Ecc reg память что это
Что такое серверная оперативная память и чем она отличается от обычной
В этой статье мы разберемся, что такое серверная оперативная память. Узнаем, чем память для сервера отличается от обычной и что такое поддержка ECC. Поймем, можно ли вставить планку серверной памяти в обычный компьютер и запустить его.
В серверах и рабочих станциях используется не совсем обычная оперативная память.
Основные ее отличия — это поддержка специфических технологий, таких как контроль четности и ECC (коррекция ошибок).
Серверная оперативная память не обладает выдающимися скоростными характеристиками. Для нее намного важнее стабильность и безотказность в работе. Применяется в тех областях, где критически важна бесперебойная работа. Например, финансы и облачные вычисления.
Рассмотрим подробнее технологии, которые применяют в серверной памяти ⇓
Память с коррекцией ошибок
ECC (Error-Correcting Code) позволяет исправлять некоторые ошибки в процессе работы оперативной памяти. В том числе, случайные неточности, то есть те, которые могут возникать под воздействием электромагнитных помех или высокоэнергетических элементарных частиц.
Подобная погрешность появляется из-за изменения значения одного бита в машинном слове. Результат такой ошибки может быть самым непредсказуемым. От изменения одного символа в набранном тексте до зависания всей системы.
Применение технологии ECC необходимо для обнаружения и если это возможно, то исправления подобных проблем. Память, не имеющая поддержки коррекции ошибок, обозначается non-ECC.
Принцип работы
ECC модуль имеет дополнительные микросхемы, по одной на каждые 8 чипов. То есть, при одностороннем дизайне модуля, будет задействовано 9 чипов вместо привычных 8. А при двухстороннем — 18 вместо 16. В дополнительных чипах лежат контрольные суммы машинных слов, хранящихся в памяти.
Если при проверке контрольная сумма машинного слова не совпадает с контрольной сумой, находящейся в чипе-буфере, значит, найдена неточность. При возможности устранить проблему, система продолжает работу, но если коррекция невозможна, то операционной системе отправляется сообщение.
Если ОЗУ использует только технологию ECC, то это не совсем серверная оперативная память. Она рассчитана, в первую очередь, на профессиональные рабочие станции.
Для использования ECC RAM ОЗУ требуется поддержка как со стороны процессора, в котором размещен контроллер памяти, так и со стороны материнской платы. Впрочем, у не самых дешевых CPU и системных плат подобная поддержка нередко есть. Следовательно, память с коррекцией ошибок на них успешно заработает.
Какие преимущества получит обычный домашний или офисный компьютер в этом случае? Теоретически, он будет стабильнее работать. Но стоит учитывать, что применение Error-Correcting Code требует определенных вычислительных мощностей, как следствие, быстродействие снижается, пусть и не намного.
Однобитовые ошибки
Бит представляет собой единую двоичную цифру (1 или 0), причем восемь битов формируют байт — исторически наименьшую единицу адресной памяти, которую компьютеры считают либо как одно число, либо букву. Однобитовая ошибка заключается в том, что электрический заряд бит изменяется, переворачивая его от 0 до 1 или наоборот.
Причины однобитовых ошибок возникают в двух основных вариантах — жестких и мягких ⇓
В любом случае результат однобитовой ошибки тот же. Неточность, влияющая на одну двоичную цифру, не приведет к концу света, но перевернутый бит может серьезно повлиять на важные данные.
Хотя ошибка может быть безвредной или иметь сравнительно мягкий эффект (например, неправильно окрашенный пиксель в изображении), это может привести к полностью искаженному файлу или сбою всей системы.
В приложениях, обрабатывающих большие объемы чувствительных или высокоценных данных, даже одна однобитовая ошибка может быть катастрофической.
ОЗУ с ECC предотвращает однобитовые ошибки, обнаруживая и исправляя их, гарантируя, что данные будут должным образом сохранены.
Регистровая память
По-настоящему серверной можно считать только регистровую (registered) или буферизованную (buffered) память. Основная ее особенность — это наличие на модуле еще одной микросхемы — регистра.
Регистровая оперативная память DDR4
Регистр выполняет роль буфера между микросхемами памяти на модуле и контроллером ОЗУ. Это необходимо для снятия электрической нагрузки с контроллера, что позволяет установить большое количество модулей.
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
Вся регистровая оперативка в обязательном порядке поддерживает технологию ECC. Такие модули обычно имеют маркировку ECC reg. Отличие памяти с ECC от регистровой, заключается только в отсутствии микросхемы регистра и компоновке чипов памяти на планке.
Первое поколение ОЗУ DDR PC2700 ECC REG
Чем отличается серверная оперативная память от обычной
В первую очередь такая оперативка предназначена для бизнеса и профессиональных задач, где критически важна работа с данными и точностью их обработки и передачи.
По сравнению с обычной, ОЗУ ECC имеет очевидные преимущества. Из-за встроенных возможностей для исправления ошибок, системы с ОЗУ ECC имеют намного меньше отказов, чем с памятью без коррекции ошибок. На практике это означает меньшую потерю данных, меньшее количество сбоев и больше времени безотказной работы.
Однако из-за дополнительной обработки, требуемой для чипов, ECC может оказать небольшое влияние на производительность. Это вряд ли является серьезной проблемой, когда пользователи уделяют первостепенное внимание минимизации ошибок и максимальному времени бесперебойной работы, которые обеспечивает ECC RAM, даже если она действительно имеет незначительный проигрыш в производительности.
Еще одна очевидная разница между памятью с ECC и без нее — это цена. Благодаря своим расширенным функциям память с коррекцией ошибок стоит дороже, чем обычная и поддерживается только на специализированных (дорогостоящих) материнских платах и высокопроизводительных серверных процессорах, таких как Intel Xeon и т.п. В обычную метеринку вставить ее можно, но она там не заработает.
Определить серверная память или нет, можно легко визуально по наличию дополнительных чипов памяти и расположению микросхем на модуле.
ECC RAM нельзя комбинировать с памятью без коррекции ошибок. Поэтому, если вы хотите возможности Error-Correcting Code, вам придется заменить всю оперативку на новые модули.
Чем еще отличается ОЗУ для сервера
Нужна ли серверная память в обычном компьютере
Конечно неприятно, когда ваш домашний компьютер или ноутбук падает из-за ошибки, но это вряд ли будет иметь серьезные долгосрочные последствия.
Собирать домашний компьютер на серверном железе — достаточно спорное решение. Кроме самих модулей серверной памяти, придется установить серверную системную плату. А для нормальной работы системной платы может потребоваться соответствующий корпус и блок питания, что в итоге приведет к неоправданным расходам и даст только избыточную для большинства домашних систем надежность.
Почему серверная память не работает на обычных компьютерах
Где необходима ОЗУ c ECC?
Для бизнес-критических серверных приложений короткий ответ — да. На сервере, обрабатывающем конфиденциальную информацию о клиенте или финансовых транзакциях, даже одна ошибка имеет потенциал для катастрофы.
ECC reg RAM настоятельно рекомендуется организациям, которые обрабатывают большие объемы данных клиентов в Интернете, для защиты от финансовых потерь, вызванных поврежденными данными, или репутационного ущерба, вызванного простоями после сбоя системы.
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.
ECC vs non-ECC: так ли медлительна память с коррекцией ошибок?
Оглавление
Вступление
На сегодняшний день на просторах Рунета можно встретить открытые темы на форумах с вопросами – стоит ли брать рабочую станцию с ECC-памятью или можно обойтись обычной? В данных ветках можно прочесть множество противоречивых утверждений, и часть из них говорит о том, что коррекция ошибок сильно замедляет память, а следовательно и ЦП. Но мало кто это проверял на деле на современных процессорах.
реклама
Сегодня мы разберемся в этом вопросе и сравним производительность серверного процессора с обоими типами памяти. Но для начала небольшой экскурс.
Коррекция ошибок
Для чего необходима коррекция? И почему в работе памяти возникают ошибки? Перед ответом на эти вопросы следует разделить ошибки на два типа:
Причиной появления аппаратных ошибок является дефектная микросхема DRAM, а случайные ошибки возникают под воздействием излучения, альфа-частиц, элементарных частиц и прочего. Соответственно, первые в принципе неисправимы – если чип дефектный, то поможет только его замена; а вот вторые могут быть исправлены.
Почему же так необходима коррекция ошибок в рабочих станциях и серверах? Однобитовая ошибка в 64-битном слове меняет содержимое ячейки памяти, а в конечном итоге на жесткий диск может быть записано другое число, другие данные, при этом компьютер не зафиксирует эту подмену. А изменение бита в оперативной памяти может вызвать сбой программы, что для рабочей станции и сервера недопустимо.
Для обнаружения изменения битов памяти можно использовать метод подсчета контрольной суммы, но он позволяет лишь обнаруживать ошибки без их исправления.
В свое время было предложено много различных способов решения данной проблемы, но на сегодняшний день наибольшее распространение получил метод коррекции ошибок или ECC (Error-Correcting Code). Данный метод позволяет автоматически исправлять однобитовые ошибки в 64-битном слове – SEC (Single Error Correction) и детектировать двухбитовые – DED (Double Error Detection).
Физическая реализация ECC заключается в размещении дополнительной микросхемы памяти на модуле ОЗУ – соответственно, при одностороннем дизайне модуля памяти вместо восьми чипов располагается девять, а при двустороннем вместо шестнадцати – восемнадцать. Таким образом, ширина модуля становится не 64 бита, а 72 бита.
Метод коррекции ошибок работает следующим образом: при записи 64 бит данных в ячейку памяти происходит подсчет контрольной суммы, составляющей 8 бит. Когда процессор обращается к этим данным и производит считывание, проводится повторный подсчет контрольной суммы и сравнение с исходной. Если суммы не совпадают – произошла ошибка. Если она однобитовая, то неправильный бит исправляется автоматически, если двухбитовая – детектируется и сообщается ОС.
Финансовая сторона
реклама
Прежде чем приступить к тестированию, необходимо затронуть финансовый вопрос.
Стоимость обычного модуля памяти DDR3-1600 с напряжением 1.35 В и объемом 8 Гбайт составляет около 3600 рублей, а с коррекцией ошибок – 4800 рублей. На первый взгляд ECC-память выходит на 30-35% дороже, что, в целом, не позволяет их сравнивать в силу существенно большей стоимости последней. Но почему же тогда такой вопрос возникает при сборке рабочей станции? Все просто – необходимо смотреть на данный вопрос шире, а именно – смотреть на общую стоимость рабочей станции.
Ценник однопроцессорной станции на базе четырехъядерного восьмипоточного Xeon (настольные процессоры серий i5 и i7 не поддерживают ECC-память) с 32 Гбайтами памяти, материнской платы с чипсетом C222/С224/С226 (десктопные наборы логики Z87/Z97 и другие также не поддерживают память с коррекцией ошибок) будет превышать 70 000 рублей (при условии, что устанавливаются серверные SSD с повышенным ресурсом). А если включить в эту стоимость и дискретную видеокарту, и прочие сопутствующие компоненты, например, ИБП, то ценник из пятизначного превратится в шестиизначный, перевалив планку в 100 000 рублей.
Покупка 32 Гбайт памяти с коррекцией ошибок потребует дополнительных 4-6 тысяч рублей, что по отношению к общей стоимости рабочей станции не превышает 5%, то есть не является критичным. Также переход от десктопного к серверному железу предоставит и другие преимущества, например: интегрированные графические карты P4600 в процессорах Intel Xeon E3-1200 третьего поколения получили оптимизированные драйверы, которые должны повышать производительность в профессиональных приложениях, например, в CAD; поддержка технологии Intel VT-d, которая позволяет пробрасывать устройства в виртуальную среду, например, видеокарты; прочие серверные технологии – Intel AMT или IPMI, WatchDog и другие, которые также могут оказаться полезными.
Таким образом, хоть и сама ECC-память стоит заметно дороже обычной, в общей стоимости рабочей станции данная статья затрат является несущественной, и переплата не превышает 5%.
Тестовый стенд
Для данного обзора использовалась следующая конфигурация:
Методика тестирования
В рамках тестирования были произведены замеры производительности как при одноканальном режиме работы ИКП, так и при двухканальном. Суммарный объем ОЗУ составил 8 (один модуль) и 16 Гбайт (два модуля) соответственно.
Результаты тестирования
Тест памяти
Перед тем, как приступить к тестированию, проведем замер пропускной способности памяти и латентности.
реклама
При изучении результатов можно заключить, что производительность ECC- и non-ECC- памяти находится на одном и том же уровне в рамках погрешности.
Если в предыдущем тесте от замера к замеру выигрывал то один, то другой тип памяти, то при замере латентности ECC-память постоянно показывает большие задержки. Но разница несущественна – всего лишь 1 нс.
Таким образом, замер ПС и латентности памяти не показал особых различий между ECC- и non-ECC-памятью. Посмотрим, повторится ли это в последующих тестах.
3DMark
реклама
Тестовый пакет 3DMark содержит подтесты как для процессора, так и для графической карты. Здесь и кроется самое интересное – давно известно, что встроенному видеоядру не хватает существующей ПСП в 25.6 Гбайт/с, поэтому именно в графических подтестах можно выявить негативное влияние коррекции ошибок, если оно вообще есть,…
. но разницы нет – что ECC, что non-ECC. Ни процессор, ни интегрированное ядро никак не реагируют на замену обычной памяти на DDR с коррекцией ошибок – результаты одинаковы в рамках погрешности. Среднеарифметическая разница составила 0.02% в пользу ECC-памяти для одноканального режима и 1.6% для двухканального режима.
При этом нельзя сказать, что встроенная видеокарта P4600 не зависит от скорости ОЗУ – при одноканальном доступе общий результат почти на 30% ниже, чем при двухканальном. Другими словами, скорость ОЗУ критична для графического ядра, но сами по себе «ECC-версии» не влияют ни на скорость ОЗУ, ни на видеокарту.
реклама
Архиваторы, как известно, чувствительны к памяти, поэтому, возможно, здесь получится зафиксировать влияние типа памяти на производительность.
Ситуация с архивацией неоднозначная: с одной стороны – в одноканальном режиме (как при распаковке, так и при сжатии) ECC-память уверенно оказывается медленнее на 2%; с другой – в двухканальном режиме при сжатии ECC-память уверенно быстрее, а при распаковке – медленнее, а среднее арифметическое – быстрее на 0.65%.
Скорее всего, причина в следующем – пропускной способности памяти при одноканальном доступе процессору явно недостаточно, и поэтому чуть большая латентность ECC-памяти сказывается на производительности; а при двухканальном доступе ПСП полностью покрывает нужды CPU и поэтому чуть большая латентность памяти с коррекцией ошибок не сказывается на производительности. В любом случае зафиксировать существенного влияния на скорость архивации не получилось.
Cinebench
реклама
Тестовый пакет Cinebench содержит подтест как процессора, так и видеокарты.
Но ни первый, ни вторая никак не отреагировали на ECC-память.
Зато налицо явная зависимость видеокарты от ПСП – при одноканальном доступе результат в OpenGL оказался на 25% ниже, чем при двухканальном. Вспоминая результаты 3DMark и смотря на нынешние, можно заключить, что производительность интегрированной видеокарты хоть и зависит от ПСП, но ECC-память не оказывает на нее негативного влияния.