Fbdimm ، تولد حافظه سريال

FBDIMM ، تولد حافظه سريال

FBDIMM پاسخي است به نارسايي هاي حافظه DDR2 در كامپيوترهاي سطح بالا كه نيازمند حجم حافظه زياد با پهناي باند وسيع مي‌باشند . اين استاندارد الحاقي حافظه DDR2 ، آغاز تحولي در بخش حافظه سيستم‌هاي كامپيوتري مي‌باشد كه عملكرد سرورها و ايستگاه‌هاي كاري سطح بالا را به شدت افزايش خواهد داد. با وجود اينكه پيش بيني مي‌شد تا مدت ها DDR2 مي‌تواند به تنهايي تكنولوژي پيشتاز حافظه باشد , به دليل بهره گيري از خطوط موازي انتقال اطلاعات , ناتواني حافظه DDR را در افزايش پهناي باند و نامحدود ساختن حداكثر حجم حافظه , به ارث برده است ...
مقدمه




خطوط انتقال داده موازي و سريال


خطوط انتقال داده سريال منسوخ شده , امروزه كاربردي باورنكردني در كامپيوتر پيدا كرده‌اند اكثر نوآوري‌هاي در اين عرصه همانند HyperTransport (گذرگاه FSB پردازنده اتلون 64) , SATA (اينترفيس ارتباطي سخت‌ديسك با مادربرد) , PCI Express ( گذرگاه ورودي/خروجي) كه هريك انقلابي در ارتباطات ميان قطعات كامپيوتر به شمار مي‌روند، همگي بر پايه همان خطوط انتقال داده سريال قديمي طراحي شده‌اند . در خطوط انتقال داده موازي, 8 بيت تشكيل دهنده يك بايت به صورت موازي همديگر , گذرگاه را مي‌پيمايند لذا عرض گذرگاه همواره مضرب 8 مي‌باشند . اما در خطوط انتقال داده سريال , بيت هاي تشكيل دهنده يك بايت پشت سر هم در يكي خط انتقال داده,گذرگاه را طي مي‌كنند .


يكي از بخش‌هاي مهم كامپيوترها كه هنوز با خطوط موازي داده ها را منتقل مي‌نمايد حافظه اصلي كامپيوتر است . با عرضه پردازنده هاي پيشرفته و همچنين ابزارهاي ورودي/خروجي سريع مبتني بر گذرگاه‌هاي PCI Express , عدم وجود حافظه هاي سريع‌تر با حجم زياد توازن سرعت ميان قطعات را بر هم زده مزاياي حاصل از اين پيشرفت ها را پشت پرده نگه مي‌دارد .


تولد حافظه سريال


حافظه FBDIMM Fully-Buffered DIMM) ) استاندارد الحاقي DDR2 مي باشد كه از خطوط انتقال داده سريال بهره برده و براي سرورها و ايستگاه هاي كاري سطح بالا كه دسترسي به مقدار زياد حافظه با سرعت بالا و پهناي باند وسيع اهميت زيادي دارد , در نظر گرفته شده. اين حافظه جديد معماري داخلي ماژول‌هاي DDR2 را با خطوط انتقال داده سريال تركيب كرده است . در ماژول‌هاي حافظه متعارف كه از خطوط ارتباطي موازي در گذرگاه حافظه استفاده مي‌كنند هر ماژول در يك كانال حافظه داراي اتصالات مجزايي به كنترلر حافظه مي‌باشد كه افزايش ظرفيت حافظه نصب شده بر روي كانال , تراكم اتصالات را بالا خواهد برد اين امر مدت زمان تاخير دسترسي به داده ها را افزايش خواهد داد به همين دليل حافظه هاي حجيم به صورت ذاتي كند عمل مي کنند و سهم كمتري از حداكثر پهناي باند گذرگاه حافظه را در اختيار مي‌گيرند , از طرف ديگر افزايش سرعت حافظه به دليل تراكم سيگنال‌هاي انتقال داده , نرخ ميانگين خطا را در جريان داده‌ها افزايش خواهد داد . اين مشكل يكي از نكات منفي حافظه‌هاي پرسرعت بوده به همين دليل در افزايش سرعت حافظه هاي فعلي محدوديت ايجاد ميكند .

در نتيجه انتخاب يكي از دو گزينه‌ي (1) حجم حافظه كم و سرعت زياد يا (2)حجم حافظه زياد و سرعت كم , اجتناب ناپذير مي‌باشد كه هيچ يك از اين دو گزينه , مناسب سرورها و ايستگاه‌هاي كاري سطح بالا نمي باشد چرا كه دسترسي به حجم بالاي حافظه با پهناي باند وسيع در اين كامپيوترها جهت استفاده از توان بالاي پردازشي و ارتباطي خود اهميت زيادي دارد. تا كنون در كامپيوترهاي خانگي گزينه (1)حجم كم و سرعت زياد و براي اكثر ايستگاه هاي كاري سطح بالا گزينه (2)حجم زياد و سرعت كم در نظر گرفته مي‌شده , اما FBDIMM‌ پايان اين اجبار براي انتخاب است . حجم حافظه زياد و سرعت بالا كه تا كنون دو كفه ترازو در انتخاب حافظه اصلي كامپيوتر ها به شمار مي‌رفتند با اين استاندارد الحاقي حافظه DDR2 هردو ممكن شده اند .

محدوديت‌هاي موروثي حافظه Ddr2

• پس از عرضه پردازنده‌ها و سيستم عامل 64 بيتي , از نظر تئوري آدرس دهي بيش از 4 گيگابايت حافظه اصلي كه بزرگترين ضعف سيستم‌هاي 32 بيتي مي‌بود به صورت تئوري ممكن گرديد , اما اين محدوديت از نظر عملي اين بار از سوي كنترلرهاي حافظه , اعمال مي‌شود به طوري كه شركت «اينتل» در آخرين سري چيپ‌ست هاي سري 950 خود اين محدوديت را حداكثر تا 8 گيگابايت در بهترين شرايط توانسته افزايش دهد , هركانال از گذرگاه حافظه مادربردهاي فعلي كه با خطوط انتقال داده موازي طراحي شده‌اند شامل مدارهاي گسترده بسيار پيچيده‌اي مي‌باشد كه پياده‌سازي آن بر روي مدارچاپي (pcb) مادربرد, نيازمند مدارهاي 4 الي 6 لايه مدار با تراكم بالا مي‌باشد اين پيچيدگي طراحي و پياده‌سازي حداكثر دو كانال براي گذرگاه حافظه را عملي ساخته است به همين دليل اكثر مادربردهاي سطح بالا براي دستيابي به حجم حافظه بيشتر و پهناي باند وسيع‌تر با حافظه‌هاي دوكاناله عرضه مي‌شوند كه درهر كانال 2 يا 3 ماژول حافظه ميتوان قرارداد. تصوير شماره (1) کنترلر حافظه دوکاناله Ddr2 را نشان مدهد, آدرس دهي ماژول‌هاي حافظه فراتر از آنچه كه بر روي 4 شيار اين دو كانال نصب شده اند عملي نمي‌باشد به همين دليل محدوديتي كه از دوش پردازنده و سيستم عامل براي دسترسي به حافظه اصلي حجيم , برداشته شده است اين بار توسط كنترلرهاي حافظه مجتمع در داخل چيپ‌ست مادربرد اعمال مي‌گردد .

• محدوديت ديگر حافظه‌هاي فعلي در پهناي باند دسترسي به آنها ايجاد شده است , اگر چه با ظهور Ddr2 سرعت حافظه‌ها و پهناي باند نظري آنها تا حدودي افزايش يافت , اما افزايش اسمي پهناي باند به دليل ساختار ذاتي Ddr2 چندان موجب افزايش «پهناي باند واقعي» گذرگاه حافظه حتي در حالت دو كاناله نشده است . به همين خاطر اختلاف كارايي ميان سيستم هاي مبتني بر حافظه Ddr2 با كامپيوترهاي مبتني بر حافظه‌هاي قديمي Ddr چندان چشمگير و مطلوب نمي‌باشد.

اين دو مشكل شايد بر روي كامپيوترهاي خانگي و اداري اهميت چنداني نداشته باشند اما براي سرورها و ايستگاه هاي كاري سطح بالا كه برنامه‌هاي آنها نيازمند حافظه زياد با پهناي باند وسيع مي‌باشند به عنوان يك محدوديت مطرح مي‌باشد . در ادامه به بررسی راه حلی که ماژول های Fbdimm در مقابل این محدودیت ها عرضه می نمایند خواهیم پرداخت...

FBDIMM پاسخي به تمام محدوديت‌ها


عامل اصلي اين محدوديت ها مربوط خطوط انتقال داده‌ي موازي مورد استفاده در حافظه‌هاي متعارف مي‌باشد , گذرگاه طراحي شده با اين خطوط هم گسترده و پيچيده خواهد بود و هم محدوديت افزايش سرعت را جهت پايين آوردن درصد خطا را دارد , FBDIMM با به خدمت گرفتن خطوط انتقال داده سريال , توانسته است كانال هاي حافظه را از نظر وسعت مداري كوچكتر و بازدهي آنها را ثابت نگاه دارد , به طوري كه پيچيدگي مدار گذرگاه حافظه 6 كاناله‌ي FBDIMM تا حدودي ساده تر از پيچيدگي مدار گذرگاه حافظه 2 كاناله DDR2 مي‌باشد و مدارهاي چاپي 4 لايه براي پياده سازي اين گذرگاه جديد كافي مي‌باشند . با افزايش تعداد كانال‌هاي گذرگاه حافظه از 2 به 6 عدد , در سرعت برابر , پهناي باند دسترسي به حافظهFBDIMM 3 برابر حافظه DDR2 خواهد شد و اين پاسخي است به محدوديت پهناي وسيع در حافظه هاي متداول .


در حافظه هاي متداول , كنترلر حافظه مجتمع در داخل چيپ‌ست مادربرد به تنهايي كليه ماژول‌هاي حافظه را مديريت مي‌كند , يافتن آدرس , كنترل سيگنال‌ها, ارسال و دريافت داده به ميلياردها سلول حافظه وظيفه بسيار سنگيني براي اين كنترلر مي‌باشد به همين دليل حجم حافظه اي كه كنترلر حافظه مي‌تواند پشتيباني نمايد محدود شده است , حافظه FBDIMM به كمك يك تراشه اضافي به نام AMB (Advanced Memory Buffer) كه بر روي ماژول حافظه قرار دارد (تصوير شماره 2), مديريت يك ماژول را براي كنترلر حافظه ساده تر ساخته است تا بتوان در هر كانال از گذرگاه حافظه حداكثر 8 ماژول حافظه قرار داد به همين خاطر بهره‌گيري از حجم حافظه‌ي بيشتر از آنچه كه بر روي دو كانال حافظه DDR2 ميتوان نصب نمود ميسر گشته , حداكثر ظرفيت حافظه كه يك كنترلرحافظه FBDIMM كامل ميتواند پشتيباني كند 192 گيگابايت اعلام شده است . تصوير شماره(3) شمايي از اين كنترلر مي‌باشد .

AMB ، يك بافر هوشمند


عملكرد فوق‌العاده FBDIMM وابسته به تراشه AMB مي‌باشد , اين تراشه كليه اطلاعات ورودي/خروجي را در خود ذخيره كرده زماني كه از صحت آنها اطمينان حاصل شد به سوي مقصد هدايتشان ميكند , اين اطلاعات ميتواند شامل داده ها , سيگنال‌هاي كنترلي يا آدرس ها باشد , بر خلاف حافظه هاي Registered يا ECC امروزي كه تنها اطلاعات مربوط به سيگنال‌هاي كنترلي و آدرس‌ها را بافر نموده و عمليات تصحيح خطا (ECC) بر روي آنها انجام مي‌دهند , در FB-DIMM تمامي اطلاعات ورودي/خروجي ماژول بافر گشته و عمليات تصحيح خطا برروي هر آنچه كه با حافظه مبادله ميگردد , صورت مي‌پذيرد .


همانطور كه در شكل 4 مشاهده مي‌شود , در يك كانال متشكل از 8 ماژول حافظه FBDIMM‌ تنها تراشه هاي AMB ماژول ها با يكديگر ارتباط دارند و تراشه AMB ماژول اول به كنترلر حافظه متصل شده است . اين اتصال توسط دو گذرگاه سريال كاملا مستقل از هم براي ارسال و دريافت اطلاعات شكل گرفته است . تمام اطلاعات مورد نياز ماژول‌هاي حافظه شامل آدرس ها و دستورالعمل ها و داده ها توسط 10 خط انتقال سريال در طول كانال جريان پيدا ميكنند در صورتي كه اطلاعات مربوط به ماژول اول نباشد پس از دريافت توسط AMB‌ ماژول اول تقويت و تصحيح خطا شده و دست به دست به ماژول‌هاي بعدي تحويل داده مي‌شود تا به ماژول مقصد برسد , اطلاعات ارسالي از ماژول‌ها براي كنترلر حافظه توسط 14 خط انتقال سريال مبادله مي‌شود . عملكرد اين دو گذرگاه با هم مشابه يك گذرگاه دو طرفه( Full Duplex ) قدرتمند مي‌باشد در حالي كه گذرگاه حافظه هاي متداول يك گذرگاه نيم دو طرفه (Half Duplex) است به اين معني كه گذرگاه در بازه هاي زماني مشخص ميان دو حالت ارسال و دريافت , تغيير وضعيت مي‌دهد . دو طرفه ساختن گذرگاه حافظه موجب شده سهم بيشتري از حداكثر پهناي باند ارائه شده به صورت مفيد استفاده شده و درصد بازدهي گذرگاه افزايش يابد .

بر خلاف گذرگاه حافظه پيچيده‌ي DDR2 , گذرگاه حافظه FBDIMM براي يك كانال به سادگي تصوير 3 مي‌باشد . اين گذرگاه علاوه بر خطوط سريال انتقال اطلاعات متشكل از اتصالات مستقلي به كريستال توليدكننده پالس‌ساعت‌هاي مرجع مي‌باشد , همچنين گذرگاه ديگري به نام SMBus در اين مجموعه در نظر گرفته شده است تا به صورت كاملا مستقيم مشخصات ماژول‌ها مانند ظرفيت و سرعت آنها را از روي تراشه هاي SPD ماژول فراخواني نمايد. ساختار ساده گذرگاه حافظه , طراحي مادربردهاي مبتني بر حافظه FBDIMM ساده تر ساخته هزينه طراحي و توليد مادربردهاي گران‌قيمت سرورها تا حدودي كاهش خواهد داد .

آينده‌ای برای حافظه‌هاي سريال

ماژول‌هاي FBDIMM در سرعت هاي مشابه با ماژول‌هاي DDR2 استاندارد طراحي و توليد مي‌شوند , اين استاندارد الحاقي توانسته است بدون افزايش سرعت حافظه , پهناي باند دسترسي به آن را 3 برابر نمايد , در آينده نزديك انتظار مي‌رود اين حافظه ها را براي اولين بار روي سرورهاي سطح بالا طراحي شده براي پردازنده هاي دو هسته اي Xeon ديده شود , قبل از اين برخي از توليد كنندگان مطرح ماژول هاي حافظه مانند Micron و KingStone نمونه هاي از حافظه جديد را توليد و به نمايش گذاشته اند .

به احتمال زياد نخستين مرحله پشتيباني رسمي از اين حافظه در چيپ‌ست سرور آينده اينتل با نام رمز BlackFord خواهد بود .

در حاليكه به نظر مي‌رسد FBDIMM در دنياي سرورها و ايستگاه‌هاي كاري سطح بالا باقي بماند، اما ايده‌اي كه اين تكنولوژي را متفاوت نموده بسيار ارزشمند است, تصور اينكه اغلب اصول پايه‌اي و جالب اين تكنولوژي جديد همانند گذرگاه حافظه سريال به زودي در عرصه كامپيوترهاي دسكتاپ ديده نشود بسيار دشوار و دور از ذهن است , اين حافظه جديد ثابت خواهد كرد جايگزيني خطوط انتقال داده موازي در حافظه هاي امروزي با خطوط سريال , بدون تغيير در ماهيت حافظه DDR2 يا DDR3 نه تنها امكان پذير بلكه اجتناب ناپذير است .