Fully Buffered DIMMs
Generationswechsel bei den Servermodulen
Fully Buffered DIMMs (FB-DIMMs) sind mehr als der neueste Spleen der Speicherindustrie: Erst eine grundlegende Überarbeitung der Modularchitektur schuf die Basis für ausreichende Zukunftssicherheit bei Arbeitsspeichern in Servern und Workstations. Rechnersysteme mit FB-DIMMs werden im nächsten Jahr auf den Markt kommen. Der Beitrag beschreibt die neue Speichertechnik und ihre Auswirkungen.
Die wichtigste Anforderung an einen Server ist Stabilität, erst danach rangieren Merkmale wie
Leistungsfähigkeit oder Preis. Aber gerade dieser Anforderung konnte die letzte Generation der
DDR-SDRAMs (siehe Glossar) nicht mehr gerecht werden: DDR400-Module reizen die technischen Vorgaben
der Spezifikationen der JEDEC sowie von Chiphersteller Intel weitgehend aus. Daher lassen sie sich
in Serversystemen beim Einsatz mehrerer Speicherriegel nur mit drastischen Leistungsverlusten und
letztendlich auf dem Leistungsniveau von DDR333- oder gar DDR266-Modulen verwenden.
Ein weiterer Schwachpunkt dieser "DDR1"-Architektur ist die Tatsache, dass der Memory Controller
des Mainboards mit steigenden Taktraten immer weniger Module adressieren kann. Trotz steigender
Kapazitäten pro Modul sinkt dadurch die Gesamtkapazität moderner Server-Mainboards – ein Trend, der
den Anforderungen der Kunden zuwiderläuft.
Auch die nachfolgende DDR2-Spezifikation bringt für sich allein nur wenige Vorteile im
Serverbau. Positiv wirken sich insbesondere die Reduzierung der Versorgungsspannung von 2,5 auf 1,8
Volt und die On-Die-Terminierung (ODT) aus. Gerade die Signalqualität profitiert von diesen beiden
Maßnahmen sehr deutlich.
Dennoch ist DDR2 lediglich ein evolutionärer Schritt, nicht aber ein revolutionärer Bruch mit
dem Vorgänger DDR1. Für die Massenmärkte der Arbeitsplatz-PCs und Notebooks war diese
Weiterentwicklung allerdings notwendig und sinnvoll, um Entwicklungs- und Umrüstungskosten bei
Chip-, Chipsatz- und Board-Herstellern zu minimieren. Daher blieb die JEDEC bei einer parallelen
Speicherarchitektur, bei der alle Chips mit dem zentralen Memory Controller auf dem Mainboard
kommunizieren müssen. Als Konsequenz verfügt ein DDR2-Modul über 240 Anschluss-Pins, und das
Leitungsnetzwerk auf dem Board zwischen dem Controller und den Speichersockeln ist extrem
kompliziert und aufwändig.
Grundlegend neue Architektur
Mit dem Konzept der Fully Buffered DIMMs änderte die JEDEC die Architektur, ohne die Vorteile
von Standardkomponenten aufzugeben. So sind die auf den neuen Servermodulen verwendeten Chips
identisch mit denen handelsüblicher DDR2-Module. Der Standard ist zudem schon jetzt darauf
ausgelegt, mit zukünftigen DDR3-Chips zu funktionieren, ohne das Konzept ändern zu müssen.
Die neue Busarchitektur ähnelt der, des von Intel entwickelten PCI-Express-Busses. FB-DIMMs
verfügen über eine serielle Point-to-Point-Verbindung zwischen dem Controller und dem ersten
Speichermodul sowie über entsprechende Verbindungen zwischen den Modulen. Letztere benötigen
hierfür einen neuen, zentralen Baustein, den Advanced Memory Buffer (AMB).
Der AMB übernimmt mehrere Aufgaben. Zum einen arbeitet er als Puffer – allerdings nicht nur von
Adress- und Kontrolldaten, wie es bei "ECC-Registered"-Modulen der Fall ist, sondern für alle
Informationen. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Module vom Memory Controller zu trennen:
Dieser kommuniziert nur noch mit dem Advanced Memory Buffer des ersten Speichermoduls. Der AMB
übernimmt dann die weitere Kommunikation mit den anderen Modulen und den eigenen Speicherchips. Er
allein ist zuständig für die Schreib- und Lesezugriffe und ist dadurch in der Lage, diese sogar
bidirektional auszuführen, also gleichzeitig zu lesen und zu schreiben.
Praktisch bedeutet dies, dass wieder – wie früher – bis zu acht Module an einer Datenleitung des
Controllers Platz finden. Bei einem Standard-DDR2-Speicher sind es gerade einmal zwei Module, was
bei Dual-Channel-Memory die maximale Anzahl von Steckplätzen auf vier begrenzt. Systeme für Fully
Buffered DIMMs unterstützen dagegen bis zu sechs Leitungen, bieten also Platz für maximal 48
Module.
Wie sehr sich das Layout von Mainboards durch den seriellen Point-to-Point-Ansatz vereinfacht,
zeigt ein Rechenbeispiel: Ein DDR2-Modul benötigt pro Kanal 240 Pins zur Kommunikation und verfügt
in einem Dual-Channel-System über zwei Leitungen. Somit sind 480 separate Verbindungen für maximal
vier Module erforderlich. Bei einer Maximalkapazität von jeweils 2 GByte lassen sich damit
insgesamt 8 GByte DDR2-Arbeitsspeicher realisieren. Eine FB-DIMM-Leitung benötigt dagegen lediglich
69 Pins. Sechs Kanäle mit maximalem Speicherausbau können 192 GByte Speicher über lediglich 414
Verbindungen adressieren.
Gleichzeitig lässt sich zum Beispiel bei der Verwendung von DDR2-800-Modulen die Bandbreite von
etwa 10 GByte/s auf gut 40 GByte/s steigern. Das Layout der Leiterbahnen für Serverboards ist
zumindest bei der Speicheranbindung damit einfacher, preiswerter und effizienter als bei einem
Standard-Mainboard. Fully Buffered DIMMs sind jedoch reine Server- und Workstation-Arbeitsspeicher
und von der JEDEC sowie von Intel auch als solche geplant. Die Vorteile dieser Technologie kommen
erst beim Einsatz großer Speicherkapazitäten zur Geltung, wie sie für Unternehmensserver oder
CAD-Workstations typisch sind.
Derzeit stellen alle namhaften Speicherhersteller ihren Kunden FB-DIMMs als Engineering Samples
zur Verfügung. Mit dem Verkaufsstart der entsprechenden Boards und Komplettsysteme ist für das
erste Quartal 2006 zu rechnen. Die endgültige JEDEC-Spezifikation wird im Lauf des nächsten Jahres
erwartet – die Gremienarbeit hinkt traditionell hinterher.
Sicherlich kommen auch in Zukunft preiswerte Einstiegsserver als Ein- oder Zwei-Prozessorlösung
mit Standard-DDR2-Modulen und ohne Puffer auf den Markt, aber in allen unternehmenskritischen
Bereichen werden FB-Lösungen dominieren. Da bei der Entwicklung der FB-DIMM-Architektur die nächste
DDR-Chipgeneration bereits mitberücksichtigt wurde, bieten diese Speicher zudem die notwendige
Zukunftssicherheit, die bei der Anschaffung neuer Systeme ein wesentliches Kriterium ist.
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