系統(tǒng)內存的選擇策略

對于開發(fā)新一代主板的設計工程師來說，DRAM正在成為主要考慮因素，因為終端用戶對內存的需求日益俱增。操作系統(tǒng)變得越來越龐大，應用程序也相對以前需要更多的RAM存儲。諸如虛擬服務器、多核處理器和高密度刀片服務器等新興技術，都提高了對內存的需求。要想CPU發(fā)揮更強的處理能力，就需要越多的內存來支持它。系統(tǒng)設計師也一直想方設法在越來越小的主板上安裝更多的內存。為了作出正確的決策，有必要根據(jù)設計對以下這些問題進行考量。

1)容量：所有應用軟件或計算機系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)操作需要多大容量的內存?

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

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

對系統(tǒng)內存容量的考慮

一般來說，了解有多少用戶會對計算機系統(tǒng)及其所使用的應用軟件有需求將對內存容量起決定性作用。然而，最常見的結論是內存越多越好。除了處理器能力之外，內存對系統(tǒng)性能的影響是最大的了，因此選擇一款能夠適應大內存容量和最高內存帶寬的內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的內存空間(達到2的32次方)，但最新的64位操作系統(tǒng)可以訪問的內存空間達18ZB(2的64次方)。

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

諸如數(shù)據(jù)庫、電子郵件和web服務器等計算機應用占用非常大的內存資源，因此這些系統(tǒng)的內存容量要盡可能大。計算內存容量的另外一種方法是運行與系統(tǒng)使用率有關的系統(tǒng)基準測試，通過比較使用的內存(GB)、CPU使用率和系統(tǒng)內存容量，(即使用微軟的“控制面板”)瀏覽管理工具(性能)并通過點擊工具條中的“+”符號增加內存對象，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“內存約束”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使用率等于內存使用率時最大化CPU到內存的使用率來獲得最佳性價比的。目前許多系統(tǒng)設計師流行使用粗略的計算方法，即為每GHz的處理器內核配置2GB內存。一旦內存容量確定后，選擇內存控制器以支持所希望的內存容量顯得同樣重要。內存控制器將通過以下兩種方式限制可獲得的內存密度：

1)內存可用的片選線數(shù)量有限;

2)內存控制器支持的最大DRAM容量。

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

內存空間和內存尺寸考慮

內存子系統(tǒng)中使用的內存外形尺寸一般取決于以下一些因素：

1)物理空間，更明確地說就是內存所裝配的機械外殼;

2)處理器可以容忍的(由于處理器到內存的物理距離引起的)延時和速度下降;

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

4)內存布局(與處理器的接近度，垂直或水平安裝等);

5) 安裝、維修和升級內存的簡易度。

當使用SoC中的嵌入式DRAM(eDRAM)內存時，用于決定“片上”和片外DRAM內存分布的標準通常基于SoC上用于流水線、緩存和低延時訪問的內存的可用空間，以及將DRAM嵌入進SoC的相關成本。

舉例來說，90nm嵌入式DRAM工藝基于的是CMOS邏輯技術，可集成插件形式的內存模組。嵌入式工藝在與外部DRAM器件連接時不存在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功耗都要低。

然而，嵌入式內存技術還沒有達到可以替代主板上高密度DRAM的密度水平，因為用于處理器和SoC的嵌入式內存目前還沒超過100MB，而主板上配置的片外內存一般最小要1GB。與處理器一樣，內存技術同樣也遵循摩爾定律，相當于每兩年提高2倍密度。表1說明了目前內存密度的發(fā)展趨勢：

表1：內存密度趨勢。

選擇系統(tǒng)內存的六大指標

如果內存容量是一個重要的系統(tǒng)指標，那么相對其它結構外形來說內存模組更合適。目前有幾種JEDCE標準DIM可用，如RDIMM，UDIMM，S0-DIMM，Mini-DIMM，MicroDIMM和FBDIMM。下面列出了為何選用DRAM內存模組的六大理由：

理由1：更低的總體擁有成本(TCO)，具體理由如下：

A)模組化的內存后可以在最終裝配和測試需要時隨時購買得到，甚至可趕在系統(tǒng)交付之前。這樣做可以減少庫存，釋放現(xiàn)金流。這樣做還能避免內存元件庫存面臨價格下降而造成財務損失的風險。如果用于系統(tǒng)的內存是板載芯片(COB)，那么獨立的內存元件可能需要庫存較長時間，以便預留時間生產主板。

B)開始時可以使用最小的內存配置以較低的系統(tǒng)成本出售/購買系統(tǒng)(預留一些空槽以便未來升級)。用戶可以在增加新的應用軟件或提高計算機速度時升級內存，此時只需簡單地升級或增加內存模組。