Goodram Serverspeicher – wo Zuverlässigkeit und Stabilität von entscheidender Bedeutung sind

Wiesław Wilk, Vorstandsvorsitzender von Wilk Elektronik – dem Hersteller und Eigentümer der Marken Goodram und IRDM – beantwortet Fragen zum Thema Serverspeicher und zu deren richtiger Auswahl.

Was ist ein Serverspeicher?

Ein Serverspeicher, genauer gesagt ein Serverspeichermodul, ist ein Produkt, das aus vielen Komponenten besteht. Wie bei allen DRAMs besteht die Grundkomponente aus einer Leiterplatte, auf die bei der Herstellung integrierte Schaltkreise und passive Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren gelötet werden. Der Hauptunterschied zwischen Serverspeicher und Endkunden-Speicher besteht in der Qualität und Anzahl der integrierten Schaltkreise. Der Serverspeicher muss 24 Stunden am Tag arbeiten, daher müssen die verwendeten Speicherchips von höchster Qualität sein und sie werden bereits in der Vorproduktionsphase sorgfältig ausgewählt.

Bei Serverspeichern wird zwischen UDIMM ECC (ungepufferten ECC), registrierten RDIMM und LRDIMM, also lastreduzierten DIMM, unterschieden.

Die UDIMM-ECC-Speicher verfügen über einen zusätzlichen Acht-Bit-integrierten Schaltkreis für jeweils 64 Bits. In der Praxis bedeutet dies, dass jedes Modul über neun statt nur acht „Speicherchips“ verfügt. Im Falle des Dual-Rank-Moduls sind es achtzehn statt sechzehn Speicherchips. Diese zusätzlichen integrierten Schaltkreise werden nicht zur Datenaufzeichnung verwendet. Ihre einzige Funktion besteht in der Unterstützung des ECC-Algorithmus (Error Correction Code, dt. Fehlerkorrekturcode), der Fehler im Speichermodul erkennt und korrigiert.

Die RDIMM-Speicher verfügen neben der bereits erwähnten ECC-Funktion auch über ein so genanntes Register, das die Kommunikation zwischen dem Modul und dem Speichercontroller ermöglicht. Der Controller in der CPU kommuniziert mit einem Register auf dem Speichermodul, und das Register steuert die Speicherschaltkreise. Infolgedessen weisen die RDIMM-Speicher eine hohe Stabilität in Systemen mit mehreren Modulen auf, was den Betrieb mit mehreren Modulen auf einer einzigen Hauptplatine ermöglicht, da das Register den Speichercontroller entlastet.

Wie bereits erwähnt, verfügen die LRDIMM-Speicher zusätzlich zu den Registern über Datenpuffer. Der Speichercontroller der CPU kommuniziert mit dem Register und mit separaten Puffern, die den einzelnen Speichermodulen zugeordnet sind. Die Steuerung erfolgt über ein Register, die Datenübertragung über die Puffer.

Können wir in dem Außenaufbau des externen Serverspeichers Elemente identifizieren, die ihn vom Endkunden-Speicher unterscheiden?

Ja, natürlich. Während Endkunden-Speicher 8 oder 16 Speicherchips auf einer Leiterplatte haben, verfügen Serverspeicher je nach Typ entweder über 9 oder 18 (ECC); bei RDIMMs und LRDIMMs sind es dann 9, 18 oder 36 Speicherchips. Darüber hinaus besitzen RDIMMs ein Register und LRDIMMs sind mit Datenpuffern ausgestattet, wodurch sie sich weiter von Endkunden-Lösungen unterscheiden.

Was sind die Merkmale der ausgewählten Serverspeicher?

Definitionsgemäß ist jeder Arbeitsspeicher flüchtig und von der Elektrizität abhängig, was ihn für Datenverluste anfällig macht. RAMs sind für die Speicherung temporärer Daten zuständig, die für den Betrieb von Anwendungen erforderlich sind. Während des Informationsaustauschs kann es im Arbeitsspeicher aufgrund von Gerätestörungen zu Fehlern kommen, die wiederum zu Datenverlust oder Systeminstabilität führen können. Einer der Vorteile von Servermodulen gegenüber den kommerziellen Modulen ist daher die Unterstützung der fehlerkorrigierenden Kodierung, einer Funktion, die unter dem Akronym ECC bekannt ist.

Worin besteht diese ECC-Funktion?

ECC – (Error Correction Code, dt. Fehlerkorrekturcode), ist ein spezieller Algorithmus, der Fehler, die während des Betriebs im Speichermodul auftreten können, erkennt und korrigiert. Die Datenfehler, die der Algorithmus korrigiert, sind zumeist auf falsche elektrische und dynamische Parameter der Speicherschnittstelle oder auf Schäden an den Speicherzellen zurückzuführen. ECC verwendet zusätzliche 8 Bits pro Speicherbank, um die Prüfsumme zu speichern. Die Prüfsumme wird jedes Mal generiert, wenn Daten in Speicherschaltkreisen aufgezeichnet werden. Beim Auslesen werden die Daten mit der für sie gespeicherten Prüfsumme verglichen.  Wenn die Daten mit der Prüfsumme übereinstimmen, werden sie an den Prozessor zurückgesendet. Stimmen sie nicht überein, werden sie aufgrund der Prüfsumme korrigiert und an den Prozessor weitergeleitet.

Vereinfacht ausgedrückt, läuft der Prozess wie auf dem nachstehenden Bild dargestellt ab.

ECC erhöht also durch die Erkennung und Beseitigung von Fehlern die Stabilität des gesamten Systems.

Ist ECC auch in DRAM-Modulen für Endkunden anwendbar?

Ungepufferte Endkundenmodule verfügen über keinen eingebauten Algorithmus, wodurch ihre Stabilität und die Richtigkeit der Übertragung im Vergleich zu Modulen mit Fehlerkorrektur schlechter ist. Auf der anderen Seite ist die ECC-Funktion jedoch nicht für Endkunden-Computer anwendbar. Aufgrund ihrer besonderen Funktionsweise werden mit dem ECC-Algorithmus ausgestattete Speicher vor allem in Servern, modernen Workstations und Industriecomputern eingesetzt, d. h. überall dort, wo selbst eine kurzzeitige Instabilität des Systems unzulässig ist.

Welche Anforderungen muss der Computer erfüllen, um ECC-Speichermodule zu unterstützen?

Es ist zu betonen, dass nicht jeder Computer in der Lage sein wird, das Potenzial von ECC-fähigen Speichermodulen zu nutzen.  Für den ordnungsgemäßen Betrieb sind sowohl ein geeigneter Prozessor als auch eine Hauptplatine erforderlich. Vor dem Kauf von ECC-Modulen muss daher sichergestellt werden, dass der Prozessor, die Hauptplatine und DRAM zusammenarbeiten können. Der derzeit beliebteste Standard unter den ECC-Modulen ist die vierte Generation – DDR4, die sich durch einen bis zu 20 % niedrigeren Stromverbrauch im Vergleich zu DDR3-Speicher auszeichnet! Es ist auch zu beachten, dass Module der Generation 4 nicht abwärtskompatibel sind und nicht von Hauptplatinen unterstützt werden, die für DDR3-Speichermodule ausgelegt sind. Es ist daher wichtig, dies bei der Auswahl der richtigen Module für eine bestimmte Gerätekonfiguration zu bedenken.

Was sollte bei der Erweiterung eines Servers oder Computers mit zusätzlichem Speicher außerdem berücksichtigt werden?

Die Nachrüstung eines Servers und Speichererweiterungen sind für sich genommen nicht kompliziert. Es lohnt sich jedoch, dabei einige grundlegende Prinzipien zu beachten. Vermeiden Sie bei der Erweiterung eines Servers oder einer Workstation eine Kombination verschiedener Speichermodule. Es ist nicht möglich, ungepufferte Module mit registrierten Modulen gleichzeitig zu unterstützen. Eine solche Konfiguration in einer einzigen Platine wird nicht funktionieren. Im Interesse der Systemstabilität ist es am sichersten, denselben Speichertyp zu verwenden, d. h. einen Speicher mit derselben Anordnung der Speicherchips, derselben Anzahl der Bänke, derselben Kapazität und Frequenz. Beispielsweise sind die Speichermodule DDR4 16GB ECC derzeit in Dual-Rank-Konfigurationen auf achtzehn Speicherchips mit der Organisation 1024Mx8 und in Single-Rank-Konfigurationen auf neun Speicherchips mit der Organisation 2048Mx8 erhältlich. Bei der Erweiterung eines Servers mit einem 16 GB ECC Dual-Rank-Speicher mit der Organisation 1024Mx8 ist es daher die sicherste Lösung, Speichermodule in einer Dual-Rank-Konfiguration zu verwenden. Dieser Ansatz wird die Stabilität und Zuverlässigkeit des gesamten Systems gewährleisten.

Gibt es neben der Auswahl der richtigen Anordnung des Speichers noch etwas, worauf man beim Kauf einer Serverlösung achten sollte?

Bei der Auswahl eines Speichermoduls für ein professionelles Arbeitsgerät wie z. B. einen Server, eine Workstation oder einen Industriecomputer lohnt es sich überdies, auf die zur Herstellung des Moduls verwendeten Komponenten und auf das Herstellungsverfahren selbst zu achten, sofern es möglich ist, mehr darüber zu erfahren. Wenn ich von Komponenten spreche, meine ich integrierte Schaltkreise, die im Volksmund als „Chips“ bezeichnet werden. Für professionelle Anwendungen empfehle ich die Installation von Modulen, die auf Komponenten von einem der drei weltgrößten Hersteller basieren, d. h. Samsung, Hynix, Micron. Genau diese Chips werden für die Herstellung von Serverspeichern der Marke Goodram verwendet. Der integrierte Schaltkreis ist das wichtigste Bauteil eines jeden Moduls und entscheidet darüber, ob ein Speichermodul im Dauerbetrieb (24/7) für ein Jahr oder über mehrere Jahre hinweg seinen Dienst tun wird. Die genannten Hersteller geben ihre integrierten Schaltkreise nicht ohne ein vorheriges Test- und Validierungsverfahren frei. Wenn ein Chip von Samsung, Hynix oder Micron den Test- und Validierungsprozess bestanden hat, wird er immer mit der Teilenummer des Herstellers gekennzeichnet.

Wie kann ein Käufer oder Serverbesitzer die Qualität des ausgewählten Speichers überprüfen?

Die Überprüfung, ob ein integrierter Schaltkreis von hoher Qualität ist, ist für den Endkunden möglich und erfordert allem Anschein zum Trotz keine Diagnostikgeräte. Ein originaler integrierter Schaltkreis ist immer mit der Seriennummer der Hersteller gekennzeichnet. Diese verbieten den Verkauf sog. schwarzer Speicherchips, d. h. von Chips ohne einen Aufdruck, der eindeutig auf ihre Herkunft und ihren Hersteller hinweist. Viele Hersteller von Speichermodulen, die ihr Produkt zu einem niedrigeren Preis anbieten wollen, verwenden Chips unbekannter Herkunft (vollständig schwarz, ggf. mit dem Namen oder Logo der Marke bedruckt). Für professionelle Anwendungen ist es sicherer, solche Speicher wegen der viel höheren Ausfallrate und der kürzeren Lebensdauer der Module zu meiden. Es lohnt sich daher, beim Kauf von Speichermodulen nach der Herkunft der Chips und nach deren Hersteller zu fragen.

Nach welchen Speichertypen fragen die Kunden am häufigsten?

Unter Berücksichtigung der aktuellen Markttrends werden die am meisten gesuchten Speichermodule in der DDR3- und DDR4-Technologie hergestellt, aber wir erhalten auch immer wieder Anfragen für ältere Speichertypen, DDR2 und DDR1, und die Herstellungsmöglichkeit für diese Speichertypen kann in gewisser Weise als ein Unterscheidungsmerkmal unseres Unternehmens angesehen werden. Unsere Produktionslinie kann pro Monat mehr als eine Million Produkte herstellen. Wir produzieren ständig ECC-Module der DDR3-Generation mit Geschwindigkeiten von 1600 MHz und 1866 MHz sowie DDR4-Module mit Geschwindigkeiten von 3200 MHz, 2933 MHz, 2666 MHz und 2400 MHz. Die Kapazitäten der von Goodram hergestellten ECC-Module betragen 4 GB und 8 GB bei DDR3 und bis zu 32 GB bei DDR4, die perfekt mit Server-Prozessoren von Intel oder AMD zusammenarbeiten.

Ist es also noch möglich, ältere Speichergenerationen zu produzieren?

Ja, natürlich. Wir werden weiterhin Speicher der Generationen 1 und 2 produzieren, solange unsere Kunden sie benötigen werden. Ein solcher Ansatz ist jedoch nicht der Marktstandard und viele Hersteller von Computer-DRAM haben ältere Lösungen längst aus ihrem Angebot genommen, was aber nichts an der Tatsache ändert, dass die Nachfrage danach weiterhin besteht. Da wir über unsere eigene Produktionslinie und langjährige Verträge mit globalen Chip-Herstellern verfügen, sind wir in der Lage, alle Speichertypen auch in kleinen Mengen zu produzieren. Das unterscheidet uns auch von globalen Herstellern, die nur Großaufträge übernehmen. Bei Goodram konzentrieren wir uns auf die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden. Wenn die Speicher bei hohen Temperaturen oder in arktischer Kälte betrieben werden sollen, können wir solche Module produzieren – zu diesem Zweck haben wir unsere Produktionsanlagen mit einer Klimakammer und Testdiagnoseeinrichtungen für Speichermodule ausgestattet. Dank der Klimakammer können die Ingenieure aus dem Labor jedes Modul bei Temperaturen von -40 °C bis +85 °C testen.

Zusammenfassend würde ich sagen, dass Qualität und Zuverlässigkeit von Serverspeichermodulen von vielen verschiedenen Faktoren bestimmt werden. Meiner Meinung nach sind die wichtigsten Faktoren die Qualität und die Herkunft der integrierten Schaltkreise, die Qualität der passiven Komponenten, die Fertigungstechnologie und die strengen Prüfverfahren. Für die von mir genannten Faktoren ist der Hersteller der Module verantwortlich. Ein weiterer Faktor ist das korrekte Validierungsverfahren der Module, d.h. deren Zulassung für den Betrieb mit dem Zielsystem. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen Serverspeichers benötigen, wenden Sie sich bitte unter der E-Mail-Adresse  an die Experten von Goodram, einem polnischen Hersteller von Computerspeicher.