FB-DIMM内存技术分析
硬件周刊
为了适应计算机技术的飞速发展，提高内存子系统的发展空间，在今年的春季IDF上，英特尔公布了一种全新的内存体系──FB-DIMM(Fully Buffered DIMM，全缓冲内存模组)，以解决普通的DDR 与 Registered DDR内存发展的局限性。那么，FB-DIMM内存技术的实现原理是什么，它将会给我们带来怎样的性能？对于这些问题，本文将提供给你一个答案。
FB-DIMM内存技术实现原理
首先需要说明的是，FB-DIMM是Intel开发的一种内存模组技术，并不是一种新的内存芯片技术，但这一技术改变了内存子系统的体系架构。该系统架构如图1所示，类似于PCI Express的信号总线是与传统DIMM的最大不同。
从图2来看，FB-DIMM内存和目前市场上的DDR内存相似，惟一的区别是中间的方形芯片。但实际上，两者有着截然不同的运作机理。首先，DIMM与内存控制器之间的数据与命令传输不再是传统的并行线路，而采用了类似于PCI-Express的串行接口多路并联的设计，以串行的方式进行数据传输。FB-DIMM在这一方面与PCI-Express有很大的相似点：
第一点，两者均使用差分信号技术，通过一对线路来表达一个信号，即信号是“0”或“1”由这两条线路的电压差来决定。即便有严重的干扰使这对线路传输信号的电压差发生较大范围的波动，它们的电压差仍可保持相对固定，抗干扰能力大大强于单线传输信号的传统技术。
第二点，二者都采用了点对点的传输结构。在内存控制器与FB-DIMM缓冲芯片内都有专门的发送和接收控制单元，数据读出和写入操作可以在一个周期内同时进行，相互不干扰，这相当于将内存系统的延迟时间缩短了一半，对性能提升有着不可低估的作用。
其次，在FB-DIMM内存上增加了一枚缓冲芯片，它的正式名称为“Advanced Memory Buffer(高级内存缓存，简称AMB)。实际上，AMB并非只是一枚简单的缓冲芯片，它主要承担三方面的功能：一是与北桥芯片中的内存控制器连接，令数据在内存缓冲与控制器之间传送；二是负责并-串数据的转换和读写控制；三是具备相互通讯的职能，因为它要始终承担着数据传输和读写的中介工作，不同的FB-DIMM内存模组必须通过这枚芯片才能够交换信息。
从上面的介绍中，我们知道每个DRAM芯片不再直接与内存控制器进行数据交换。事实上，除了时钟信号与系统管理总线(SMBus)的访问，其他的命令与数据的I/O都要经过位于DIMM上的AMB(图2下面中间的方形芯片)的中转，从而解决了传统DIMM模组 “短线连接”的拓扑结构带来的弊端，如图3所示。这一点与我们所知的各类内存模组都有很大差异。由于采用串行连接，可以用更少的引脚建立更多的内存通道，也是由于串行连接，还可以使通道内的芯片容量大幅度增加，从而扩大了内存子系统的容量。
作为新型的内存架构，FB-DIMM并不需要对现有的DRAM芯片做出改动，内存制造商可以直接使用成本低廉的DDR2芯片。尽管采用新型缓冲芯片会增加一些成本，但是这比起制造全新的RAM芯片来说代价要小得多。
FB-DIMM内存的技术参数
1.数据传输率
根据FB-DIMM 1.0版标准，单通道的FB-DIMM分别可以达到9.6GB/s、12GB/s和14.4GB/s的接口带宽。这三种规格的FB-DIMM的读数据带宽分别为5.6GB/s、7GB/s和8.4GB/s，写数据带宽则为4GB/s、5GB/s和6GB/s。
2.最大DIMM模组数
在单通道情况下，FB-DIMM内存最多可以连接8条DIMM模组。但实际上，FB-DIMM支持双通道、四通道和六通道，因而，FB-DIMM内存可以实现48条FB-DIMM模组的连接能力，内存最大容量将达到192GB。
3.物理尺寸
FB-DIMM内存的规格为133.5mm×30.5mm，金手指数量为240个，尽管不会完全利用，主要是考虑升级的需要。FB-DIMM上可容纳9、18或36颗内存芯片，标准方案为18颗：背面为10颗，正面8颗；AMB缓冲芯片位于正面中间，尺寸大小为24.5mm×19.5mm×21.5mm。
4.电压和功耗
FB-DIMM内存的供电将比传统的内存供电系统复杂些，它需要三种电压：驱动DDR2内存芯片需要1.8V、终结内存“命令/地址”需要0.9V，AMB缓冲芯片需要1.5V。与此同时，不同位置的FB-DIMM模组功耗有所不同：通道的第一条FB-DIMM模组功耗为3.4W，随着距离的增加，模组功耗呈下降趋势，最后一条模组的功耗只有2.4W。
FB-DIMM内存的技术优势
1.优化电路板设计
首先，FB-DIMM的针脚数量会大幅度减少。单通道FB-DIMM只有69根针脚，其中有48根用于数据，12根用于接地，6根用于供电，还有3根用于时钟和其他用途。和单通道DDR2内存架构的240根针脚相比，FB-DIMM的69根针脚更利于PCB板的设计和布线。
我们知道，为了达到同步的信号传输，在电路板的设计中，电路工程师们为了实现线路长度相等，需要采用一些特别的、复杂的布线方式。但在FB-DIMM内存中，这一切不再需要了。 FB-DIMM支持长度不相等的线路，内存控制器和缓冲可以对线路长度不相等造成的信号传输时差进行补偿，在初始化时，内存控制器会测量每针脚上的信号计时，通过延迟最快的信号来实现和最慢的信号之间的同步，从而简化电路板的设计。
另外，双通道的FB-DIMM配置可以在两层PCB上实现，包括电源线路在内。而DDR2需要3层PCB板才能做到。更多的PCB层数意味着更高的成本。
2.高容量
内存能够支持的最大容量是一个很重要的指标。对于服务器来说，内存容量往往比成本更为重要。由于串行连接，可以用更少的引脚建立更多的内存通道，也是由于串行连接，还可以使通道内的芯片容量得以大幅度的增加，从而扩大了内存子系统的容量。FB-DIMM系统的最大容量达到192GB，是DDR2(8GB)的24倍。
3.灵活的架构
FB-DIMM灵活的架构可以让内存控制器保持不变。如果需要，可将内存颗粒从DDR2升级到DDR3，内存制造商只需要对缓冲芯片做出一定的改动，并不需要更改其他架构。根据目前的展示来看，FB-DIMM至少可以采用从DDR2-533到DDR3-1600范围内的不同内存颗粒。
理论上用户可以将DDR2颗粒直接插入一条DDR3内存模组，只要这种DDR3内存模组的缓冲芯片支持以前的信号规格，它就能够正常工作，(芯片组或处理器集成的)内存控制器根本不会受到这种变化的影响。FB-DIMM的这种特性将使得内存架构的转变过程更容易实现，需要的时间也会更短。它在不需要增加太多延迟的情况下，有效地减少了内存控制器和内存架构之间的逻辑电路，这确实是非常不错的特点。
4.高可靠性
FB-DIMM从设计开始，就加强对可靠性方面的研究。英特尔宣称FB-DIMM的设计目标是100年内出现少于一次的Silent Data Error(无记载数据错误)。所谓的无记载数据错误就是未被发现，但是会逐步扩散的数据错误。
FB-DIMM架构，通过采用以下方法来达到100年内出现少于一次的无记载错误：首先是对指令和数据都进行完全的CRC循环冗余校验，这比目前普遍使用的纠错方法要先进得多。其次是，FB-DIMM架构提供了一种被称为“Bit Lane Fail Over Correction”功能，该功能可以让出现故障的内存通道停止运行。这种功能给内存子系统提供了更进一层的保护，一块芯片，一个DIMM插槽甚至是一条内存通道出现故障并不会造成死机，甚至不会降低内存带宽。
FB-DIMM内存技术的未来发展
就像文章一开始我们就提到的，FB-DIMM只是一种连接技术，它并不涉及内存的核心技术的改变。它与Kentron公司的QBM内存模组技术一样，都利用了现有的DRAM芯片，只是在系统架构与互联方式上进行了新的尝试，所以相对于内存芯片的更新换代，FB-DIMM进入市场的阻力要小得多。在Intel的设想中，FB-DIMM将以DDR2内存为起点，日后的DDR3内存也将利用FB-DIMM来更好地进入高端应用市场。虽然，Intel将FB-DIMM目标设定为服务器内存，但FB-DIMM全新的设计理念毕将会给未来的台式PC带来深刻影响。而且我们深信，伴随着FB-DIMM内存在服务器中的使用，普通PC用户也将会使用到这种全新的串行内存技术。