Ресурсоемкие задачи - обработка цифрового видео, сложной трехмерной графики, анализ экономических рисков в зависимости от множества параметров - заставляют производителей компьютеров постоянно наращивать вычислительные мощности. При этом простое увеличение частоты и гонки за гигагерцами уже не срабатывают - нужно что-то новое. Так появились технология Hyper-Threading и ее дальнейшее развитие - многоядерные процессоры и новые алгоритмы оптимизации. В видеоплатах теперь есть режимы SLI и CrossFire, а в жестких дисках - SATA, NCQ и RAID. Причем качественные усовершенствования можно наблюдать также и на рынке оперативной памяти.

Основные проблемы.

Объемы памяти в современных компьютерах неуклонно растут. Сегодня трудно кого-либо удивить двумя гигабайтами на домашнем ПК, а появление 64-битных процессоров сделает неизбежным расширение адресного пространства. Проблема повышения объема памяти становится краеугольным камнем на рынке серверных решений.
Типичная подсистема памяти использует параллельную топологию шины, которая требует физического подключения каждого чипа на модуле памяти к контроллеру. Таким образом, рост объема поддерживаемой памяти сдерживается возможностями чипсетов и разводкой материнских плат. Как этого избежать?

Можно использовать регистровую память, но ее цена довольно высока, поэтому она больше подходит для использования в серверных решениях. В целом же возможность передачи информации по параллельным шинам почти исчерпала свой ресурс пропускной способности. Для быстрейшего обмена информацией памяти с процессором специалистами AMD была внедрена шина HyperTransport. Но и это не избавило от существующих проблем с нехваткой объема, ведь количество слотов на материнской плате не может расти бесконечно. Так или иначе, для эффективного увеличения объема поддерживаемой оперативной памяти и пропускной способности нужно было переделывать сам интерфейс работы с памятью.
Для устранения некоторых проблем было решено использовать полностью буферизованную память FB-DIMM (Fully Buffered, Dual In-line Memory Module). Характеристики данного типа ОЗУ были определены комитетом по стандартизации JEDEC. Если рассматривать собственно скорость работы, то модули FB-DIMM не революционны. Ведь сама идея полностью буферизованной памяти - это лишь иной подход к реализации интерфейса между контроллером и чипами памяти непосредственно. Самое простое объяснение звучит так: мы отказываемся от параллельного канала памяти и полностью переводим платформу на последовательный интерфейс.

Чтобы оценить значимость новой технологии, нужно знать закон Амдала. Суть его заключается в том, что платформа стоит на трех китах - процессоре, подсистеме ввода-вывода и памяти. А для создания в полной мере сбалансированной платформы все эти составляющие должны иметь одинаковый уровень производительности. После того как технология PCI Express стала отраслевым стандартом подключения локальных устройств, сама подсистема ввода-вывода вышла на новый уровень производительности и стала соответствовать быстродействию современных процессоров. И теперь именно пропускная способность и максимально возможные объемы памяти стали причиной дисбаланса в структуре этих трех составляющих.

Технология памяти FB-DIMM.

Новая технология FB-DIMM подразумевает последовательное соединение буферов модулей памяти высокоскоростными каналами передачи данных. Объединенная цепочка модулей памяти подключается к контроллеру и позволяет увеличить объем ОЗУ до значений, недоступных для технологий параллельного подключения модулей.
FB-DIMM позволяет чипсету работать с оперативной памятью объемом до 192 Гбайт и даже выше. Пропускная способность памяти при этом повышается до 40 Гбайт/с. Изначально для создания FB-DIMM были взяты обычные модули DDR2-667, но через некоторое время на рынке появятся модули FB-DIMM, использующие технологию DDR3. Чипы производятся по 80-нм техпроцессу и поддерживают технологию горячей замены. В основе модулей - чипы типа R-DIMM (Registered Dual In-line Memory Module). В настоящее время их выпуском занимаются компании Intel, NEC, IDT и Infineon.

Технические тонкости.

Принципы функционирования модулей памяти FB-DIMM заключаются в наличии специального высокоскоростного буфера AMB, в котором могут храниться и команды, и сами данные. В этом случае контроллер памяти напрямую обращается к этому буферу. Каждый буфер может передавать сигнал следующему по цепочке, а затем нужному чипу на модуле. Исходя из этого мы освобождаем процессорное время на обращение ко всем модулям (этим занимается сам буфер), а также осуществляем безопасное синхронизирование таймингов в течение высокоскоростных операций со значительно более коротким сигнальным маршрутом. Диспетчеру памяти приходится только отдавать команды на извлечение/запись информации в память, а всем остальным занимается буфер.
Кроме упрощения дизайна и повышения плотности каналов памяти в расчете на один квадратный сантиметр материнской платы технология FB-DIMM позволяет разносить контроллер памяти и слоты DIMM на расстояние до 12 дюймов (30 см), что сопоставимо с размерами самой материнской платы. Устанавливая дополнительный чип-повторитель, можно увеличить это расстояние еще на 12 дюймов — для проектирования серверных материнских плат свойство незаменимое. Более того, разница длины дорожек, соединяющих контроллер памяти со слотами DIMM, теперь абсолютно не влияет на производительность. Сами же массивы ячеек основаны на технологии DDR2, здесь FB-DIMM вполне пересекается с текущими технологиями. Благодаря этому производителям памяти будет проще перейти на новый стандарт.

Для реализации доступа к компонентам DDR2 через архитектуру FB-DIMM требуется в три раза меньшее количество контактов. На практике это означает, что вместо стандартных двух каналов небуферизованной памяти DDR2 на сопоставимой по размерам материнской плате можно реализовать поддержку до шести каналов FB-DIMM. Каждый канал теоретически способен поддерживать до восьми модулей памяти, которые могут последовательно соединяться друг с другом, что позволяет значительно повысить скоростные качества шины. Это очень удобно для разработчиков материнских плат - им не придется увеличивать количество слотов и серьезно усложнять разводку. У данной архитектуры есть один минус - дополнительные задержки, поскольку согласование данных по последовательной шине происходит через чип-повторитель.

В результате разработок, направленных на борьбу с этими задержками, Intel представила несколько решений. Во-первых, задержки будут преодолеваться за счет повышения рабочей частоты памяти, а во-вторых, они будут компенсироваться за счет использования специального скоростного канала передачи данных, проходящего непосредственно через сам чип-коммутатор. Задержки операций чтения-записи будут дополнительно компенсироваться посредством независимой работы каналов модулей памяти. Информация от буфера к буферу передается с помощью cигнальной линии, которая работает в двойном симплексном режиме. Стоит отметить функцию автоматической подстройки таймингов. Обнаружение ошибок будет отслеживаться посредством алгоритма CRC (каждой передаваемой команде присваивается своя уникальная контрольная сумма). Также обнадеживает функция термоконтроля: если чипы начнут перегреваться, то рабочие тайминги будут повышаться. В дополнение к этому инженеры Intel реализовали функцию Thermal Throttling, которая при перегреве будет задействовать механизм пропуска рабочих тактов.

Чипы памяти помещены в sFBGA-корпус, благодаря чему толщина модулей памяти уменьшается до 6,7 мм, что является полезным свойством для организации более качественного охлаждения. Кроме того, некоторые производители выпускают этот тип модулей с уже установленными термонакладками.
Необходимость качественного охлаждения обусловлена тем, что отдельные части модуля работают на частотах около 2 ГГц, и разработчикам приходится искать способы остудить модули при небольших габаритах самой системы охлаждения.

О совместимости технологии FB-DIMM.

Сегодняшние платформы на базе модулей FB-DIMM могут обеспечивать обратную совместимость типов памяти (например, DDR и DDR2), расширяя возможности замены памяти на местах и повышая экономию на затратах по модернизации техники, что немаловажно для корпоративного рынка. С появлением систем FB-DIMM конечный потребитель получил возможность использования памяти FB-DIMM первого поколения на базе DDR2 DRAM и получит второе поколение на базе DDR3 DRAM.
При использовании FB-DIMM значительный прирост производительности будет наблюдаться в ресурсоемких приложениях, например программах обработки сложной анимации и 3D-графики, звуковых и видеоредакторах, а также системах распределенных вычислений (кластерах).

Появление этого типа модулей на розничном рынке играет немаловажную роль в комплектации мощных графических станций, серверов и прочего оборудования, для которого требуется надежная и быстрая подсистема памяти. И самое главное: цена FB-DIMM ненамного выше стоимости обычных модулей DDR2.

Это был "очередной виток".

Представленные технологии стали еще одной эволюционной веткой в развитии подсистемы памяти. Они обеспечивают должный уровень производительности и стабильности вкупе с современными 64-разрядными многоядерными процессорами и гарантируют запас на будущее. Теперь подсистема памяти перестала быть слабым местом в цепочке процессор — подсистема ввода-вывода — память. Это нововведение имеет также большую экономическую роль в развитии инфраструктуры информационных технологий в целом. Совместимость устройств FB-DIMM разных поколений позволит сохранить инвестиции в модули DIMM и обеспечить их повышенный срок службы, переставляя модули в новые системы. Со временем можно будет использовать модули DIMM нового поколения, чтобы выйти на новый уровень производительности и стоимости.

Конкурент FB-DIMM - 4-Rank DIMM Memory.