Смена поколений серверных модулей

Полностью буферизуемая память FB-DIMM для серверов.

Полностью буферизуемые модули памяти с двухрядным расположением выводов (Fully Buffered Dual In-line Memory Module, FB-DIMM) представляют собой нечто большее, чем просто последний каприз отрасли хранения: лишь коренная переработка модульной архитектуры позволяет гарантировать безоблачное будущее оперативной памяти в серверах и рабочих станциях. Вычислительные системы с FB-DIMM появятся на рынке уже в следующем году.

Важнейшим требованием к серверу по-прежнему остается стабильность, такие параметры, как производительность или цена, уступают ей по важности. Однако именно этого свойства и не доставало последнему поколению SDRAM DDR (см. «Словарь»): модули DDR400 по своим характеристикам выходят далеко за пределы технических параметров спецификации JEDEC и производителя микросхем Intel. Поэтому при установке в серверных системах нескольких микросхем памяти производительность снижается до уровня модулей DDR300 или даже DDR266.

Еще одним слабым местом архитектуры DDR1 является тот факт, что контроллеры памяти на системной плате с ростом тактовой частоты могут адресовать все меньшее количество модулей. Несмотря на растущий объем каждого модуля общая емкость современных серверных системных плат падает — тенденция, противоречащая требованиям потребителей.

Спецификация DDR2 принесла лишь небольшие улучшения в построении серверов. Положительны-ми моментами стали понижение напряжения питания с 2,5 до 1,8 В и накристальное терминирование (On-Die Termination, ODT). Благодаря этим мерам качество сигнала значительно улучшается.

Тем не менее DDR2 всего лишь эволюционный шаг, но не революционный прорыв по отношению к своему предшественнику — DDR1. Однако для массовых рынков персональных компьютеров и ноутбуков он был необходимым и способствовал минимизации стоимости разработок и переоснащений микросхем, наборов и плат. Поэтому JEDEC придерживается одной параллельной архитектуры памяти, когда все микросхемы должны сообщаться с центральным контроллером памяти на системной плате. Как следствие, модуль DDR2 обладает 240 контактами для подключения, и сеть проводников на плате между контроллером и контактной панелью памяти становится очень сложной и трудно реализуемой.

ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВАЯ АРХИТЕКТУРА

С принятием концепции полностью буферизуемых модулей памяти с двухрядным расположением вы-водов JEDEC изменил архитектуру, не отказываясь при этом от преимуществ стандартных компонентов. Так, используемые в новых серверных модулях микросхемы идентичны стандартным модулям DDR2. Кроме того, расчет сделан на то, чтобы с будущими микросхемами DDR3 можно было работать без изменения стандарта.

Новая архитектура шины схожа с разработанной компанией Intel шиной PCI Express. FB-DIMM предусматривает последовательное двухточечное соединение между контроллером и первым модулем памяти, а также соответствующие соединения между модулями. При построении последних применяется новый центральный компонент — расширенный буфер памяти (Advanced Memory Buffer, AMB).

AMB берет на себя решение нескольких задач. Прежде всего, он служит в качестве буфера, однако не только для адресных и управляющих данных, как в случае модулей ECC Registered, а для любой информации. Поэтому отдельные модули могут быть отделены от контроллера памяти: он взаимодействует лишь с расширенным буфером памяти первого модуля. АМВ берет на себя дальнейшую коммуникацию с другими модулями и собственной микросхемой памяти. Он один отвечает за доступ с целью чтения или записи и потому в состоянии выполнять их в двух направлениях — одновременно проводить и запись, и чтение.

На практике это означает, что, как и ранее, на одной информационной магистрали контроллера могут быть размещены до восьми модулей. Для стандартной памяти DDR2 возможна установка лишь двух модулей, что в случае двухканальной памяти ограничивает максимальное количество гнезд четырьмя. Системы для полностью буферизуемых DIMM, напротив, поддерживают до шести каналов, т. е. в них находится место до 48 модулей.

Насколько последовательное двухточечное соединение упрощает компоновку системной платы, можно видеть из следующего примера: модулям DIMM требуется для коммуникации 240 контактов на каждый канал и два канала в двухканальной системе. Тем самым для четырех модулей необходимы 480 отдельных соединений. Таким образом, при наибольшей емкости в 2 Гбайт достигается общий объем оперативной памяти DDR в 8 Гбайт. Каналу FB-DIMM достаточно 69 контактов. Шесть каналов с максимальным заполнением могут обеспечить до 192 Гбайт оперативной памяти при всего лишь 414 соединениях.

При использовании модулей DDR2-800 пропускная способность увеличивается с 10 до 40 Гбайт/с. Компоновка токопроводящих дорожек для серверных плат, по крайней мере для подключения памяти, становится проще, дешевле и эффективнее, чем в случае стандартной системной платы. Однако полностью буферизуемые DIMM — это оперативная память исключительно для серверов и рабочих станций, именно в качестве таковых их рассматривают JEDEC и Intel. Преимущества данной технологии проявляются лишь при больших объемах памяти, что типично для корпоративных серверов или рабочих станций CAD.

Рисунок 1. Модуль памяти FB-DIMM (на 1 Гбайт).

Сегодня все именитые производители памяти предлагают своим клиентам FB-DIMM в качестве опытных образцов (см. Рисунок 1). Начало продаж соответствующих плат и комплектных систем начнется, судя по всему, в I квартале 2006 г. Несколько позже ожидается окончательная спецификация JEDEC — комитет, как обычно, не торопится. Конечно, на рынке по-прежнему будут появляться недорогие серверы начального уровня в виде одно- или двухпроцессорных решений со стандартными модулями DDR2 и без буферов, однако во всех критичных областях будут доминировать полностью буферизуемые решения. Поскольку при разработке архитектуры FB-DIMM учитывалось и следующее поколение микросхем DDR, эта память обещает необходимую защиту на будущее, что является важным критерием при приобретении новых систем.

Словарь

Кристалл. Микросхема из кремниевого полупроводникового материала, представляющая собой ядро микросхемы памяти. На нем расположены все транзисторы, проводники и схемы.

AMB. Advanced Memory Buffer — расширенный буфер памяти. Этот компонент памяти FB-DIMM отвечает за буферизацию данных и координацию взаимодействия модулей памяти с системными платами.

DDR. Double Data Rate — удвоенная скорость передачи данных. Оперативная память, в которой при той же тактовой частоте достигается вдвое большая скорость передачи сигнала, поскольку для передачи данных используются оба его фронта (возрастающий и убывающий).

DDR-400. Модули DDR, работающие с тактовой частотой в 400 МГц (последнее и самое быстрое поколение памяти DDR1).

DIMM. Dual In-line Memory Module — модуль памяти с двухрядным расположением выводов. Удвоенное количество контактов благодаря электрически изолированным друг от друга передним и задним сторонам контактов.

FB-DIMM. Fully Buffered Dual In-line Memory Module — полностью буферизуемый модуль памяти с двухрядным расположением выводов. Все передаваемые данные сохраняются в AMB, благодаря чему становится возможным их одновременное двунаправленное движение.

JEDEC. JEDEC Solid State Technology Association — Ассоциация твердотельных технологий JEDEC, ведущая свое происхождение от Объединенного совета по электронным устройствам (Joint Electronic Device Engineering Council, JEDEC), объединяет все ведущие предприятия и организации полупроводниковой промышленности с целью разработки обязательных стандартов для продуктов и интерфейсов.

ODT. On-Die Termination — накристальное терминирование. Нагрузочные резисторы расположены не на контроллере памяти, а на ее микросхеме: маршрут сигнала заметно сокращается, а качество — повышается.

SDRAM. Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольной выборкой. Память прямого доступа, работающая синхронно с частотой системной синхронизации, данные могут сохраняться в любом месте (произвольно). Поскольку это не долговременная память, заряды, представляющие данные, должны постоянно (динамически) обновляться.