Speichermodule

RDIMMs für mehr Server-Performance

08.02.13 | Autor / Redakteur: Tomek Jasionowski * / Holger Heller

DDR3-Register für mehr Leistungsfähigkeit: RDIMMs erhöhen die Server-Performance in virtualisierten Cloud-Computing-Umgebungen
DDR3-Register für mehr Leistungsfähigkeit: RDIMMs erhöhen die Server-Performance in virtualisierten Cloud-Computing-Umgebungen (IDT)

Die wichtigsten Faktoren bei der Wahl von Enterprise-Hardware sind Performance, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit. DRAM-Module beeinflussen alle diese Faktoren. Welche Module sind die richtigen?

IT-Manager können in Plattformen, die DDR3-Protokolle unterstützen, zwischen zwei Arten von DRAM-Modulen wählen: Error-Correcting Code (ECC) Unregistered Dual In-Line Memory Module (UDIMMs) und Registered Dual In-Line Memory Module (RDIMMs). In den meisten Fällen bieten RDIMMs eine höhere Leistungsfähigkeit, ermöglichen eine bessere Skalierbarkeit und stellen umfassendere RAS-Funktionen (Reliability, Availability, Serviceability) als ECC UDIMMs zur Verfügung. Mit RDIMMs können Unternehmen die Anzahl ihrer Server und damit verbundenen Betriebskosten verringern. RDIMMs sind damit die bevorzugte Wahl für die meisten Enterprise-/Unternehmensanwendungen.

ECC UDIMMs sind auf Anwendungen begrenzt, die bis zu 48 GByte Speicher benötigen [1]. Übersteigt die geschätzte DRAM-Spitzennutzung im Laufe der Zeit mehr als 48 GByte, sind RDIMMs erforderlich, um Performance-Engpässe zu vermeiden. Mit RDIMMs lassen sich Systeme auf bis zu 192 GByte Speicherkapazität skalieren. Diese hohen Werte sind durch die in RDIMMs integrierten DDR3-Register möglich.

Diese Register sind spezielle ICs, die Takt-, Befehls- und Adress-Signale vom Memory Controller puffern. Sie ermöglichen die Integration von mehr DRAM-Chips auf jedem RDIMM und mehr RDIMMs pro Speicherkanal, was die Performance und Skalierbarkeit in Endanwendungen erhöht.

Um besser zu verstehen, wie DDR3-Register eine höhere Leistungsfähigkeit ermöglichen und die Speicherkapazität im Vergleich zu ECC UDIMMs vervierfachen, muss untersucht werden, wie Speichermodule die Datenleitungslast beeinflussen. Jedes Speichermodul – egal ob RDIMM oder ECC UDIMM – kommuniziert mit einem Memory Controller über die Signale Data (DQ), Data Strobe (DQS), Address, Command, Clock und Chip Select (CS).

Ein 16-GByte-RDIMM besteht z.B. aus 36 einzelnen 4-GBit-DRAM-Chips und enthält vier DRAMs für die Fehlerkorrektur. Die gesamte Anordnung nimmt vier Reihen mit je neun DRAM-Chips ein. Eine Speicherreihe ist eine Gruppe, die über den 72-Bit-Datenbus eines Speichermoduls kommuniziert und über das Chip-Select-Signal unabhängig wählbar ist.

Kritische DRAM-Kapazität für Enterprise-Systeme

Das Blockdiagramm dieses Beispiels (Bild 1) zeigt, dass der Memory Controller eine Last am DDR3-Register an jeder Takt-, Befehls-, Adress- und CS-Leitung hat, und vier Lasten an DQ- und DQS-Leitungen. Ohne DDR3-Register würde der Controller neun Lasten auf den CS-Leitungen sehen. Zudem erhöhen sich die Takt-, Befehls- und Adress-Lasten auf den hohen Wert 36, da die DRAM-Chips direkt angeschlossen sind. Diese höhere Last würde bei hohen Geschwindigkeiten zu einem Kommunikationsausfall des Memory Controllers führen. Darum sind ECC UDIMMs bezüglich der DRAM-Kapazität um den Faktor vier gegenüber RDIMMs eingeschränkt.

Eine höhere DRAM-Kapazität in speicherhungrigen Enterprise-Plattformen mit RDIMMs ist meist der effizienteste und kostengünstigste Weg, um die Server-Performance zu erhöhen. Verfügt ein Server nicht über genügend installierten Speicher, um die Applikation zu unterstützen, müssen seine Prozessoren dies ausgleichen, indem sie den um ein Vielfaches langsameren Festplatten-Speicherplatz oder Solid-State-Drive-Speicher (SSD) nutzen (Bild 2). Damit verlängert sich die Rechenzeit, selbst wenn nur ein kleiner Prozentsatz von Speicher-Transaktionen auf Speicherlaufwerke ausgelagert werden muss.

Ergänzendes zum Thema
Das richtige Speichermodul

Mehr Zuverlässigkeit und Systemverfügbarkeit mit RDIMMs

Bei Ausstattungen im Unternehmensbereich spielen die Speicher-RAS-Anforderungen eine wichtige Rolle, was Ausfallzeiten und Reparaturkosten drastisch reduzieren kann. Die Wahl der richtigen Speichermodule macht einen erheblichen Unterschied bei den verfügbaren RAS-Stufen. ECC UDIMMs bieten eine begrenzte Zuverlässigkeit und können durch Einzelbitfehler und einzelne DRAM-Fehler Daten beschädigen und Systeme zum Absturz bringen. RDIMMs bieten eine umfassende RAS-Lösung, einschließlich Parität und erweitertem ECC, um diese Art von Problemen zu minimieren.

Einzelbitfehler sind die hauptsächliche Fehlerursache bei der DRAM-Kommunikation. Eine 2,5-jährige Studie von DIMMs auf Zehntausenden von Google-Servern kam zu dem Schluss, dass DIMM-Fehlerraten Hunderte bis Tausende Mal höher sind als gedacht. Dies entspricht einem Mittelwert von jährlich 3751 Einzelbitfehlern pro DIMM [3].

Einzelbitfehler können auf den 64 Daten- und 26 Adress- und Befehlsleitungen zwischen den DRAMs und dem Memory Controller auftreten. ECC UDIMMs können über ECC nur Einzelbitfehler auf den 64 Datenleitungen erkennen und korrigieren. Tritt ein Einzelbitfehler auf einer der 26 Befehls- oder Adressleitungen auf, können ECC UDIMMs diesen weder erkennen noch melden.

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