Ddr3 ecc что такое ecc
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.
Что такое ECC RAM? Буферизированная оперативная память — что это?
Очень часто при выборе комплектующих мы сталкиваемся с различными непонятными терминами и понятиями. При выборе оперативной памяти это может быть DDR, DDR2, DDR3, DDR4, RDRAM, RIMM и т.п. Если с основными типами ОЗУ всё более-менее понятно, а поддержка каждого типа указана в описании к материнской плате, то такой параметр, как ECC у многих вызывает некоторые вопросы. Что такое ECC-память? Можно ли использовать ECC оперативку на домашнем компьютере и в чём главное отличие ECC RAM и non-ECC RAM?
Что такое ECC-память?
Это особый вид оперативной памяти со встроенными аппаратными средствами коррекции ошибок. Подобные модули памяти были разработаны специально для серверов, где требования к корректности данных и надёжности их обработки значительно выше чем на персональных компьютерах.
ECC-Ram автоматически распознаёт спонтанные изменения данных в блоках хранения, то есть возникшие ошибки. Обычная — десктопная память без поддержки механизмов коррекции называется non-ECC.
На что способна ECC-память и как это работает?
Память с коррекцией ошибок может определить и исправить 1 бит изменённых данных в каждом машинном слове. Что это значит? Если данные между записью и чтением были по каким-либо причинам изменены (то есть возникла ошибка), то ECC ОЗУ скорректирует значение до верного. Подобная функциональность требует поддержки со стороны контроллера оперативной памяти. Эта поддержка может быть организована со стороны чипсета материнской платы, встроенного контроллера ОЗУ в современные процессоры.
Алгоритм исправления ошибок основан на коде Хэмминга, но для исправления более одной ошибки применяются прочие алгоритмы. На практике используются модули памяти, где для каждых 8 микросхем памяти добавляется ещё по одной микросхеме, хранящей ECC-коды (8 бит на каждые 64 бита основной памяти).
Почему искажается значение в ячейках памяти RAM?
Одна из основных причин искажения данных — космические лучи. Хотя мы находимся на Земле под защитой атмосферы, космические лучи несут с собой некие элементарные частицы, способные влиять на электронику, в том числе, на компьютерную память. Под действием энергии этих частиц возможно изменение состояния ячейки памяти, что ведёт к искажению данных и возникновению ошибок. Интересно, что воздействие космических лучей увеличивается с ростом высоты, поэтому компьютерные системы, находящиеся на большой высоте требуют лучшей защиты.
Как работает память с поддержкой ECC
Один из механизмов контроля ошибок в оперативной памяти — использовать технологию контроля чётности, что позволяет фиксировать факт возникновения ошибки в данных, но не позволяет скорректировать данные.
Для ECC коррекции используется код Хэмминга. ECC защищает компьютерные системы от некорректной работы в связи с порчей памяти и снижает вероятность критического отказа системы. Память с поддержкой ECC работает на 2-3 % медленнее чем non-ECC в зависимости от приложений.
Причины использовать ЕСС-память
Объективных причин использовать оперативную память с поддержкой ECC в настольных компьютерах нет. Так как вероятность возникновения ошибок данных крайне мала, то в обычных сценариях использования ПК крайне маловероятно, что возникновение ошибки приведёт к возникновению проблем или критических сбоев в работе ПК. Самый страшный сценарий — появление синего экрана смерти BSOD. Кроме того, использование ECC-ОЗУ затруднено тем, что настольные процессоры и материнские платы в своём большинстве не поддерживают данный тип оперативной памяти.
Использование оперативки с коррекцией ошибок ECC актуально для сервером и корпоративного сегмента, где требования к отказоустойчивости и надёжности очень высоки, а корректность данных может влиять на результаты вычислений и работу системы в целом.
Серверная память: DDR3/4, Buffered, …unBuffered, ECC? Помогаем разобраться с выбором памяти для различных платформ
Пока компьютерный прогресс бежит сломя голову, в стане серверов остаются доступными совершенно различные конфигурации, как современные, так и 5-10 летние железки. И в момент подбора комплектующих для апгрейда возникает закономерный вопрос, а какую память и в каком количестве доустанавливать или менять? Помимо привычного разъема DIMM используется и SO-DIMM, а о том, что бывает память с ECC и без нее, буферизованная и нет, знает каждый школьник.
Платформы Intel
За более чем 40-летнюю историю существования компания Intel разработала и выпустила десятки серверных платформ. Сейчас две из них пользуются повышенным вниманием: V3/V4 Xeon процессоры распространены благодаря относительно дешевым ценам в пересчете на 1 ядро, а также Xeon Scalable из-за неимоверного разнообразия процессоров.
Чтобы не запутаться в версиях/ревизиях посмотрим на типы процессоров Intel, разделив их на большие группы по архитектуре.
LGA 1151
1151 сокет использовался для 3 платформ продолжительное время. Начальным этапом стали процессоры Skylake-S, содержащие 4 физических ядра. Потом их сменили процессоры Kaby Lake-S, и наконец завершающим семейством стали CPU Coffee Lake-S WS. Все поколения оснащались 2-канальным контроллером памяти. По мере совершенствования архитектуры он перешел с частоты 1866 МГц к 2666 МГц. Платы на LGA 1151 поддерживают до 4 разъемов DIMM (2 модуля Х 2 канала), как с ECC, так и без нее. Совсем редко попадаются конфигурации с DDR3L памятью (от 1333 до 1600 МГц). Максимальный объем памяти 64 Гбайт.
Для Skylake, Kaby Lake и Coffee Lake LGA 1151 можно использовать DDR4 память с ECC частотой от 1866МГц до 2666 МГц (как не буферизированная, так и регистровая). Существует 2 типа плат: с 2 разъемами и с 4 разъемами DIMM. Для 2 разъемов используйте парные модули, чтобы задействовать оба канала. Для 4 разъемов устанавливайте память парами (2х DIMM в 2 канала или 4х DIMM в 2 канала). В зависимости от версии процессора используйте максимально разрешенную частоту для достижения максимальной производительности подсистемы памяти.
LGA 2066
Платформа LGA 2066 с процессорами Skylake-W поддерживают до 8 разъемов DIMM (2×4 канала), ECC с частотой от 1600 до 2666 МГц. Тип памяти DDR4. Максимальный объем памяти 512 Гбайт.
Для Skylake LGA 2066 можно использовать DDR4 память (ECC RDIMM, Registered ECC RDIMM, Registered ECC LRDIMM, Registered ECC LRDIMM) частотой 1600-2666МГц. Существует 2 основных конфигурации с 4 слотами и 8.
В материнскую плату с 4/8 слотами лучше всего устанавливать память по 4 модуля для максимальной производительности. Для достижения максимальной емкости задействуйте 8 слотов. В зависимости от версии процессора используйте максимально разрешенную частоту для достижения максимальной производительности подсистемы памяти.
LGA 3647
Платформа LGA 3647 поддерживает до 12 разъемов DIMM (2×6 каналов), ECC с частотой от 2133 до 2666 МГц. Тип памяти DDR4. В список не включены процессоры Xeon Platinum 92ХХ.
8 слотов памяти при 6 (А, B, C, D, E, F) каналах. Два канала разделены на ранги (А1 ранг + А2 ранг и D1 + D2), типичная ситуация, когда «А» и «D» канал делят пополам. Допускается установка различных конфигураций, но наиболее производительная – установка 6 модулей без «2» рангов.
4 слота памяти при 6 (А, B, C, D, E, F) каналах. Из 6 каналов чаще всего выброшен канал «С» и «F». Другими словами, система из 6 канальной превращается в 4 канальную. Соответственно уменьшается пропускная способность и суммарная производительность.
6 и 12 слотов памяти прекрасно соотносятся с 6 канальными контроллерами памяти. Здесь все просто – для достижения максимальной скорости ПСП используем 6 или 12 модулей.
LGA 1200
Для Comet Lake-S LGA 1200 нужно использовать DDR4 память с и без ECC частотой до 2933 МГц. Существует 2 типа плат: с 2 разъемами и с 4 разъемами DIMM (SO-DIMM). Для 2 разъемов используйте парные модули, чтобы задействовать оба канала. Для 4 разъемов устанавливайте память парами (2х DIMM в 2 канала или 4х DIMM в 2 канала). В зависимости от версии процессора используйте максимально разрешенную частоту для достижения максимальной производительности подсистемы памяти.
LGA 4189 (v2)
Наиболее производительные платформы от Intel. Оговоримся сразу, Socket LGA 4189 и LGA 4189v2 не совместимы между собой. «Свежайшие» Ice Lake-SP появились совсем недавно и поддерживают память с частотой 3200 МГц. Фактическое размещение модулей может быть разным, как и конфигурации DIMM на материнских платах. В таблице нет ошибки с наименованиями. Intel действительно выпустила 2 поколения процессоров под разные сокеты с похожими названиями:
ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/codename/189143/cooper-lake.html#@Server
ark.intel.com/content/www/us/en/ark/products/codename/74979/ice-lake.html#@Server
Мало того, даже названия самих процессоров слишком похожи. Добавляет путаницы общее принадлежность CPU к «3rd Generation Intel Xeon Scalable Processors». В любом случае разбирать конфигурацию памяти лучше раздельно, из-за различий в количестве поддерживаемых каналов. Первая ревизия LGA 3647 оснащена контроллером памяти с 6 каналами. На рынке присутствуют платы со слотами кратными 3, и 6, где память подключается логично. Но встречаются модели с меньшим числом слотов DIMM. 4х DIMM вариант просто не задействует 2 из 6 каналов, а 8-ми модульные системы разделяют А и D канал на 2 банка (А1+А2, D1+D2). Выбор частот совместимых модулей велик – от 2666 до 3200 МГц.
Процессоры Ice Lake-SP поддерживают 8 каналов памяти, значит устанавливаются модули кратно 4 и 8. Конечно сейчас появятся в продаже материнские платы с конфигурацией DIMM 2+2 слота (это минус 4 канала памяти), ли с разделяемыми каналами на банки.
Тонкости подбора модулей в различных конфигурациях
Начиная с конца 2019 года производители микросхем постепенно начали переходить на нормы тех. процесса менее 20 нм. Это позволило удвоить объем памяти на модуле. К сожалению не все процессоры Intel способны работать с новыми планками. При выборе памяти для старых платформ убедитесь, что материнская плата получила обновление BIOS в котором заявлена совместимость с 16 Гбит микросхемами.
Список новых 16 Гбит модулей Kingston:
Простое правило наращивания частоты никто не отменял. Чем больше использованных каналов и выше частота памяти, тем выше производительность сервера. В конфигурациях, где материнская плата не реализует часть каналов скорость работы с памятью существенно ниже.
Пример установки 384Гб памяти в плату тремя различными способами. В первых двух неправильно заполненные каналы приводят к двукратному снижению ПСП. Оптимальный режим – это установка высокочастотной памяти по 1 планке в каждый канал без использования второго банка. Причем о ранговости обязательно нужно помнить!
2-ранговая память всегда будет быстрее 1-ранговой. Однако учтите, что не все системы могут работать с 2-ранговой памятью, установленной во все слоты памяти. Не стоит использовать 2-ранговуе модули в разделенных канала. И тем более смешивать их с 1-ранговыми.
Платы с разделенными каналами позволяют покупать сервера в минимальной комплектации экономя средства на начальном этапе. Дальнейший апгрейд подсистемы памяти часто происходит с ошибками. Практически любая материнская плата позволяет работать с 1 модулем, но в дальнейшем добавление модулей строго регламентируется производителем. Конечно идеальный вариант – это доустановка аналогичных планок, чтобы задействовать все каналы. Но стоимость комплектующих зачастую неподъемна. Поэтому, выбирая начальную конфигурацию с памятью, которая использует 1 банк из канала учитывайте особенности апгрейда. Деление каналов позволяет суммарно установить больше памяти в ущерб производительности.
Вернемся к конечному подбору модулей памяти. Быстрый и эффективный способ – выяснить причастность процессора/ов к определенному семейству. Для этого используйте сайт ark.intel.com. После определения посетите страницу сервера или материнской платы. Запишите название, и продолжите подбор на сайте в разделе «Manufacturer Qualification». Далее по названию вашей материнской платы «Motherboard» найдите подходящие модули памяти. Если в сервере уже установлено какое-то количество планок, то через сторонние утилиты или открыв сервер и найдя память запишите и выясните конфигурацию модуля. Вам важно понять ранговость, частоту, наличие ECC и т.п. А далее можно смело переходить на страницу выбора памяти с фиксированным BOM.
FAQ по серверной памяти
По умолчанию вся серверная память «де-факто» имеет поддержку ECC. Другое дело остальные характеристики. Их значения не всегда правильно трактуются.
UDIMM — обычная память для настольных компьютеров. У такой памяти в маркировке присутствует буква U (Unbuffered). Почему мы включаем такую память в обзор? Многие серверные 1-процессорные платы поддерживают помимо процессоров Xeon десктопные CPU. В них нет совместимости с ECC, поэтому допускается установка UDIMM в такие системы со всеми вытекающими последствиями.
ECC — любая память может быть с ЕСС и без. В сервера устанавливается только с ECC. Большинство ошибок при работе памяти удается исправить во время работы, даже если они появляются, не теряя данные.
Registered DIMM (FBDIMM) — регистровая память с коррекцией ошибок (ECC). Позволяет масштабировать емкость используемых рангов без появления ошибок и перегрузки контроллера памяти в процессоре. Установленная микросхема берет на себя управление адресами.
LRDIMM — эволюционное развитие Registered DIMM (FBDIMM). На такие модули ставят вспомогательный контроллер. Он управляет как адресами, так и питанием модуля. Дополнительный бонус – создание памяти глубиной до 4 рангов и более высокая частота работы в сравнении с Registered DIMM. В результате LRDIMM обладает массой положительных свойств за исключением цены.
Видимый эффект от применения LRDIMM в сравнении с Registered DIMM.
Неочевидные характеристики
Частота и тайминги: покупать память с частотой выше поддерживаемой вашим сервером не приведет к росту пропускной способности. Это 100% аксиома, потому что редкий случай, когда материнская плата позволяет менять частоту. Классический вариант – поддерживаемая частота считывается из SPD микросхемы и выбирается поддерживаемая процессором.
Ранги памяти: 1R,2R и 4R.
Модули памяти могут быть одно, двух, четырех или даже восьмиранговыми. Самые распространенные – это 1-2 ранговые модули, которые не накладывают множество ограничений в отличие от 4-8 ранговых. Производители материнских плат в инструкциях подробно расписывают поддерживаемые конфигурации пулов памяти при различной ранговости памяти. Часть оборудования позволяет устанавливать разноранговые модули, но не во все разъемы.
Чип RCD: Rambus или IDT.
Register Clock Driver (RCD) – микросхема управления, устанавливаемая на модули. Есть 2 крупных производителя (Rambus и IDT). Нет никаких ограничений в выборе того или иного производителя. Используется в паре с буферами и температурными сенсорами.
Схема подбора памяти
Выводы
→ В разделе «Manufacturer Qualification» выбирается память по производителю системной платы:
выбрать
→ В разделе памяти с фиксированным BOM подбирается память исходя из требуемых характеристик: подобрать
Для получения дополнительной информации о продуктах Kingston обращайтесь на официальный сайт компании.