Ранги оперативной памяти – что это такое
Оперативная память выполняет важную функцию в работе серверов и вычислительных устройств в целом, а именно хранит промежуточную информацию на пути от процессора до накопителей и наоборот. На производительности системы сказываются несколько характеристик ОЗУ, в рамках же этого материала рассмотрим, на что влияет и как узнать ранг оперативной памяти.
Ранг памяти представляет собой количество наборов чипов памяти DRAM, образующих область микросхемы размером в 64 бита. Таким образом, один ранг соответствует одному логическому модулю, два ранга - двум логическим модулям и так далее.
Термин «ранг» был предложен JEDEC - комитетом инженерной стандартизации полупроводниковой продукции. Прежде всего, введение отдельного параметра было вызвано необходимостью провести условную грань между банками памяти на RAM-модуле и на чипе памяти. Ранговость используется в качестве важной характеристики всех видов и форматов ОЗУ, хотя и превалирующую роль она играет в контексте серверных платформ по причине существенно большего объема задействованного памяти.
Ранг представляет собой блок информации размером в 64 бита. В конфигурациях, поддерживающих работу памяти с коррекцией ошибок, появляются вспомогательные 8 битов, что увеличивает ширину блока до 72 бит. В конечном итоге планка может содержать от 1 до 4 блоков 64-битных либо 72-битных (для ECC-модулей) областей данных.
Множество рангов могут совмещаться в пределах одного модуля DIMM, при том, что современные планки могут быть одно-, двух-, четырех- и восьмиранговыми. Разные производители могут обозначать ранговость на этикетке своей продукции по-разному: например, 1RX8, 1RX4 либо 2RX4, 2RX8.
Существует небольшая разница между двухранговыми модулями UDIMM и двумя одноранговыми планками UDIMM в одном канале памяти - DRAM в таком случае находятся на разных печатных платах. Увеличение числа рангов на DIMM в основном предназначено для увеличения плотности памяти на канал. Избыточное число рангов в рамках одного канала может привести к снижению скорости канала из-за чрезмерной нагрузки. Кроме того, определенные контроллеры памяти имеют максимальное поддерживаемое количество рангов. Нагрузку DRAM на шину CA можно уменьшить за счет использования регистровой памяти.
Термин «ранг», иногда также называемый «ряд», предшествовал использованию односторонних и двусторонних модулей, особенно с SIMM (одинарный встроенный модуль памяти). Односторонним или двусторонним описывают расположение микросхем на одной или двух сторонах модуля памяти.
Так, двусторонняя память – это физическая конструкция модуля с выделенными микросхемами памяти. Конструктивная особенность подразумевает их размещение с двух сторон печатной платы.
Односторонние модули памяти новее, а микросхемы более плотные, что обеспечивает большую емкость. Если раньше для изготовления модуля 256M использовалось 16 микросхем, то теперь требуется восемь микросхем. Старые материнские платы могут не распознавать одностороннюю память. Зачастую число сторон, которые используются для размещения микросхем, эквивалентно рангу ОЗУ, однако это не общее правило, что может привести к путанице и техническим проблемам.
Показатели X4 и X8 относятся к числу банков на микросхеме. Руководствуясь этим показателем как раз таки и можно с легкостью определить ранг модуля ОЗУ. Иначе говоря, если даже микросхемы распаяны на двух сторонах печатной платы, такая планка по-прежнему может быть как одноранговой, так, скажем, и двухранговой или четырехранговой, учитывая устройство этих конкретных микросхем.
Односторонняя оперативная память для сервера всегда одноранговая. Двусторонние модули DIMM без буферизации и модули SO DIMM всегда двухранговые.
Одно-, двух- и четырехранговые модули
Чтобы понять и правильно настроить режимы защиты памяти, полезно знать о существовании одноранговых (1R), двухранговых (2R) и четырехранговых (4R) планок. Некоторые требования к конфигурации DIMM основаны на этой классификации.
- Одноранговые модули DIMM оснащены одним набором микросхем. К ним выполняется доступ в момент записи либо чтения из памяти;
- Двухранговый DIMM является эквивалентом двух Single Rank планок, однако единовременно доступ обеспечивается только к одному рангу;
- Четырехранговый модуль представляет собой аналог двух Dual Rank модулей DIMM с единовременным доступом к одному рангу. Подсистема управления памятью сервера выбирает правильный ранг в DIMM при операции записи или чтения.
Модули DIMM с 2 и 4 рангами обеспечивают максимальную емкость по сравнению с существующей технологией памяти. Например, если технология DRAM гарантирует поддержку работы одноранговых планок DIMM емкостью 8 ГБ, то двухранговые модули могут иметь размер 16 ГБ, а Quad Rank модели DIMM - 32 ГБ.
Модули LRDIMM помечаются как четырехранговые модули DIMM, однако они больше похожи на двухранговые модули DIMM. В DIMM есть четыре уровня DRAM, но при этом буфер LRDIMM создает абстракцию, которая позволяет DIMM выступать в системе в качестве двухранговой DIMM. Буфер LRDIMM также изолирует электрическую нагрузку DRAM от системы, чтобы обеспечить более быструю работу.
Эти два изменения позволяют системе поддерживать работу до трех модулей LRDIMM на канал памяти, обеспечивая на 50% большую емкость и повышенную скорость работы памяти по сравнению с четырехранговыми модулями RDIMM.
Как определить ранг оперативной памяти?
Резюмируя, количество физических DRAM имеет зависимость от собственной размерности. Например, ранг x8 (шириной 8 бит) DRAM будет состоять из восьми физических микросхем (девять, если поддерживается ECC), а ранг x4 (шириной 4 бита) DRAM будет состоять из 16 физических микросхем (18, если поддерживается ECC).
Поскольку один ранг соответствует ширине 64 или 72 бита, на ECC-планке на базе 4-битных чипов необходимо разместить 18 чипов для соответствия одноранговому модулю (18 x 4 = 72). На ECC-планке на базе 8-битных чипов потребуется уже лишь девять для соблюдения того же условия (9 x 8 = 72). Модуль, представленный восемнадцатью 8-битными чипами, будет двухранговым (18 x 8 = 144, 144/72 = 2). ECC-планка, на борту которой в два раза больше чипов, станет уже четырехранговой (36 x 8 = 288, 288/72 = 4).
- Один ранг = 64 бит;
- Два ранга = 64 бит + 64 бит;
- Четыре ранга = 64 бит + 64 бит + 64 бит + 64 бит.
Ранги оперативной памяти предназначены для чередования нагрузок, чтобы система работала быстрее. При апгрейде сервера может сложиться ситуация, при которой будет задействовано максимальное количество рангов. Например, если сервер может адресовать 8 рангов, для этого может потребоваться модуль объемом 1 ГБ, 2 ГБ, 4 ГБ и 16 ГБ.
На примере модулей объемом 2 ГБ сервер может занимать:
- 4 двухранговых модуля по 2 ГБ = 8 рангов по 8 ГБ или
- 8 одноранговых модулей по 2 ГБ = 8 рангов по 16 ГБ
Или, в качестве альтернативы, используя планки емкостью 16 ГБ:
- 2 х 16 ГБ 4-х ранговых планки = 8 рангов по 32 Гбайт
Очевидно, что апгрейд памяти сервера требует предварительного планирования, поскольку установка неправильного количества планок или рангов может привести к необходимости замены памяти в будущем для достижения максимальной плотности RAM.
Использование двух- или 4-рангового модуля сопоставимо с объединением 2 либо 4 планок DRAM в один единственный модуль. К примеру, использование четырех Single Rank модулей емкостью 4 ГБ идентично ситуации с одной четырехранговой планкой емкостью 16 ГБ при соблюдении условия, что система поддерживает работу RDIMM-модулей на 16 ГБ.
Недостатки многоранговых модулей
Для систем с многоранговой памятью наблюдается небольшое снижение производительности, поскольку они требуют некоторых конвейерных остановок в работе для доступа к разным рангам. Для двух рангов на одном модуле DIMM это может даже не потребоваться, но этот параметр часто программируется независимо от места расположения в системе (на одном и том же модуле DIMM или на разных модулях DIMM).
В качестве еще одного минуса планок с высоким рангом остается возможное ограничение на количество рангов, вызванное особенностью серверного оборудования. К примеру, платформа с 4 слотами памяти может иметь ограничение на 8 рангов. Из этого следует, что такой сервер можно оснастить четырьмя Single или Dual Rank модулями, но при этом в случае с Quad Rank планками будут поддерживаться не более двух модулей.
