Mehrkanal-Speicherarchitektur - Multi-channel memory architecture

Auf den Gebieten der digitalen Elektronik und Computerhardware ist die Mehrkanal-Speicherarchitektur eine Technologie, die die Datenübertragungsrate zwischen dem DRAM- Speicher und dem Speichercontroller erhöht, indem mehr Kommunikationskanäle zwischen ihnen hinzugefügt werden. Theoretisch multipliziert dies die Datenrate genau mit der Anzahl der vorhandenen Kanäle. Dual-Channel-Speicher verwendet zwei Kanäle. Die Technik reicht bis in die 1960er Jahre zurück und wurde in IBM System/360 Model 91 und in CDC 6600 verwendet .

Moderne High-End-Desktop- und Workstation-Prozessoren wie die AMD Ryzen Threadripper- Serie und die Intel Core i9 Extreme Edition- Reihe unterstützen Quad-Channel-Speicher. Serverprozessoren der AMD Epyc- Serie und der Intel Xeon- Plattformen unterstützen die Speicherbandbreite vom Quad-Channel- Modullayout bis zum Octa-Channel-Layout. Im März 2010 brachte AMD die Prozessoren der Serie Sockel G34 und Magny-Cours Opteron 6100 mit Unterstützung für Quad-Channel-Speicher auf den Markt. Im Jahr 2006 veröffentlichte Intel Chipsätze, die Quad-Channel-Speicher für seine LGA771- Plattform und später im Jahr 2011 für seine LGA2011- Plattform unterstützen. Es wurden Mikrocomputer-Chipsätze mit noch mehr Kanälen entwickelt; zum Beispiel unterstützt der Chipsatz der AlphaStation 600 (1995) 8-Kanal-Speicher, aber die Backplane der Maschine beschränkte den Betrieb auf vier Kanäle.

Dual-Channel-Architektur

Dual-Channel-Speichersteckplätze, farbcodiert in Orange und Gelb für dieses spezielle Motherboard.

Dual-Channel-fähige Speichercontroller in einer PC-Systemarchitektur verwenden zwei 64-Bit-Datenkanäle. Dual-Channel sollte nicht mit Double Data Rate (DDR) verwechselt werden , bei der der Datenaustausch zweimal pro DRAM-Takt stattfindet. Die beiden Technologien sind unabhängig voneinander, und viele Motherboards verwenden beide, indem sie DDR-Speicher in einer Dual-Channel-Konfiguration verwenden.

Betrieb

Dual-Channel - Architektur erfordert eine zweikanalige fähige Hauptplatine und zwei oder mehr DDR , DDR2 , DDR3 , DDR4 oder DDR5 Speichermodule. Die Speichermodule werden in passenden Bänken installiert, von denen jede zu einem anderen Kanal gehört. Im Handbuch des Motherboards wird erklärt, wie der Speicher für dieses spezielle Gerät installiert wird. Ein angepasstes Paar von Speichermodulen kann normalerweise in der ersten Bank jedes Kanals platziert werden und ein Paar von Modulen unterschiedlicher Kapazität in der zweiten Bank. Module mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten können im Dual-Channel-Modus betrieben werden, obwohl das Motherboard dann alle Speichermodule mit der Geschwindigkeit des langsamsten Moduls betreibt. Einige Motherboards haben jedoch Kompatibilitätsprobleme mit bestimmten Marken oder Speichermodellen, wenn sie versuchen, sie im Dual-Channel-Modus zu verwenden. Aus diesem Grund wird generell empfohlen, identische Paare von Speichermodulen zu verwenden, weshalb die meisten Speicherhersteller inzwischen "Kits" von Matched-Pair-DIMMs verkaufen. Einige Motherboard-Hersteller unterstützen nur Konfigurationen, bei denen ein "matched pair" von Modulen verwendet wird. Ein übereinstimmendes Paar muss übereinstimmen in:

  • Kapazität (zB 1024 MB). Bestimmte Intel-Chipsätze unterstützen Chips mit unterschiedlicher Kapazität im sogenannten Flex-Modus: Die Kapazität, die angepasst werden kann, wird im Dual-Channel-Modus ausgeführt, während der Rest im Single-Channel-Modus ausgeführt wird.
  • Geschwindigkeit (zB PC5300). Wenn die Geschwindigkeit nicht gleich ist, wird die niedrigere Geschwindigkeit der beiden Module verwendet. Ebenso wird die höhere Latenz der beiden Module genutzt.
  • Gleiche CAS-Latenz (CL) oder Spaltenadressen-Strobe.
  • Anzahl Chips und Seiten (zB zwei Seiten mit vier Chips auf jeder Seite).
  • Passende Größe von Zeilen und Spalten.

Die Dual-Channel-Architektur ist eine vom Motherboard-Hersteller auf Motherboards implementierte Technologie und gilt nicht für Speichermodule. Theoretisch kann jedes passende Paar von Speichermodulen entweder im Single- oder Dual-Channel-Betrieb verwendet werden, vorausgesetzt, das Motherboard unterstützt diese Architektur.

Leistung

Theoretisch verdoppeln Dual-Channel-Konfigurationen die Speicherbandbreite im Vergleich zu Single-Channel-Konfigurationen. Dies sollte nicht mit Speicher mit doppelter Datenrate (DDR) verwechselt werden , der die Nutzung des DRAM-Busses verdoppelt, indem Daten sowohl an den ansteigenden als auch an den abfallenden Flanken der Speicherbus-Taktsignale übertragen werden.

Ein von TweakTown mit SiSoftware Sandra durchgeführter Benchmark ergab eine Leistungssteigerung von etwa 70 % einer Vierkanalkonfiguration im Vergleich zu einer Zweikanalkonfiguration. Andere von TweakTown zum gleichen Thema durchgeführte Tests zeigten keine signifikanten Leistungsunterschiede, was zu dem Schluss führte, dass nicht jede Benchmark-Software der Aufgabe gewachsen ist, die erhöhte Parallelität der Multi-Channel-Speicherkonfigurationen auszunutzen.

Ganged gegen Unganged

Dual-Channel wurde ursprünglich als Möglichkeit konzipiert, den Speicherdurchsatz zu maximieren, indem zwei 64-Bit-Busse zu einem einzigen 128-Bit-Bus kombiniert werden. Dies wird rückwirkend als "Ganged"-Modus bezeichnet. Aufgrund glanzloser Leistungssteigerungen bei Verbraucheranwendungen verwenden modernere Implementierungen von Dual-Channel jedoch standardmäßig den "unganged"-Modus, der zwei 64-Bit-Speicherbusse beibehält, aber unabhängigen Zugriff auf jeden Kanal ermöglicht, um Multithreading mit Multi- Core-Prozessoren .

Der Unterschied zwischen "Ganged" und "Unganged" kann man sich auch als Analogie zur Funktionsweise von RAID 0 im Vergleich zu JBOD vorstellen . Bei RAID 0 (analog zum "Ganged"-Modus) liegt es an der zusätzlichen Logikschicht, eine bessere (idealerweise gleichmäßige) Nutzung aller verfügbaren Hardwareeinheiten (Speichergeräte oder Speichermodule) und eine erhöhte Gesamtleistung zu gewährleisten. Andererseits wird bei JBOD (analog zum "unganged"-Modus) auf die statistischen Nutzungsmuster zurückgegriffen, um eine erhöhte Gesamtleistung durch gleichmäßige Nutzung aller verfügbaren Hardwareeinheiten sicherzustellen.

Triple-Channel-Architektur

Betrieb

Die DDR3- Triple-Channel-Architektur wird in der Intel Core i7-900-Serie verwendet (die Intel Core i7-800-Serie unterstützt nur bis zu Dual-Channel). Die LGA 1366 Plattform (zB Intel X58) unterstützt DDR3 Triple-Channel, normalerweise 1333 und 1600Mhz, kann aber auf bestimmten Mainboards mit höheren Taktraten laufen. AMD Sockel AM3-Prozessoren verwenden nicht die DDR3-Triple-Channel-Architektur, sondern verwenden stattdessen Dual-Channel-DDR3-Speicher. Gleiches gilt für die Intel Core i3, Core i5 und Core i7-800 Serien, die auf den LGA 1156 Plattformen (zB Intel P55 ) zum Einsatz kommen. Laut Intel soll ein Core i7 mit DDR3 bei 1066 MHz Spitzendatentransferraten von 25,6 GB/s im Triple-Channel- Interleaved- Modus bieten . Dies führt laut Intel zu einer schnelleren Systemleistung sowie einer höheren Leistung pro Watt .

Beim Betrieb im Dreikanalmodus wird die Speicherlatenz durch Verschachtelung reduziert, was bedeutet, dass auf jedes Modul sequentiell für kleinere Datenbits zugegriffen wird, anstatt ein Modul vollständig zu füllen, bevor auf das nächste zugegriffen wird. Die Daten werden in einem alternierenden Muster auf die Module verteilt, wodurch die verfügbare Speicherbandbreite für die gleiche Datenmenge möglicherweise verdreifacht wird, anstatt alles auf einem Modul zu speichern.

Die Architektur kann nur verwendet werden, wenn alle drei oder ein Vielfaches von drei Speichermodulen in Kapazität und Geschwindigkeit identisch sind und in Drei-Kanal-Steckplätzen platziert werden. Wenn zwei Speichermodule installiert sind, arbeitet die Architektur im Dual-Channel-Architekturmodus.

Unterstützende Prozessoren

Quad-Channel-Architektur

Betrieb

Quad-Channel DDR4 ersetzte DDR3 auf der Intel X99 LGA 2011- Plattform und wird auch in AMDs Threadripper- Plattform verwendet. Die DDR3- Quad-Channel-Architektur wird in der AMD G34- Plattform und in der Intel X79 LGA 2011- Plattform verwendet. AMD-Prozessoren für die C32- Plattform und Intel-Prozessoren für die LGA 1155- Plattform (zB Intel Z68 ) verwenden stattdessen Dual-Channel-DDR3-Speicher.

Die Architektur kann nur verwendet werden, wenn alle vier Speichermodule (oder ein Vielfaches von vier) in Kapazität und Geschwindigkeit identisch sind und in Quad-Channel-Steckplätzen platziert werden. Wenn zwei Speichermodule installiert sind, arbeitet die Architektur im Dual-Channel-Modus; Wenn drei Speichermodule installiert sind, arbeitet die Architektur im Triple-Channel-Modus.

Unterstützende Prozessoren

Hexa-Channel-Architektur

Unterstützt von Qualcomm Centriq- Serverprozessoren und Prozessoren der skalierbaren Intel Xeon-Plattform.

Octa-Channel-Architektur

Unterstützt von Cavium ThunderX2- Serverprozessoren, AMDs Serverprozessoren ihrer Epyc- Plattform und der Threadripper PRO- Reihe professioneller Workstation-Prozessoren der AMD Ryzen PRO-Produktfamilie.

Siehe auch

Verweise

Externe Links