数据位为 16 位时 ECC 位为 6 位，32 位时 ECC 位为 7 位，数据位为64 位时 ECC 位为 8 位，依此类推，数据位每增 加一倍， ECC 位只增加一位。总之，在内存中 ECC 能够容许错误，并可以将错误 更正，使系统得以持续正常的操作，不致因错误而中断，且 ECC 具有自动更正的 能力，可以将 P

17、arity 无法检查出来的错误位查出并将错误修正。SDRAMSDRAM 是“Synchronous Dynamic random access memory的缩写，意思是“同 步动态随机存储器”，就是我们平时所说的“同步内存”，这种内存采用168 线结构，内存及其插槽示意图如下：常见SDRAM内存a - j14 I|l|d it jbhPllm I N I I fcl I 年SDRAM内存插槽示意图从理论上说，SDRAM与CPU频率同步，共享一个时钟周期。SDRAM内含两个交错 的存储阵列，当CPU从一个存储阵列访问数据的同时,另一个已准备好读写数据, 通过两个存储阵列的紧密切换，读取效率得到

18、成倍提高。目前，最新的SDRAM 的存储速度已高达5纳秒。DDR SDRAMDDR内存DDR是一种继SDRAM后产生的内存技术，DDR，英文原意为“DoubleDataRate”， 顾名思义，就是双数据传输模式。之所以称其为“双”，也就意味着有“单”， 我们日常所使用的SDRAM都是“单数据传输模式”，这种内存的特性是在一个内 存时钟周期中，在一个方波上升沿时进行一次操作（读或写），而DDR则引用了 一种新的设计，其在一个内存时钟周期中，在方波上升沿时进行一次操作，在方 波的下降沿时也做一次操作，之所以在一个时钟周期中，DDR则可以完成SDRAM 两个周期才能完成的任务，所以理论上同速率的DD

19、R内存与SDR内存相比，性能 要超出一倍，可以简单理解为100MHZ DDR=200MHZ SDR。DDR2 SDRAMDDR2 内存DDR2 的定义：DDR2 （Double Data Rate 2） SDRAM是由JEDEC （电子设备工程联合委员会）进 行开发的新生代内存技术标准，它与上一代 DDR 内存技术标准最大的不同就是， 虽然同是采用了在时钟的上升/下降延同时进行数据传输的基本方式，但DDR2 内存却拥有两倍于上一代DDR内存预读取能力（即：4bit数据读预取）。换句 话说，DDR2内存每个时钟能够以4倍外部总线的速度读/写数据，并且能够以内 部控制总线4倍的速度运行。此外，由于

20、DDR2标准规定所有DDR2内存均采用FBGA封装形式，而不同于目前 广泛应用的TS0P/TS0P-II封装形式，FBGA封装可以提供了更为良好的电气性能 与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发展提供了坚实的基础。回想 起DDR的发展历程，从第一代应用到个人电脑的DDR200经过DDR266、DDR333 到今天的双通道DDR400技术，第一代DDR的发展也走到了技术的极限，已经很 难通过常规办法提高内存的工作速度；随着Intel最新处理器技术的发展，前端 总线对内存带宽的要求是越来越高，拥有更高更稳定运行频率的 DDR2 内存将是 大势所趋。DDR2与DDR的区别：在了解DDR2内

21、存诸多新技术前，先让我们看一组DDR和DDR2技术对比的数据。1、延迟问题： 从上表可以看出，在同等核心频率下，DDR2的实际工作频率是DDR的两倍。这 得益于DDR2内存拥有两倍于标准DDR内存的4BIT预读取能力。换句话说，虽然 DDR2和DDR 一样，都采用了在时钟的上升延和下降延同时进行数据传输的基本 方式，但DDR2拥有两倍于DDR的预读取系统命令数据的能力。也就是说，在同 样100MHz的工作频率下,DDR的实际频率为200MHz,而DDR2则可以达到400MHz。这样也就出现了另一个问题：在同等工作频率的DDR和DDR2内存中，后者的内 存延时要慢于前者。举例来说， DDR 20

22、0 和 DDR2-400 具有相同的延迟，而后者 具有高一倍的带宽。实际上，DDR2-400和DDR 400具有相同的带宽，它们都是 3.2GB/S，但是DDR400的核心工作频率是200MHz，而DDR2-400的核心工作频率 是100MHz，也就是说DDR2-400的延迟要高于DDR400。2、封装和发热量：DDR2内存技术最大的突破点其实不在于用户们所认为的两倍于DDR的传输能力, 而是在采用更低发热量、更低功耗的情况下，DDR2可以获得更快的频率提升， 突破标准 DDR 的 400MHZ 限制。DDR内存通常采用TSOP芯片封装形式，这种封装形式可以很好的工作在200MHz 上，当频率

23、更高时，它过长的管脚就会产生很高的阻抗和寄生电容，这会影响它 的稳定性和频率提升的难度。这也就是DDR的核心频率很难突破275MHZ的原因。 而DDR2内存均采用FBGA封装形式。不同于目前广泛应用的TSOP封装形式,FBGA 封装提供了更好的电气性能与散热性，为DDR2内存的稳定工作与未来频率的发 展提供了良好的保障。DDR2内存采用1.8V电压，相对于DDR标准的2.5V，降低了不少，从而提供了明 显的更小的功耗与更小的发热量，这一点的变化是意义重大的。DDR2 采用的新技术：除了以上所说的区别外，DDR2还引入了三项新的技术，它们是OCD、ODT和Post CAS。OCD(Off-Chi

24、p Driver):也就是所谓的离线驱动调整，DDR II通过OCD可以 提高信号的完整性。DDR II通过调整上拉(pull-up) /下拉(pull-down)的电 阻值使两者电压相等。使用OCD通过减少DQ-DQS的倾斜来提高信号的完整性； 通过控制电压来提高信号品质。ODT： ODT是内建核心的终结电阻器。我们知道使用DDR SDRAM的主板上面为了 防止数据线终端反射信号需要大量的终结电阻。它大大增加了主板的制造成本。 实际上，不同的内存模组对终结电路的要求是不一样的，终结电阻的大小决定了 数据线的信号比和反射率，终结电阻小则数据线信号反射低但是信噪比也较低； 终结电阻高，则数据线的

25、信噪比高，但是信号反射也会增加。因此主板上的终结 电阻并不能非常好的匹配内存模组，还会在一定程度上影响信号品质。DDR2可 以根据自已的特点内建合适的终结电阻，这样可以保证最佳的信号波形。使用DDR2不但可以降低主板成本，还得到了最佳的信号品质，这是DDR不能比拟的。Pos tCAS:它是为了提高DDRII内存的利用效率而设定的。在Pos t CAS操作中，CAS 信号(读写/命令)能够被插到 RAS 信号后面的一个时钟周期， CAS 命令可以 在附加延迟(Add it iveLa tency)后面保持有效。原来的tRCD(RAS到CAS和延 迟)被AL (AdditiveLatency)所取

26、代，AL可以在0， 1， 2， 3， 4中进行设置。 由于CAS信号放在了 RAS信号后面一个时钟周期，因此ACT和CAS信号永远也不 会产生碰撞冲突。总的来说， DDR2 采用了诸多的新技术，改善了 DDR 的诸多不足，虽然它目前有 成本高、延迟慢能诸多不足，但相信随着技术的不断提高和完善，这些问题终将 得到解决。标准内存容量标准内存容量是指服务器在出厂时随机带了多大容量的内存，这取决于厂商的出 厂配置。一般来讲，服务器出厂时都配备了一定容量的内存，如 512M、1GB、2GB 等，通常低端的入门级服务器标配内存容量要少些，这取决于工作的需要和厂商 的策略。现在的绝大多数服务器的主板，都还有空余的内存插槽或者支持内存扩 展板，这样就可以安装更多的内存来扩充内存容量，来达到更高的性能。最大内存容量最大内存容量是指服务器主板能够最大能够支持内存的容量。一般来讲，最大容 量数值取决于主板芯片组和内存扩展槽等因素。比如ServerWorks GC-HE芯片组 能够支持高达64G的内存，ServerWorks GC-LE芯片组可以支持16GB的DDR内 存，总的来说，服务器支持内容容量越大，其扩展性就越好，性能也就越高。