что такое регистровая память
Регистровая память
↑ следующая новость | предыдущая новость ↓
Регистровая память (registered, буферизованная, buffered) – вид оперативной памяти, модули которой содержат регистр между микросхемами памяти и контроллером памяти. Обычно используется в системах, требующих масштабируемости и отказоустойчивости. Наличие регистров уменьшает электрическую нагрузку на контроллер памяти, что позволяет устанавливать большее количество модулей памяти на один канал. Таким образом, обеспечение максимального объема памяти, поддерживаемого современными процессорами, возможно только при использовании регистровой памяти
Регистровые модули (RDIMM) необходимы для установки большого объема оперативной памяти по сравнению с небуферизованной памятью DIMM (UDIMM). Стоит учитывать, что модули UDIMM – неважно, с поддержкой ECC или без нее, – не могут работать совместно с RDIMM, причем в некоторых случаях попытка совместить такую память может привести к выходу из строя материнской платы либо модулей памяти. Поэтому, выбирая память, необходимо сразу брать регистровые модули, так как в случае модернизации не придется заменять всю память сервера. Максимальные значения объема памяти, ее частоты и количество модулей приведены в таблице ниже. Также здесь представлена информация о LRDIMM:
Преимущества регистровой памяти прекрасно демонстрируют серверные материнские платы, например SuperMicro X9DR3-LN4F+, на которой имеется 24 слота памяти, по 12 на каждый процессор. Так как процессоры для данной платы поддерживают четырехканальную память, получаем три модуля на канал. Для сравнения – платы для похожих процессоров, не поддерживающих регистровую память, имеют максимум восемь слотов памяти.
Некоторым недостатком регистровой памяти является небольшое уменьшение производительности. Каждое чтение и запись буферизуются в регистре на один такт, прежде чем попадут с шины памяти в чип DRAM, поэтому регистровая память считается на один такт более медленной, чем нерегистровая. Для памяти типа SDRAM, к которой относятся современные DDR3 и DDR4 модули, эта задержка существенна только для первого цикла в серии запросов.
Что такое регистровая RDIMM-память и зачем нужен ECC
Содержание
Содержание
Что такое RDIMM, для чего нужен регистр
Оперативная память в сокращении может называться ОЗУ. Ее также называют оперативным запоминающим устройством, памятью с произвольным доступом, RAM. ОЗУ также можно ласково назвать «оперативкой». RAM логически состоит из ячеек памяти. Каждая ячейка хранит количество бит, равное степени двойки. 2^3=8 бит, 2^4=16 бит, 2^5=32 бит, 2^6=64 бит. У каждой ячейки памяти есть свой адрес. Адрес ячейки «оперативки» выглядит следующим образом: FFFFFFFFF.
Регистровой памятью (Registered DIMM, RDIMM) называют модули ОЗУ, которые имеют на «борту» отдельный регистр для адресов «оперативки» и команд.
Контроллер ОЗУ в процессоре обращается к регистрам, регистры же направляют информацию в микросхемы памяти. Такая организация «оперативки» позволяет увеличить количество модулей на канал RAM за счет снижения электрической нагрузки на контроллер памяти. Контроллер находится либо в северном мосту материнской платы, либо в процессоре. Также вдвое уменьшается емкость модулей памяти, если модуль содержит два регистра.
Регистровая память отличается от обычной, небуферизованной «оперативки», более высокими задержками при чтени и записи информации в модулях ОЗУ. Это происходит из-за того, что модули содержат дополнительный промежуточный узел — буфер. Чтение/запись производит контроллер памяти в процессоре или северном мосту материнской платы. Работа с этим узлом, естественно, требует дополнительного времени работы. Но при этом отметим то, что уменьшается нагрузка на процессор, так как буфер отвечает за непосредственную работу с банками памяти.
Каждый модуль ОЗУ содержит микросхему SPD (Serial Presence Detect). Данная микросхема содержит прошивку модуля памяти. Эта прошивка определяет работу более простых микросхем.
Регистровая и буферизованная память — одно и то же
Регистровая память — это буферизованная память. Как было обозначено выше — регистр — это буфер для адресов и команд при работе с памятью. Процессор или северный мост материнской платы отправляют данные, адреса ячеек памяти и команды. Регистры выполняют команды по указанным адресам.
Такая память стоит дороже обычной, небуферизованной памяти. Используется она исключительно в серверах, потому что позволяет получить больший объем памяти на один процессор в сервере.
Что такое FB-DIMM
FB-DIMM, Full Buffered Dual Inline Memory Module — полностью буферизованная DIMM — это планки ОЗУ DDR2. Плашки ОЗУ при этом используют последовательный интерфейс передачи данных между модулями памяти и контроллером «оперативки». В отличие от стандартных модулей RAM, они используют не 240-pin, а 96-pin из 240 возможных пинов. Такая организация работы позволяет организовывать с помощью контроллеров памяти большее количество каналов на материнской плате. Вплоть до 6 каналов. Данные модули памяти несовместимы с обычными планками «оперативки».
Последовательный интерфейс — это интерфейс передачи данных, при работе которого данные передаются по одному проводу или дорожке на печатной плате друг за другом. Таких проводов (дорожек) может быть несколько, но принцип передачи данных при этом не меняется.
Advanced Memory Buffer, AMB — микросхема, которая организует работу модулей памяти FB-DIMM. Эта микросхема располагается прямо на планке «оперативки».
В один канал памяти при такой организации работы модулей ОЗУ возможна установка до 8 планок «оперативки». Это позволяет, в случае с RAM DDR2, добиться емкости ОЗУ до 192 Гигабайт на один сервер.
В связи с тем, что микросхема AMB добавляет свои задержки в работу модуля памяти, данные плашки работают несколько медленнее модулей RDIMM, регистровой ОЗУ. Но, так как общее количество памяти в данном случае возрастает, то общая производительность системы также возрастает.
Краткая история оперативной памяти
Ниже приводится краткая история развития типов ОЗУ. Начинаем мы ее со времени выпуска памяти SDRAM. Это произошло в 1996 году. Пропускная способность данной RAM составила 1.1 GBps.
Следующей памятью в таблице указана память RDRAM. Она была выпущена в 1998 году. Это была абсолютно новая архитектура ОЗУ. Совершенно новый стандарт от фирмы Rambus. Было выпущено несколько поколений памяти. Она отличалась более высокими частотами, стабильными таймингами, вот только при этом задержки функционирования памяти были немного выше. К сожалению, данная память не выдержала конкуренции на рынке и вынуждена была сойти со сцены рынка памяти.
Следующими в таблице указаны линейки RAM DDR. Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory — синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных. Этот стандарт ОЗУ был выпущен на рынок в 2000 году. Данная память используется и на текущий момент. При этом развивается стандарт для достижения более высоких скоростей функционирования.
Последним типом RAM DDR, выпущенным на рынок, на данный момент является память DDR4.
Про ранги и виртуализацию в RAM
В продолжение рубрики «конспект админа» хотелось бы разобраться в нюансах технологий ОЗУ современного железа: в регистровой памяти, рангах, банках памяти и прочем. Подробнее коснемся надежности хранения данных в памяти и тех технологий, которые несчетное число раз на дню избавляют администраторов от печалей BSOD.
Старые песни про новые типы
Сегодня на рынке представлены, в основном, модули с памятью DDR SDRAM: DDR2, DDR3, DDR4. Разные поколения отличаются между собой рядом характеристик – в целом, каждое следующее поколение «быстрее, выше, сильнее», а для любознательных вот табличка:
Для подбора правильной памяти больший интерес представляют сами модули:
RDIMM — регистровая (буферизованная) память. Удобна для установки большого объема оперативной памяти по сравнению с небуферизованными модулями. Из минусов – более низкая производительность;
UDIMM (unregistered DRAM) — нерегистровая или небуферизованная память — это оперативная память, которая не содержит никаких буферов или регистров;
LRDIMM — эти модули обеспечивают более высокие скорости при большей емкости по сравнению с двухранговыми или четырехранговыми модулями RDIMM, за счёт использования дополнительных микросхем буфера памяти;
HDIMM (HyperCloud DIMM, HCDIMM) — модули с виртуальными рангами, которые имеют большую плотность и обеспечивают более высокую скорость работы. Например, 4 физических ранга в таких модулях могут быть представлены для контроллера как 2 виртуальных;
Попытка одновременно использовать эти типы может вызвать самые разные печальные последствия, вплоть до порчи материнской платы или самой памяти. Но возможно использование одного типа модулей с разными характеристиками, так как они обратно совместимы по тактовой частоте. Правда, итоговая частота работы подсистемы памяти будет ограничена возможностями самого медленного модуля или контроллера памяти.
Для всех типов памяти SDRAM есть общий набор базовых характеристик, влияющий на объем и производительность:
частота и режим работы;
Конечно, отличий на самом деле больше, но для сборки правильно работающей системы можно ограничиться этими.
Частота и режим работы
Понятно, что чем выше частота — тем выше общая производительность памяти. Но память все равно не будет работать быстрее, чем ей позволяет контроллер на материнской плате. Кроме того, все современные модули умеют работать в в многоканальном режиме, который увеличивает общую производительность до четырех раз.
Режимы работы можно условно разделить на четыре группы:
Single Mode — одноканальный или ассиметричный. Включается, когда в системе установлен только один модуль памяти или все модули отличаются друг от друга. Фактически, означает отсутствие многоканального доступа;
Dual Mode — двухканальный или симметричный. Слоты памяти группируются по каналам, в каждом из которых устанавливается одинаковый объем памяти. Это позволяет увеличить скорость работы на 5-10 % в играх, и до 70 % в тяжелых графических приложениях. Модули памяти необходимо устанавливать парами на разные каналы. Производители материнских плат обычно выделяют парные слоты одним цветом;
Triple Mode — трехканальный режим работы. Модули устанавливаются группами по три штуки — на каждый из трех каналов. Аналогично работают и последующие режимы: четырехканальные (quad-channel), восьмиканальные (8-channel memory) и т.п.
Для максимального быстродействия лучше устанавливать одинаковые модули с максимально возможной для системы частотой. При этом используйте установку парами или группами — в зависимости от доступного многоканального режима работы.
Ранги для памяти
Ранг (rank) — область памяти из нескольких чипов памяти в 64 бита (72 бита при наличии ECC, о чем поговорим позже). В зависимости от конструкции модуль может содержать один, два или четыре ранга.
Узнать этот параметр можно из маркировки на модуле памяти. Например уKingston число рангов легко вычислить по одной из трех букв в середине маркировки: S (Single — одногоранговая), D (Dual — двухранговая), Q (Quad — четырехранговая).
Пример полной расшифровки маркировки на модулях Kingston:
Серверные материнские платы ограничены суммарным числом рангов памяти, с которыми могут работать. Например, если максимально может быть установлено восемь рангов при уже установленных четырех двухранговых модулях, то в свободные слоты память добавить не получится.
Перед покупкой модулей есть смысл уточнить, какие типы памяти поддерживает процессор сервера. Например, Xeon E5/E5 v2 поддерживают одно-, двух- и четырехранговые регистровые модули DIMM (RDIMM), LRDIMM и не буферизированные ECC DIMM (ECC UDIMM) DDR3. А процессоры Xeon E5 v3 поддерживают одно- и двухранговые регистровые модули DIMM, а также LRDIMM DDR4.
Немного про скучные аббревиатуры таймингов
Тайминги или латентность памяти (CAS Latency, CL) — величина задержки в тактах от поступления команды до ее исполнения. Числа таймингов указывают параметры следующих операций:
CL (CAS Latency) – время, которое проходит между запросом процессора некоторых данных из памяти и моментом выдачи этих данных памятью;
tRCD (задержка от RAS до CAS) – время, которое должно пройти с момента обращения к строке матрицы (RAS) до обращения к столбцу матрицы (CAS) с нужными данными;
tRP (RAS Precharge) – интервал от закрытия доступа к одной строке матрицы, и до начала доступа к другой;
tRAS – пауза для возврата памяти в состояние ожидания следующего запроса;
Разумеется, чем меньше тайминги – тем лучше для скорости. Но за низкую латентность придется заплатить тактовой частотой: чем ниже тайминги, тем меньше допустимая для памяти тактовая частота. Поэтому правильным выбором будет «золотая середина».
Существуют и специальные более дорогие модули с пометкой «Low Latency», которые могут работать на более высокой частоте при низких таймингах. При расширении памяти желательно подбирать модули с таймингами, аналогичными уже установленным.
RAID для оперативной памяти
Ошибки при хранении данных в оперативной памяти неизбежны. Они классифицируются как аппаратные отказы и нерегулярные ошибки (сбои). Память с контролем четности способна обнаружить ошибку, но не способна ее исправить.
Для коррекции нерегулярных ошибок применяется ECC-память, которая содержит дополнительную микросхему для обнаружения и исправления ошибок в отдельных битах.
Метод коррекции ошибок работает следующим образом:
При записи 64 бит данных в ячейку памяти происходит подсчет контрольной суммы, составляющей 8 бит.
Когда процессор считывает данные, то выполняется расчет контрольной суммы полученных данных и сравнение с исходным значением. Если суммы не совпадают – это ошибка.
Технология Advanced ECC способна исправлять многобитовые ошибки в одной микросхеме, и с ней возможно восстановление данных даже при отказе всего модуля DRAM.
Исправление ошибок нужно отдельно включить в BIOS
Большинство серверных модулей памяти являются регистровыми (буферизованными) – они содержат регистры контроля передачи данных.
Регистры также позволяют устанавливать большие объемы памяти, но из-за них образуются дополнительные задержки в работе. Дело в том, что каждое чтение и запись буферизуются в регистре на один такт, прежде чем попадут с шины памяти в чип DRAM, поэтому регистровая память оказывается медленнее не регистровой на один такт.
Все регистровые модули и память с полной буферизацией также поддерживают ECC, а вот обратное не всегда справедливо. Из соображений надежности для сервера лучше использовать регистровую память.
Многопроцессорные системы и память
Для правильной и быстрой работы нескольких процессоров, нужно каждому из них выделить свой банк памяти для доступа «напрямую». Об организации этих банков в конкретном сервере лучше почитать в документации, но общее правило такое: память распределяем между банками поровну и в каждый ставим модули одного типа.
Если пришлось поставить в сервер модули с меньшей частотой, чем требуется материнской плате – нужно включить в BIOS дополнительные циклы ожидания при работе процессора с памятью.
Для автоматического учета всех правил и рекомендаций по установке модулей можно использовать специальные утилиты от вендора. Например, у HP есть Online DDR4 (DDR3) Memory Configuration Tool.
Итого
Вместо пространственного заключения приведу общие рекомендации по выбору памяти:
Для многопроцессорных серверов HP рекомендуется использовать только регистровую память c функцией коррекции ошибок (ECC RDIMM), а для однопроцессорных — небуферизированную с ECC (UDIMM). Планки UDIMM для серверов HP лучше выбирать от этого же производителя, чтобы избежать самопроизвольных перезагрузок.
В случае с RDIMM лучше выбирать одно- и двухранговые модули (1rx4, 2rx4). Для оптимальной производительности используйте двухранговые модули памяти в конфигурациях 1 или 2 DIMM на канал. Создание конфигурации из 3 DIMM с установкой модулей в третий банк памяти значительно снижает производительность.
Список короткий, но здесь все самое необходимое и наименее очевидное. Конечно же, старый как мир принцип RTFM никто не отменял.
Регистровая память: полный гайд по RDIMM-памяти
Расскажем как выбрать регистровую память, а также — поговорим о том, как именно она устроена и чем отличается от других типов памяти.
О регистровой RDIMM-памяти распространяется большое количество мифов. Понять где правда, а где заблуждения, поможет наш сегодняшний гайд по RDIMM-памяти.
Чем отличается регистровая память от буферизованной
Наши читатели часто спрашивают: регистровая и буферизованная память — это одно и то же? Вопрос этот весьма любопытен. Действительно, термины регистровая и буферизованная сегодня могут использоваться как равноправные. Да, это один и тот же вид оперативной памяти.
Кстати, термин «регистровая» всё больше вытесняет термин «буферизованная». Сегодня также используется и полностью буферизованная DIMM-память — называется она FB-DIMM.
В полностью буферизованной DIMM буферизируются линии данных и управляющие линии. Буферизация происходит благодаря АМВ-контроллеру, которым комплектуется каждая плашка
Интересно, что вначале буферизованная память была распространена и в настольных системах, но спустя несколько лет он стала прерогативой исключительно серверных платформ. Сейчас ситуация несколько меняется, но никаких серьезных революций точно не предвидится.
Что такое RDIMM
Регистровая RDIMM-память — это оперативная память, имеющая регистры-буферы, которые контролируют передачу данных.
Регистры имеют сразу несколько достоинств, но главное из них — высокая отказоустойчивость и уменьшение нагрузки на контроллер. Таким образом, регистровая RDIMM-память более надежна, чем остальные виды ОЗУ. Располагаются буферы-регистры между контроллером памяти и микросхемами ОЗУ
Кроме этого, RDIMM позволяет расширить максимальный объем, который можно установить в систему. Последнее особенно актуально в серверных машинах, когда требуется непрерывная работа системы и высочайшая производительность.
Для чего нужен регистр
Чтобы понять, для чего именно нужны регистры, следует вспомнить как работает стандартная оперативная память: данные в ОЗУ подгружаются с жесткого диска — соответствующие запросы/команды идут от CPU (если быть точным — из контроллера памяти). Последний напрямую взаимодействует с чипами ОЗУ. Для домашних систем (включая игровые) такой конфигурации вполне достаточно, а вот для серверных систем — уже нет.
В серверных машинах частота обращений к ОЗУ очень высока, более того — в одно время могут высчитываться сразу несколько несвязанных команд. При такой нагрузке стандартная оперативная память очень быстро придёт в негодность, так как постоянно будет увеличенной ток на контроллер
Регистр призван повысить отказоустойчивость цепи Память/Контроллер. Регистр вводится между памятью и контроллером. В регистровом модуле осуществляется пребуферизация данных при операциях чтении/записи информации.
Где это используется
Большая часть серверной памяти — это регистровая ECC-память. Однако, существуют и модули серверной памяти, которые используют ECC, но без буферов-регистров — такая память называется DIMM ECC.
В случае регистровой RDIMM наличие ECC-памяти является обязательным. Главное назначение ECC — автоматическая идентификация и дальнейшее распознавание ошибок битов памяти. Если при чтении МС* (МС — машинного слова), в цикле запись/чтение, будет потерян 1 бит, то коррекция ошибок позволит распознать предыдущее значение, которое было записано в ходе предыдущего цикла
Память с коррекцией ошибок особенно актуальна в серверных системах, когда важна бесперебойная работа. Регистровая и ECC память — это совсем не одно и тоже, ведь память может быть обычной — UDIMM, но иметь поддержку ECC.
Почему нет смысла в регистровой памяти в настольных системах
В настольных ПК использование регистровой памяти нецелесообразно не только по причинам высокой стоимости комплектующих, но и по техническим аспектам — большинство материнских плат не умеют работать с регистровой памятью.
Серверные материнки, в свою очередь, умеют работать только с регистровой памятью. Контролировать ошибки и наращивать мощность, в силу специфики, для серверных станций гораздо важнее. Не нужна настольному компьютеру и коррекция ошибок
В редких случаях регистровую память покупают геймеры, которые создают системы на основе Xeon, чтобы немного сэкономить.
Далеко не каждая материнская плата/процессор поддерживает серверные типы памяти. Чтобы узнать — поддерживает ли ваша материнка и CPU регистровую память, смотрите спецификации оборудования.
Из консьюмерского класса оборудования точно поддерживают RDIMM-память процессоры Ryzen, среди серверного оборудования — Zeon. Только в случае с райзенами далеко не факт, что CPU будет взаимодействовать с RDIMM-памятью именно как с регистровой
Покупать RDIMM-память с коррекцией ошибок (ECC) для домашнего ПК — весьма сомнительная затея. Вряд ли вы захотите тратить больше за меньший уровень производительности и излишнюю долговечность, если можно купить игровую память, которая будет и дешевле, и быстрее, чем RDIMM-память.
Недостатки регистровой памяти
Недостатков у регистровой памяти довольно много. Чаще всего называют следующие:
Причина задержки заключается в том, что каждая операция чтения/записи буферизуются на 1 такт, прежде чем переносится непосредственно с шины в DRAM-чип. Именно поэтому вся регистровая память ровно на 1 такт медленнее любой нерегистровой.
Если речь идёт о SDRA-памяти, то там латенси будет актуальной исключительно для 1-го цикла. Напомним — в случае с SDRA-памятью речь идёт о цикле, состоящим сразу из нескольких серий).
Что такое FB-DIMM
FB-DIMM — это полностью буферизованная DIMM-память. Отличается высокой отказоустойчивостью и большой скоростью выполнения операций. По своей сути — это дальнейшая наработка registered-модулей.
В случае с FB-DIMM происходит буферизация как самих данных, так и их адресных сигналов. При этом, вместо параллельной шины, FB-DIMM использует последовательную шину — она напрямую соединяется с контроллером памяти
А вот полностью буферизованная DIMM-память может использоваться только в серверных системах и это её главный недостаток для обычного пользователя ПК.
Поддерживают ли обычные процессоры и материнские платы ECC-память и/или RDIMM?
Процессоры и материнские платы, поддерживающие ECC/RDIMM существуют, но стоят они гораздо дороже, чем оборудование для настольных ПК. С высочайшей долей вероятности ваш процессор/материнская плата не поддерживают ECC и RDDIM — смотрите спецификации в мануале к процессору/материнской плате (пункт Поддерживаемый тип памяти).