服务器升级三两谈 如何选择CPU内存篇

而影响服务器性能的最主要因素就是CPU。无需多言，所有人都清楚处理器对整机性能意味着什么，通常他还决定了所采用的平台和支持的相关技术。 CPU篇 众所周知，各品牌服务器因设计不同，大多数的CPU散热器是不通用的，尤其在高端机型越发明显。本文仅以IBM品牌服务器为例，说说关于服务器配件的三两事。IBM X5550 CPU套件 首先是价格，举例来说，同样一个Xeon E7450（内核数6Core/主频24Ghz/前端总线1066MHz/二级缓存L2 9M/三级缓存L3 12M），在我们理解来说都是一样的，因为都是Intel的产品。但因为各品牌服务器设计不同，通常来说CPU套件也是不能通用的。因为CPU和散热器是不拆分销售的，所以选购不同品牌的服务器升级同样的硬件配置，花费是有些不同的。HP X5550 CPU套件 这样在我们升级处理器的时候就遇到了一个很大的问题。我们只能选用服务器厂商的CPU套件。 把这个话题扩展开来的话，还会涉及一些方面。包括各种渠道的散装CPU，加上各种来源的CPU散热器，就能组成出来很多非正规渠道的CPU套件。通常来说CPU的影响不大，毕竟CPU没有什么假的，我们要关心的是散热器。毕竟选用一款正规的散热器是一件很重要的事情。玩家们用的DIY风扇 与DIY玩家不同，服务器的理念是提供724的稳定性，这不是什么讲究个性甚至换散热器玩超频的事情。所以才会有不同厂家同样配置服务器之间价格上的巨大差异。当然，这不是说贵的就一定在各方面好，便宜的就一定在各方面不好，只是影响价格的其中一个因素。 CPU散热器 很多服务器的CPU散热器都是特别设计的。讲一个笔者曾经亲历的事情，某单位决定升级一批IBM Blade Center HS21的处理器Xeon E5440。有10台刀片式服务器打算把之前的单路配置升级为两路配置，经过各层转达最后订购到了10套CPU组件。配件型号为44R5634，具体内容是Quad-Core Xeon E5440 283GHz 12MB L2 1333MHz 80w 。IBM HS21 CPU套件 有什么问题吗？单看这些参数，大部分对服务器CPU有了解的人可能都不会觉得有问题。可当技术人员拿到这批CPU时候却顿时傻了眼，硕大的处理器散热器根本就无法安装在轻薄的刀片服务器上。机架式服务器CPU套件 正确的选件编号应该是44T1740内容同样是Intel Xeon QC E5440 283GHz 12MB L2 Cache 80w。区别就是CPU套件里提供了不同的散热器。而CPU本身是一样的。不同的编号对应的是不同类型的服务器。 欢迎进入服务器论坛讨论 CPU稳压模块IBM CPU稳压模块 还有一种情况，在Nehalem之前，服务器平台的两路和四路扩展通常需要CPU稳压模块(VRM)。以IBM产品为例，当单路服务器升级为多路时候需要添加一个对应CPU型号的稳压模块，这个稳压模块是随原包的CPU套件提供的。而四路的服务器（例如X3850M2）则有对应的4个稳压模块，这也同样是包含在CPU套件里的。而本身为两路的服务器（例如X3500或X3650）在只有一个CPU的时候是不需要稳压模块的，只有在扩展为两路时候才需要添加稳压模块（且只能添加一块）。HP CPU稳压模块这个VRM可是"非行货"多发配件 抛砖引玉，请大家务必在选购升级服务器时候充分了解关于配件的种种问题。 内存篇 大家都知道服务器内存与普通PC机的内存有所区别，一般都带有ECC校验功能。通常情况下我们会选择与服务器品牌相同的内存品牌。但是实际上内存都是由现代，美光，尔必达，三星等厂商为服务器厂商生产的。所以我们一般情况下不用太在意内存颗粒，但是几乎所有的服务器厂商都会建议用户采用自身服务器品牌的内存进行更换升级。不同的内存条 升级时候还有一点不能忽略，除了选择同样频率的内存，既DDR3-1333Mhz，DDR2-667Mhz等。还应注意，服务器内存通常来说是成组购买升级的。既每个内存通道内，尽量要使用相同品牌、相同颗粒、相同频率、相同电压、相同校验技术（chipkill,ecc）、相同型号(udimm rdimm)的内存条。 这点尤其重要，否则服务器可能会报错。 服务器内存与普通内存有什么区别？ 内存校验技术 一般来说也就是后面两种区别较大，通常来说服务器内存都带有校验技术，而普通PC机内存是不具备的。相对传统的ECC校验技术，chipkill又是何方神圣呢？“探路者”探测器登陆火星 在十几年前，相传在遥远的火星上出现了名为“探路者”的怪物…… IBM引入大型机的技术为美国航天局(NASA)的"探路者"探测器赴火星探险而研制了Chipkill。它是IBM公司为了弥补目前服务器内存中ECC技术的不足而开发的，是一种新的ECC内存保护技术。 ECC内存技术虽然可以同时检测和纠正单一比特错误，但如果同时检测出两个以上比特的数据错误，则无能为力。但基于Intel处理器架构的服务器的CPU性能以几何级的倍数提高，而硬盘驱动器的性能同期只提高了5倍，因此为了保证正常运行，服务器需要大量的内存来临时保存从CPU上读取的数据。这样大的数据访问量就导致单一内存芯片在每次访问时通常要提供4（32位）或8（64位）字节以上的数据。一次性读取这么多数据，出现多位数据错误的可能性会大大提高，而ECC又不能纠正双比特以上的错误，这样就很可能造成全部比特数据的丢失，系统就会很快崩溃。IBM的Chipkill技术是利用内存的子结构方法来解决这一难题的。 随着技术的发展，这些年已经出现了关于内存更多的保障技术。 热备内存—Sparing热备内存技术 进行内存热备时，做热备份的内存在正常情况下是不使用的，也就是说系统是看不到这部分内存容量的。每个内存通道中有一个DIMM不被使用，预留为热备内存。芯片组中设置有内存校验错误次数的阈值, 即每单位时间发生错误的次数。当工作内存的故障次数达到这个“容错阈值”，系统开始进行双重写动作，一个写入主内存，一个写入热备内存，当系统检测到两个内存数据一致后，热备内存就代替主内存工作，故障内存被禁用，这样就完成了热备内存接替故障内存工作的任务，有效避免了系统由于内存故障而导致数据丢失或系统宕机。这个做热备的内存容量应大于等于所在通道的最大内存条的容量，以满足内存数据迁移的最大容量需求。 内存镜像—Mirroring内存镜像是将内存数据做两个拷贝，分别放在主内存和镜像内存中。系统工作时会向两个内存中同时写入数据，因此使得内存数据有两套完整的备份。由于采用通道间交叉镜像的方式，所以每个通道都有一套完整的内存数据拷贝。 在系统芯片组中设置有 “容错阈值”。如果任意内存达到了“容错阈值”，其所在通道就被标示出来，另一个通道单独工作。但仍然保持双通道的内存带宽。内存镜像技术 内存镜像有效避免了由于内存故障而导致数据丢失。从上图中可看出，镜像内存和主内存互成对角线分布，如果其中一个通道出现故障不能继续工作，另一个通道仍然具有故障通道的内存数据，有效防止了由于内存通道故障导致的数据丢失，极大提升了服务器可靠性。镜像内存的容量要大于等于主内存容量，当系统工作时，镜像内存不会被系统识别。因此在投资方面，做内存镜像数据保护的投资是没有内存保护功能的一倍。 随着芯片组的发展，和内存通道技术的改变，热备内存和内存镜像实现的方式也在做着改变。像上文介绍的方式已经不适用于Nehalem这代产品的三通道内存和四通道内存产品了。而以上的两种方式为了实现更高的可靠性都会给整个系统带来在内存方面较大的花费，以及由此带来的整个内存系统可用数量下降。 关于UDIMM和RDIMM UDIMM(Unbuffered Dual In-Line Memory Modules)无缓冲双信道内存模块。控制器输出来的地址和控制的信号直接到达DIMM的DRAM芯片上。UDIMM的最大配置 不能支持服务器满配内存，也就是说不能达到最高容量。使用UDIMM内存时最大使用每通道只能用2个插槽，但支持3通道，所以只能每边插6条，一共12条内存，不能满配。性能相对会有下降，但是对于预算控制，是个不错的选择。 RDIMM(Registered Dual In-line Memory Module)带寄存器的双信道内存模块。

在了解内存的发展之前，我们应该先解释一下几个常用词汇，这将有助于我们加强对内存的理解。RAM就是Random Access Memory（随机存贮器）的缩写。它又分成两种Static RAM（静态随机存贮器）和Dynamic RAM（动态随机存贮器）。
SRAM曾经是一种主要的内存，SRAM速度很快而且不用刷新就能保存数据不丢失。它以双稳态电路形式存储数据，结构复杂，内部需要使用更多的晶体管构成寄存器以保存数据，所以它采用的硅片面积相当大，制造成本也相当高，所以现在只能把SRAM用在比主内存小的多的高速缓存上。随着 Intel将L2高速缓存整合入CPU（从Medocino开始）后，SRAM失去了最大应用需求来源，还好在移动电话从模拟转向数字的发展趋势中，终于为具有省电优势的SRAM寻得了另一个需求成长的契机，再加上网络服务器、路由器等的需求激励，才使得SRAM市场勉强得以继续成长。
DRAM，顾名思义即动态RAM。DRAM的结构比起SRAM来说要简单的多，基本结构是一只MOS管和一个电容构成。具有结构简单、集成度高、功耗低、生产成本低等优点，适合制造大容量存储器，所以现在我们用的内存大多是由DRAM构成的。所以下面主要介绍DRAM内存。在详细说明DRAM存储器前首先要说一下同步的概念，根据内存的访问方式可分为两种：同步内存和异步内存。区分的标准是看它们能不能和系统时钟同步。内存控制电路（在主板的芯片组中，一般在北桥芯片组中）发出行地址选择信号（RAS）和列地址选择信号（CAS）来指定哪一块存储体将被访问。在SDRAM之前的 EDO内存就采用这种方式。读取数据所用的时间用纳秒表示。当系统的速度逐渐增加，特别是当66MHz频率成为总线标准时，EDO内存的速度就显得很慢了，CPU总要等待内存的数据，严重影响了性能，内存成了一个很大的瓶颈。因此出现了同步系统时钟频率的SDRAM。
DRAM的分类 FP DRAM：又叫快页内存，在386时代很流行。因为DRAM需要恒电流以保存信息，一旦断电，信息即丢失。它的刷新频率每秒钟可达几百次，但由于FP DRAM使用同一电路来存取数据，所以DRAM的存取时间有一定的时间间隔，这导致了它的存取速度并不是很快。另外，在DRAM中，由于存储地址空间是按页排列的，所以当访问某一页面时，切换到另一页面会占用CPU额外的时钟周期。其接口多为72线的SIMM类型。 EDO DRAM：EDO RAM――Extended Date Out RAM——外扩充数据模式存储器，EDO-RAM同FP DRAM相似，它取消了扩展数据输出内存与传输内存两个存储周期之间的时间间隔，在把数据发送给CPU的同时去访问下一个页面，故而速度要比普通DRAM 快15~30%。工作电压为一般为5V，其接口方式多为72线的SIMM类型，但也有168线的DIMM类型。EDO DRAM这种内存流行在486以及早期的奔腾电脑上。当前的标准是SDRAM（同步DRAM的缩写），顾名思义，它是同步于系统时钟频率的。SDRAM内存访问采用突发（burst）模式，它和原理是， SDRAM在现有的标准动态存储器中加入同步控制逻辑(一个状态机)，利用一个单一的系统时钟同步所有的地址数据和控制信号。使用SDRAM不但能提高系统表现，还能简化设计、提供高速的数据传输。 在功能上，它类似常规的DRAM，也需时钟进行刷新。 可以说， SDRAM是一种改善了结构的增强型DRAM。然而，SDRAM是如何利用它的同步特性而适应高速系统的需要的呢？我们知道，原先我们使用的动态存储器技术都是建立在异步控制基础上的。系统在使用这些异步动态存储器时需插入一些等待状态来适应异步动态存储器的本身需要，这时，指令的执行时间往往是由内存的速度、而非系统本身能够达到的最高速率来决定。例如，当将连续数据存入CACHE时，一个速度为60ns的快页内存需要40ns的页循环时间；当系统速度运行在100MHz时(一个时钟周期10ns)，每执行一次数据存取，即需要等待4个时钟周期！而使用SDRAM，由于其同步特性，则可避免这一时。 SDRAM结构的另一大特点是其支持DRAM的两列地址同时打开。两个打开的存储体间的内存存取可以交叉进行，一般的如预置或激活列可以隐藏在存储体存取过程中，即允许在一个存储体读或写的同时，令一存储体进行预置。按此进行，100MHz的无缝数据速率可在整个器件读或写中实现。因为SDRAM的速度约束着系统的时钟速度，它的速度是由MHz或ns来计算的。 SDRAM的速度至少不能慢于系统的时钟速度，SDRAM的访问通常发生在四个连续的突发周期，第一个突发周期需要4个系统时钟周期，第二到第四个突发周期只需要1个系统时钟周期。用数字表示如下：4-1-1-1。顺便提一下BEDO（Burst EDO）也就是突发EDO内存。实际上其原理和性能是和SDRAM差不多的，因为Intel的芯片组支持SDRAM，由于INTEL的市场领导地位帮助 SDRAM成为市场的标准。
DRAMR的两种接口类型 DRAM主要有两种接口类型，既早期的SIMM和现在的标准DIMM。SIMM是Single-In Line Memory Module的简写，即单边接触内存模组，这是486及其较早的PC机中常用的内存的接口方式。在更早的PC机中（486以前），多采用30针的SIMM 接口，而在Pentium中，应用更多的则是72针的SIMM接口，或者是与DIMM接口类型并存。DIMM是Dual In-Line Memory Module的简写，即双边接触内存模组，也就是说这种类型接口内存的插板的两边都有数据接口触片，这种接口模式的内存广泛应用于现在的计算机中，通常为 84针，但由于是双边的，所以一共有84×2=168线接触，故而人们经常把这种内存称为168线内存，而把72线的SIMM类型内存模组直接称为72线内存。DRAM内存通常为72线，EDO-RAM内存既有72线的，也有168线的，而SDRAM内存通常为168线的。
新的内存标准在新的世纪到来之时，也带来了计算机硬件的重大改变。计算机的制造工艺发展到已经可以把微处理器（CPU）的时钟频率提高的一千兆的边缘。相应的内存也必须跟得上处理器的速度才行。现在有两个新的标准，DDR SDRAM内存和Rambus内存。它们之间的竞争将会成为PC内存市场竞争的核心。DDR SDRAM代表着一条内存逐渐演化的道路。Rambus则代表着计算机设计上的重大变革。从更远一点的角度看。DDR SDRAM是一个开放的标准。然而Rambus则是一种专利。它们之间的胜利者将会对计算机制造业产生重大而深远的影响。
RDRAM在工作频率上有大幅度的提升，但这一结构的改变，涉及到包括芯片组、DRAM制造、封装、测试甚至PCB及模组等的全面改变，可谓牵一发而动全身。未来高速DRAM结构的发展究竟如何？Intel重新整装再发的820芯片组，是否真能如愿以偿地让RDRAM登上主流宝座？
PC133 SDRAM：PC133 SDRAM基本上只是PC100 SDRAM的延伸，不论在DRAM制造、封装、模组、连接器方面，都延续旧有规范，它们的生产设备相同，因此生产成本也几乎与PC100 SDRAM相同。严格来说，两者的差别仅在于相同制程技术下，所多的一道「筛选」程序，将速度可达133MHz的颗粒挑选出来而已。若配合可支持 133MHz外频的芯片组，并提高CPU的前端总线频率（Front Side Bus）到133MHz，便能将DRAM带宽提高到1GB/sec以上，从而提高整体系统性能。
DDR-SDRAM：DDR SDRAM（Double Data Rate DRAM）或称之为SDRAMⅡ，由于DDR在时钟的上升及下降的边缘都可以传输资料，从而使得实际带宽增加两倍，大幅提升了其性能／成本比。就实际功能比较来看，由PC133所衍生出的第二代PC266 DDR SRAM（133MHz时钟×2倍数据传输＝266MHz带宽），不仅在InQuest最新测试报告中显示其性能平均高出Rambus 244％，在Micron的测试中，其性能亦优于其他的高频宽解决方案，充份显示出DDR在性能上已足以和Rambus相抗衡的程度。
Direct Rambus-DRAM ：Rambus DRAM设计与以往DRAM很大的不同之处在于，它的微控制器与一般内存控制器不同，使得芯片组必须重新设计以符合要求，此外，数据通道接口也与一般内存不同，Rambus以2条各8 bit宽（含ECC则为9 bit）的数据通道（channel）传输数据，虽然比SDRAM的64bit窄，但其时钟频率却可高达400MHz，且在时钟的上升和下降沿都能传输数据，因而能达到16GB／sec的尖峰带宽。
各种DRAM规格之综合比较数据带宽：从数据带宽来看，传统PC100在时钟频率为100MHz的情况下，尖峰数据传输率可达到800MB／sec。若以先进025微米线程制造的 DRAM，大都可以「筛选」出时钟频率达到133MHz的PC133颗粒，可将尖峰数据传输率再次提高至106GB／sec，只要CPU及芯片组能配合，就可提高整体系统性能。此外，就DDR而言，由于其在时钟上升和下降沿都能传输数据，所以在相同133MHz的时钟频率下，其尖峰数据传输将可大幅提高两倍，达到21 GB／sec的水准，其性能甚至比现阶段Rambus所能达到的16GB／sec更高。
传输模式：传统SDRAM采用并列数据传输方式，Rambus则采取了比较特别的串行传输方式。在串行的传输方式之下，资料信号都是一进一出，可以把数据带宽降为16bit，而且可大幅提高工作时钟频率（400MHz），但这也形成了模组在数据传输设计上的限制。也就是说，在串接的模式下，如果有其中一个模组损坏、或是形成断路，便会使整个系统无法正常开机。因此，对采用Rambus内存模组的主机板而言，便必须将三组内存扩充插槽完全插满，如果Rambus模组不足的话，只有安装不含RDRAM颗粒的中继模组（Continuity RIMM Module；C-RIMM），纯粹用来提供信号的串接工作，让数据的传输畅通。
模组及PCB的设计：由于Rambus的工作频率高达400MHz，所以不管是电路设计、线路布局、颗粒封装及记忆模组的设计等，都和以往SDRAM大为不同。以模组设计而言，RDRAM所构成的记忆模组称之为RIMM（Rambus In Memory Module），目前的设计可采取4、6、8、12与16颗等不同数目的RDRAM颗粒来组成，虽然引脚数提高到了184只，但整个模组的长度却与原有 DIMM相当。
另外，在设计上，Rambus的每一个传输信道所能承载的芯片颗粒数目有限（最多32颗），从而造成RDRAM内存模组容量将有所限制。也就是说，如果已经安装了一只含16颗RDARM颗粒的RIMM模组时，若想要再扩充内存，最多只能再安装具有16颗RDARM的模组。另外，由于 RDARM在高频下工作将产生高温，所以RIMM模组在设计时必须加上一层散热片，也增加了RIMM模组的成本。
颗粒的封装：DRAM封装技术从最早的DIP、SOJ提高到TSOP的形式。从现在主流SDRAM的模组来看，除了胜创科技首创的TinyBGA技术和樵风科技首创的BLP封装模式外，绝大多数还是采用TSOP的封装技术。
随着DDR、RDRAM的陆续推出，将内存频率提高到一个更高的水平上，TSOP封装技术渐渐有些力不从心了，难以满足DRAM设计上的要求。从Intel力推的RDRAM来看，采用了新一代的μBGA封装形式，相信未来DDR等其他高速DRAM的封装也会采取相同或不同的BGA封装方式。
尽管RDRAM在时钟频率上有了突破性的进展，有效地提高了整个系统性能，但毕竟在实际使用上，其规格与现阶段主流的SDRAM有很大的差异，不仅不兼容于现有系统芯片组而成了Intel一家独揽的局面。甚至在DRAM模组的设计上，不仅使用了最新一代的BGA封装方式，甚至在电路板的设计上，都采取用了8层板的严格标准，更不用说在测试设备上的庞大投资。使得大多数的DRAM及模组厂商不敢贸然跟进。
再说，由于Rambus是个专利标准，想生产RDRAM的厂商必须先取得Rambus公司的认证，并支付高额的专利费用。不仅加重了各DRAM厂商的成本负担，而且它们担心在制定未来新一代的内存标准时会失去原来掌握的规格控制能力。
由于RIMM模组的颗粒最多只能为32颗，限制了Rambus应用，只能用在入门级服务器和高级PC上。或许就PC133而言，在性能上无法和Rambus抗衡，但是一旦整合了DDR技术后，其数据带宽可达到21GB／sec，不仅领先Rambus所能达到的16GB／sec标准，而且由于其开放的标准及在兼容性上远比Rambus高的原故，估计将会对Rambus造成非常大的杀伤力。更何况台湾在威盛与AMD等联盟的强力支持下，Intel是否能再象往日一般地呼风唤雨，也成了未知数。至少，在低价PC及网络PC方面，Rambus的市场将会很小。
结论：尽管Intel采取了种种不同的策略布局及对策，要想挽回Rambus的气势，但毕竟像Rambus这种具有突破性规格的产品，在先天上便存在有着诸多较难克服的问题。或许Intel可以藉由更改主机板的RIMM插槽方式、或是提出SDRAM与RDRAM共同存在的过渡性方案（S- RIMM、RIMM Riser）等方式来解决技术面上的问题。但一旦涉及规模量产成本的控制问题时，便不是Intel所能一家独揽的，更何况在网络趋势下的计算机应用将愈来愈趋于低价化，市场需求面是否对Rambus有兴趣，则仍有待考验。 在供给方面，从NEC独创的VCM SDRAM规格（Virtual Channel Memory）、以及Samsung等DRAM大厂对Rambus支持态度已趋保守的情况来看，再加上相关封装及测试等设备上的投资不足，估计年底之前， Rambus内存模组仍将缺乏与PC133甚至DDR的价格竞争力。
就长远的眼光来看，Rambus架构或许可以成为主流，但应不再会是主导市场的绝对主流，而SDRAM架构（PC133、DDR）在低成本的优势，以及广泛的应用领域，应该会有非常不错的表现。相信未来的DRAM市场，将会是多种结构并存的局面。
具最新消息，可望成为下一世代内存主力的Rambus DRAM因芯片组延迟推出，而气势稍挫的情况之下，由全球多家半导体与电脑大厂针对DDR SDRAM的标准化，而共同组成的AMII（Advanced Memory International Inc、）阵营，则决定积极促进比PC200、PC266速度提高10倍以上的PC1600与PC2100 DDR SDRAM规格的标准化，此举使得Rambus DRAM与DDR SDRAM的内存主导权之争，迈入新的局面。全球第二大微处理器制造商AMD，决定其Athlon处理器将采用PC266规格的DDR SDRAM，而且决定在今年年中之前，开发支持DDR SDRAM的芯片组，这使DDR SDRAM阵营深受鼓舞。全球内存业者极有可能将未来投资的重心，由Rambus DRAM转向DDR SDRAM。
综上所述，今年DDR SDRAM的发展势头要超过RAMBUS。而且DDR SDRAM的生产成本只有SDRAM的13倍，在生产成本上更具优势。
未来除了DDR和RAMBUS外还有其他几种有希望的内存产品，下面介绍其中的几种： SLDRAM (SyncLink DRAM,同步链接内存)：SLDRAM也许是在速度上最接近RDRAM的竞争者。SLDRAM是一种增强和扩展的SDRAM架构，它将当前的4体（Bank）结构扩展到16体，并增加了新接口和控制逻辑电路。SLDRAM像SDRAM一样使用每个脉冲沿传输数据。

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