系統(tǒng)內(nèi)存的選擇策略

對(duì)于開發(fā)新一代主板的設(shè)計(jì)工程師來說，DRAM正在成為主要考慮因素，因?yàn)榻K端用戶對(duì)內(nèi)存的需求日益俱增。操作系統(tǒng)變得越來越龐大，應(yīng)用程序也相對(duì)以前需要更多的RAM存儲(chǔ)。諸如虛擬服務(wù)器、多核處理器和高密度刀片服務(wù)器等新興技術(shù)，都提高了對(duì)內(nèi)存的需求。要想CPU發(fā)揮更強(qiáng)的處理能力，就需要越多的內(nèi)存來支持它。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師也一直想方設(shè)法在越來越小的主板上安裝更多的內(nèi)存。為了作出正確的決策，有必要根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)以下這些問題進(jìn)行考量。

1)容量：所有應(yīng)用軟件或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)操作需要多大容量的內(nèi)存?

2)空間和外形尺寸考慮：計(jì)算機(jī)中有多少物理空間(SoC、主板等)可分配給內(nèi)存使用?

3)帶寬：為了支持密集型計(jì)算，處理器指令和數(shù)據(jù)需要以多快的速度執(zhí)行或處理?

對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存容量的考慮

一般來說，了解有多少用戶會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其所使用的應(yīng)用軟件有需求將對(duì)內(nèi)存容量起決定性作用。然而，最常見的結(jié)論是內(nèi)存越多越好。除了處理器能力之外，內(nèi)存對(duì)系統(tǒng)性能的影響是最大的了，因此選擇一款能夠適應(yīng)大內(nèi)存容量和最高內(nèi)存帶寬的內(nèi)存控制器和操作系統(tǒng)無疑能夠提高系統(tǒng)性能。另外值得注意的是，32位的操作系統(tǒng)最多只能訪問5GB的內(nèi)存空間(達(dá)到2的32次方)，但最新的64位操作系統(tǒng)可以訪問的內(nèi)存空間達(dá)18ZB(2的64次方)。

計(jì)算內(nèi)存容量的方法之一是，確定有多少內(nèi)存空間必須分配給操作系統(tǒng)內(nèi)核、操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序、頻繁處于活動(dòng)狀態(tài)的應(yīng)用軟件、駐留在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)文件大小和數(shù)量以及需要支持的最大網(wǎng)絡(luò)需求。工程師應(yīng)該考慮在處理器上運(yùn)行的所有軟件資源的大小，以及所有峰值網(wǎng)絡(luò)需求，然后增加10%的裕度用作自由內(nèi)存空間。由于用于處理器的主內(nèi)存通常是以1GB、2GB、4GB和8GB這樣的偶數(shù)倍增加的，因此此時(shí)最合適的主內(nèi)存容量是4GB(如果是雙槽道配置就是2個(gè)2GB的DIMM內(nèi)存條)。

諸如數(shù)據(jù)庫(kù)、電子郵件和web服務(wù)器等計(jì)算機(jī)應(yīng)用占用非常大的內(nèi)存資源，因此這些系統(tǒng)的內(nèi)存容量要盡可能大。計(jì)算內(nèi)存容量的另外一種方法是運(yùn)行與系統(tǒng)使用率有關(guān)的系統(tǒng)基準(zhǔn)測(cè)試，通過比較使用的內(nèi)存(GB)、CPU使用率和系統(tǒng)內(nèi)存容量，(即使用微軟的“控制面板”)瀏覽管理工具(性能)并通過點(diǎn)擊工具條中的“+”符號(hào)增加內(nèi)存對(duì)象，如圖1所示。

圖1：微軟XP管理工具(性能)截屏。

圖2：處理器/內(nèi)存利用率。

圖2中的性能圖表是雙處理器系統(tǒng)中數(shù)據(jù)可能呈現(xiàn)的面貌例子，它對(duì)“內(nèi)存約束”配置(4GB系統(tǒng))與“CPU約束”配置(8GB系統(tǒng))的資源局限做了比較。值得注意的是，6GB系統(tǒng)配置是如何在CPU使用率等于內(nèi)存使用率時(shí)最大化CPU到內(nèi)存的使用率來獲得最佳性價(jià)比的。目前許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)師流行使用粗略的計(jì)算方法，即為每GHz的處理器內(nèi)核配置2GB內(nèi)存。一旦內(nèi)存容量確定后，選擇內(nèi)存控制器以支持所希望的內(nèi)存容量顯得同樣重要。內(nèi)存控制器將通過以下兩種方式限制可獲得的內(nèi)存密度：

1)內(nèi)存可用的片選線數(shù)量有限;

2)內(nèi)存控制器支持的最大DRAM容量。

目前有兩種通用的內(nèi)存子系統(tǒng)設(shè)計(jì)可用于連接片選線。一種是每個(gè)內(nèi)存插槽兩根片選線，一種是每個(gè)內(nèi)存插槽4根片選線。由于內(nèi)存模組數(shù)量受限于插槽數(shù)量，因此最大系統(tǒng)內(nèi)存容量將是內(nèi)存插槽數(shù)量乘以每條內(nèi)存模組的容量。

內(nèi)存空間和內(nèi)存尺寸考慮

內(nèi)存子系統(tǒng)中使用的內(nèi)存外形尺寸一般取決于以下一些因素：

1)物理空間，更明確地說就是內(nèi)存所裝配的機(jī)械外殼;

2)處理器可以容忍的(由于處理器到內(nèi)存的物理距離引起的)延時(shí)和速度下降;

3)安裝底架的約束，如與周邊元組件的接近度、熱冷卻要求(與風(fēng)扇的接近度、使用熱傳導(dǎo)器或散熱器、液體冷卻、內(nèi)存組件之間的空隙等);

4)內(nèi)存布局(與處理器的接近度，垂直或水平安裝等);

5) 安裝、維修和升級(jí)內(nèi)存的簡(jiǎn)易度。

當(dāng)使用SoC中的嵌入式DRAM(eDRAM)內(nèi)存時(shí)，用于決定“片上”和片外DRAM內(nèi)存分布的標(biāo)準(zhǔn)通?；赟oC上用于流水線、緩存和低延時(shí)訪問的內(nèi)存的可用空間，以及將DRAM嵌入進(jìn)SoC的相關(guān)成本。

舉例來說，90nm嵌入式DRAM工藝基于的是CMOS邏輯技術(shù)，可集成插件形式的內(nèi)存模組。嵌入式工藝在與外部DRAM器件連接時(shí)不存在I/O功耗，因此可以提供更寬的總線、更低的材料成本和更高的帶寬。而且與SRAM相比正常工作功耗和待機(jī)功耗都要低。

然而，嵌入式內(nèi)存技術(shù)還沒有達(dá)到可以替代主板上高密度DRAM的密度水平，因?yàn)橛糜谔幚砥骱蚐oC的嵌入式內(nèi)存目前還沒超過100MB，而主板上配置的片外內(nèi)存一般最小要1GB。與處理器一樣，內(nèi)存技術(shù)同樣也遵循摩爾定律，相當(dāng)于每?jī)赡晏岣?倍密度。表1說明了目前內(nèi)存密度的發(fā)展趨勢(shì)：

表1：內(nèi)存密度趨勢(shì)。

選擇系統(tǒng)內(nèi)存的六大指標(biāo)

如果內(nèi)存容量是一個(gè)重要的系統(tǒng)指標(biāo)，那么相對(duì)其它結(jié)構(gòu)外形來說內(nèi)存模組更合適。目前有幾種JEDCE標(biāo)準(zhǔn)DIM可用，如RDIMM，UDIMM，S0-DIMM，Mini-DIMM，MicroDIMM和FBDIMM。下面列出了為何選用DRAM內(nèi)存模組的六大理由：

理由1：更低的總體擁有成本(TCO)，具體理由如下：

A)模組化的內(nèi)存后可以在最終裝配和測(cè)試需要時(shí)隨時(shí)購(gòu)買得到，甚至可趕在系統(tǒng)交付之前。這樣做可以減少庫(kù)存，釋放現(xiàn)金流。這樣做還能避免內(nèi)存元件庫(kù)存面臨價(jià)格下降而造成財(cái)務(wù)損失的風(fēng)險(xiǎn)。如果用于系統(tǒng)的內(nèi)存是板載芯片(COB)，那么獨(dú)立的內(nèi)存元件可能需要庫(kù)存較長(zhǎng)時(shí)間，以便預(yù)留時(shí)間生產(chǎn)主板。

B)開始時(shí)可以使用最小的內(nèi)存配置以較低的系統(tǒng)成本出售/購(gòu)買系統(tǒng)(預(yù)留一些空槽以便未來升級(jí))。用戶可以在增加新的應(yīng)用軟件或提高計(jì)算機(jī)速度時(shí)升級(jí)內(nèi)存，此時(shí)只需簡(jiǎn)單地升級(jí)或增加內(nèi)存模組。