服务器内存硬件上的黑色颗粒多揭秘

大家好，我是飞哥！今天我来回答一位读者关于服务器内存上为什么有如此多黑色颗粒的问题。

从事服务器端开发的朋友们每天都在编写代码，这些代码都需要内存。了解一下服务器内存硬件还是很有必要的。

因此，我特意找来了一根服务器内存条。下图展示了一根32 GB服务器内存条的正面和背面。

可以看到，服务器内存上有很多黑色颗粒，比普通台式机内存的颗粒数量多很多。

今天我们将详细解释为什么服务器内存中的颗粒数量更多。

原因一：服务器内存需要ECC功能在开篇所展示的内存正面，有一串字符串标识32 GB 2R*4 PC4-2666V-RB2-12-DB1。

在这段标识中，32 GB表示内存的容量大小。2R4我们之前在《理解内存的Rank、位宽以及内存颗粒内部结构》一文中介绍过，2R表示该内存有2个Rank，4表示每个内存颗粒的位宽为4 bit。

按照这个位宽参数，每个Rank只需要16个内存颗粒，2个Rank需要32个Chip内存颗粒就足够了。

然而，我们图片中的内存正面有19个内存颗粒，背面有18个内存颗粒。19 + 18 = 37个黑色颗粒。

这是因为服务器与普通台式机不同，需要ECC纠错功能，以及RDIMM/LRDIMM在内存颗粒中加入寄存器模块，使得内存的频率更高（频率高的内存性能更好），容量更大。

DRAM内存是一种易失性存储，不能100%保证存储的数据不发生变化。一根8 GB的内存条平均每小时会出现1 - 5个比特翻转错误。

我们个人在办公时，内存主要用来处理图片、视频等数据。即使出现比特翻转，可能只影响一个像素值，影响不大，也很难察觉。

在服务器应用中，处理的通常是非常重要的计算，可能是一些推荐计算，也可能是一笔订单交易，对出错的容忍度非常低。另外，一台服务器通常需要连续运行几个月甚至几年。因此，服务器对稳定性的要求极高，不允许比特翻转错误发生。

ECC是一种专用于内存的技术。它的英文全称是“Error Checking and Correcting”，中文名称是“错误检查和纠正”。从名称可以看出，ECC不但能发现内存中的错误，还可以进行纠正。

在实现上，ECC内存会在板上额外添加内存颗粒，专门负责检查和纠正错误。

带ECC功能的内存，需要为CPU同时提供72位的读写，其中64位是数据，另外8位用于ECC校验。

我们开篇提到的内存颗粒，位宽是4。为了提供8位的ECC校验数据，每个Rank需要额外2个内存颗粒来存储ECC数据。所以每个Rank总共需要16 + 2 = 18个内存颗粒。Rank数量是2，所以总共需要18 * 2 = 36个内存颗粒来存储用户数据以及校验位。

原因二：RDIMM地址信号缓存上一小节我们计算了包含ECC功能后总共需要36个内存颗粒，而图片中我们实际看到有37个黑色颗粒。

这个多出来的一个颗粒是用于地址等控制信号缓存的。

服务器通常采用RDIMM（带寄存器双列直插模块）或LRDIMM（低负载双列直插内存模块）。无论是RDIMM还是LRDIMM，都比普通内存多一个带寄存器的时钟驱动器（RCD）模块。

RCD从主机存储器控制器获取命令地址总线、控制信号和时钟信号，然后将这些信号流扇出到DIMM上的DRAM。所有的信号通过RCD进入RDIMM后都会重新计时和清理。

从开篇的图中，我们确实也找到了这个模块。

有了这个模块的支持，能显著降低信号干扰，进而大幅提升稳定性。这样单条内存的容量可以做到更大一些。

原因三：LRDIMM数据信号缓存另外，对于大内存的服务器，可能RDIMM提供的单条内存容量还不够，还需要更大的容量。

LRDIMM相比RDIMM在引入寄存缓存器RCD的基础上，又进一步引入了数据缓冲器DB（Data Buffer）。

引入DB数据缓冲器的作用是缓冲来自内存控制器或内存颗粒的数据信号。实现了对地址、控制信号、数据的全缓冲。这种内存价格更贵，但可以支持更大容量。

如下是一个LRDIMM的实物图。

简单总结一下，服务器内存硬件上颗粒数量更多的原因有三个：

1. 需要ECC功能，需要比普通内存多1/8的颗粒数来支持ECC。
2. 需要RCD模块降低地址等控制信号干扰影响，将单条容量做到更大。
3. 需要DB模块降低数据信号干扰影响，进一步将单条容量提高。