日本电子维修技术 内存<福田 昭>非易失性内存本格技术NVDIMM-



最后还少3dxpoint,nvdimm的规格基本上就介绍完了。
。。。上面省略,NVDIMM整体规格与NVDIMM-N的规格介绍请看下帖:
https://www.chiphell.com/thread-1780015-1-1.html

NVDIMM-Pではアウトオブオーダー実行をサポート
 ここからはNVDIMM-P技術の概要を解説していく。NVDIMM-P技術の特徴は、DRAMとNANDフラッシュメモリ(標準規格の対象は不揮発性メモリ全般)の両方を自由に使いこなせることにある。これは大きなメリットであると同時に、制御プロトコルがかなり複雑になることを意味する。
NVDIMM-P技术特点是可以轻松享受DRAM与NAND闪存芯片两方带来的好处。当然同时拥有两者好处也意味着其控制协议将相当复杂。

不揮発性DIMM技術の本命「NVDIMM-P」が創造するPCとサーバーの近未来
NVDIMM-Pモジュールの概要。書き込みデータをDRAMに格納するモードと、NANDフラッシュに格納するモードがある
以非易失性DIMM本格技术“NVDIMM-P”为基础制造的PC服务器近未来的NVDIMM-P模块规格。数据写入分为DRAM储存模式与NAND闪存模式两种。


不揮発性DIMM技術の本命「NVDIMM-P」が創造するPCとサーバーの近未来 NVDIMM-Pモジュールの2つの形態。左は、すべてのデータがコントローラを経由して入出力されるモジュール。DRAMの存在はCPU(ホスト)からは隠ぺいされる。メモリアクセスの遅延時間(レイテンシ)は長めになるものの、制御そのものは簡素である。右は、コントローラを経由せずにDRAMと外部でデータをやり取り可能なモジュール。チップセレクト(CS)信号により、NVDIMM-Pとして扱うモードとDRAMモジュールとして扱うモードのどちらかを選択できる
以基于非易失性DIMM本格技术“NVDIMM-P”为基础的PC与服务器系统。NVDIMM-P模块包含两种两种形态。左边是所有的数据都要经过控制器输入输出的模块规格。DRAM的存在于CPU层面完全透明。虽然延迟稍高,但是简化了控制逻辑。右边是一部分DRAM与外部数据的交换无需通过控制器的模块规格。HOST(一般是CPU或内存控制器)可以通过CS信号指定到底是使用NVDIMM-P中的哪种模式来写入数据。
 制御プロトコルの最大の違いは、アウトオブオーダー実行をサポートしたことだろう。DRAM DIMMでは、読み出しコマンドの順番と、出力されるデータの順番は一致している。ところがNVDIMM-Pでは、読み出しコマンドの順番と、出力されるデータの順番は一致するとは限らない。場合によっては、出力されるデータの順番が前後する。
两者的控制协议最大的区别在于对out of order机制的支持。DRAM DIMM中输出顺序严格遵守输入指令的顺序。在NVDIMM-P中,这种顺序未必被严格准守。某些情况下会乱序执行。
 なぜこのようなことをするかというと、DRAMと不揮発性メモリでは、メモリアクセスの遅延時間が大幅に異なる可能性があるからだ。CPU(ホスト)のアクセス対象は「NVDIMM-P」モジュールであり、モジュール内部に格納されているメモリ技術の違いはCPUからはなるべく見えないようにしたい。DRAMと不揮発性メモリ(しかも性能の異なる複数の技術がある)を混在させるための、苦肉の策とも言える。
为什么存在这种out of order机制,因为DRAM与非易失性内存之间在随机访问延迟上某些情况下会有巨大的差异,同时又希望在访问的内存对象类型(是否是NVDIMM-P),模块内部使用的存储技术上保持对CPU的透明化。因为DRAM与非易失性内存的混搭(而且性能完全不一样),采取的一种折中方法。

不揮発性DIMM技術の本命「NVDIMM-P」が創造するPCとサーバーの近未来 NVDIMM-Pのデータ読み出しプロトコル。アウトオブオーダー実行をサポートすることで、搭載メモリ技術の遅延時間の違いを隠ぺいする
NVDIMM-P的数据读取协议。经由out of order技术的支持,完全隐藏了各种内存技术之间延迟的区别

ハンドシェークを基本とするデータのやり取り
基于握手机制的内存存储方式

  NVDIMM-Pの読み出しと書き込みに関するプロトコルも、DRAMとはかなり違う。違うのは、ハンドシェークを基本として動作が進行することだ。
NVDIMM-P的读写相关协议与DRAM存在相当的区别。最大的不同是,NVDIMM-P是以握手为基本动作运作的。
 読み出し動作には、「XREAD」と「SREAD」の2種類のコマンドを用意した。「XREAD」は通常のデータ読み出しに相当するコマンドである。ホスト(CPUあるいはメモリコントローラ)が「XREAD」コマンドとアドレスをNVDIMM-Pに送ると、NVDIMM-Pは不揮発性メモリからデータを読み出してDIMM内部のコントローラ(バッファ)に保存する。そして、データが準備できたことを示す「RD_RDY」(読み出し準備完了)信号をホストに送出する。「RD_RDY」を受け取ったホストは、「SEND」信号を送出する。SEND信号を受領してから「tSEND」時間後に、DIMMはデータ(DQ)と誤り訂正符号(ECC)、読み出しID(RID)をホストに送出する。
读取操作中准备了XREAD与SREAD两种命令。XREAD就是与普通的数据读取操作相同的命令。Host(CPU或者内存控制器)向NVDIMM-P发送XREAD命令+地址的时候,NVDIMM-P会将数据从非易失内存部分读出,写到DIMM部分的控制器(buff)中。然后向HOST端发送RD_RDY型号,表示读取准备就绪。接受了RD_RDY信号后,HOST响应SEND指令。接受到SEND信号后,在tSEND时间点上,DIMM会将数据(DQ)、ECC(纠错位)、(RID)读取ID送往HOST。

通常のデータ読み出し「XREAD」のタイミングチャート。データが用意できたことを示す「RD_RDY」信号をRSP_Rピンを通じてDIMM側がホストに伝えてから、読み出しが始まる
NVDIMM-P读取信号“XREAD”的时序图。通过RSP_R阵脚向HOST端传输表示数据准备已经就绪的RD_RDY信号,接受到此信号后正式的数据读取开始。

DRAMあるいは高速メモリをキャッシュに使う
DRAM(或称高速内存)将作为缓存来使用
 もう1つの読み出しコマンド「SREAD」は、キャッシュからの読み出しを想定した、NVDIMM-Pに特有のコマンドである。NVDIMM-Pでは相対的には低速な大容量の不揮発性メモリと、高速で小容量のキャッシュに相当するメモリ(普通はDRAM)を混載する。規格の詳細は固まっていないが、異なるタイプとサイズのキャッシュに対応する予定である。
另外一个读取命令SREAD是作为“从缓存中读取”的一种指令,是NVDIMM-P的一种特有命令。NVDIMM-P是混搭了相对慢速但大容量的非易失性内存和高速但小容量的类似缓存的内存(其实就是普通DRAM)。虽然目前规格的细节还没确定,但是基本上可以柔软搭载不同的类型、容量大小的缓存。
 「SREAD」コマンドとアドレスをホストがDIMMに送出した後、DIMMは「tSEND」時間後にデータ(DQ)と誤り訂正符号(ECC)、ヒット/ミスの識別符号を送出する。ここで最も重要なのは、「ヒット/ミスの識別符号」である。ヒットの場合は、ホストはデータを読み込める。ミスの場合は、ホストは読み込んだデータを使わない。キャッシュミスのときはDIMMのコントローラがデータを不揮発性メモリから読み出し、コントローラのバッファに転送する。そしてXREADと同様に、RD_RDY、SENDとプロトコルが進む。
当HOST将SREAD命令和地址发送给DIMM后,DIMM会在tSEND时间点上直接送出数据(DQ)、ECC纠错位(ECC)、缓存命中检测位(hit/miss)。这里最重要的就是缓存命中检测位。命中的时候,HOST就可以直接拿到数据。miss的情况下,HOST就会舍弃读取到的数据。同时,缓存检测不命中的时候,DIMM的控制器就会向非易失性的内存部分请求调用数据,然后写入控制器的缓冲区中。接下来的过程就跟XREAD一样的握手机制,经过RD_RDY、SEND的协议进行传输。

キャッシュの読み出し「SREAD」のタイミングチャート。キャッシュヒットの場合とキャッシュミスの場合でプロトコルが大きく違ってくる
缓存读取的SREAD的时序图。缓存命中与缓存不命中两种情况的传输协议大不同。

不揮発性メモリにデータを書き込む専用コマンドを用意
同样,针对写入操作,非易失性内存也有专门的命令

 書き込み動作にも、2種類のコマンドがある。「XWRITE」と「PWRITE」だ。「XWRITE」は通常のデータ書き込みに相当するコマンドである。ホストは「XWRITE」コマンドとアドレスをDIMMに送信する。そして一定時間(tWL)後に、ホストはデータをDIMMに送信する。DIMMは同じタイミングで、データを受信する。
写入操作也有两类命令。XWRITE与PWRITE。XWRITE同样也是传统的写入命令。HOST向DIMM直接发送XWRITE与地址信号。在经过一个时间点tWL后,HOST再向DIMM传输数据。DIMM同一时间节点上收到数据。

通常のデータ書き込み「XWRITE」のタイミングチャート
一般数据的写入XWRITE的时序图。

 「PWRITE」は、DIMMの不揮発性メモリにデータを書き込むコマンドである。「XWRITE」コマンドでは、データがDIMMのどのメモリに格納されたかは分からない。「PWRITE」コマンドを使うとデータが確実に不揮発性メモリに書き込まれるので、電源異常によるデータ消失の恐れがなくなる。
PWRITE是向DIMM非易失性内存写入数据的专用命令。使用XWRITE,数据是写到了哪种类型的内存中完全不知道。而PWRITE命令是确保数据会确确实实的写到了非易失性内存部分中,就算突发电源故障也不用担心数据会消失。
 「PWRITE」コマンドによる書き込み手順の前半は、「XWRITE」コマンドと変わらない。ホストはタイミングを合わせてデータをDIMMに送出する。違うのはここからだ。DIMMは、データが不揮発性メモリに書き込まれたことを示す信号「W_PER」をホストに送信する。この信号を受信したホストは、通常の読み出しコマンド「XREAD」のプロトコルを使い、「ステータス(Status)」パケットを読み出す。「ステータス」パケットには、不揮発性メモリに書き込まれたデータのビットマップが格納されている。このビットマップは次回以降のDIMMアクセスに活用される。
PWRITE命令执行的写入流程的前半部分与XWRITE命令是一样的。HOST配合时机送出数据给DIMM,之后的流程则不同。DIMM会回馈给HOST一个W_PER信号,表示自己已经将数据写到了非易失性的部分里。接受到了这个信号的HOST,然后在使用XREAD协议,读取一种Status数据包。Status包中保存有写入的非易失内存数据的bitmap。这个bitmap在以后的访问操作中大有用处。

不揮発性メモリへのデータ書き込み「PWRITE」のタイミングチャート
非易失性内存中数据写入指令PWRITE的操作时序图
 さらにNVDIMM-Pでは、データを不揮発性メモリに格納するもう1つのコマンドとして、「FLUSH」コマンドを用意する。「FLUSH」はDIMM内部のコントローラ(バッファ)に格納してあるデータを、DIMMの不揮発性メモリに転送するコマンドである。ホストが「FLUSH」コマンドを送出すると、DIMMはデータを不揮発性メモリに書き込む。書き込みが完了すると、確認信号である「W_PER」信号をDIMMはホストに返信する。以降は「PWRITE」コマンドによるプロトコルと同様に、ホストは「ステータス」パケットを読み出す。
NVDIMM-P为了数据写入非易失性区的操作还准备了一个命令,就是“FLUSH”。FLUSH操作是将DIMM内部控制器(Buffer)中的数据提交到非易失性内存部分的操作。HOST向DIMM发送FLUSH命令才是DIMM将数据写入非易失区的时机。写入完成后,DIMM会回馈W_PER信号。接下来的操作与PWRITE协议相同,HOST也要读取Status包。(这里写的重点不明确,其实FLUSH和PWRITE的区别是,一个由HOST直接提交数据给非易失区,一个HOST只提交指令,将已经在内存控制器中的数据提交给非易失区)

DDR4メモリに対応したNVDIMM-Pボードは2つのピンを追加
采用DDR4内存规格的NVDIMM-P基板追加2个针脚

 DDR4メモリに対応したNVDIMM-Pボードのピン配置はすで固まりつつある。具体的には、独自のプロトコルを実行するために、「RSP_R」ピンと「RSP_E」ピンをDDR4 DRAM DIMMに追加する。ただしピンを増やすわけではない。これらのピンは、一部の既存のピン、具体的には「ODT1」ピンと「CKE1」ピンに多重化される。なお、DDR5メモリに対応したNVDIMM-Pでは、これら2本のピンを1本のピン「RSP_n」に統合する予定である。
采用DDR4规格内存的NVDIMM-P基板的针脚定义逐渐明良。具体的说,为了实现独自的协议在现有的DDR4 DRAM DIMM规格上追加了RSP_R与RSP_E两个针脚。当然也不是仅仅加了针脚就完事了。既存的一些针脚也有一些调整,比如ODT1与CKE1都变多了。另外,基于DDR5的NVDIMM-P中,预定将两个RSP针脚统合为一个RSP_n针脚。


DDR4メモリに対応したNVDIMM-Pボードのブロック図とピン配置。すべてのデータは一度、コントローラ(メディアコントローラ)に集められる。ピン配置図の中央に小さく描かれている「RSP_R」ピンと「RSP_E」ピンが、NVDIMM-P独自のピンである
基于DDR4内存的NVDIMM-P基板的block图与针脚定义。。所有数据都会首先再控制器(媒体控制器)中先集结。针脚定义图中间那个很小就是RSP_R与RSP_E,是NVDIMM-P独有的针脚。

NVDIMM-P独自のプロトコルを担うピンとその役割り。DDR4メモリでは、読み出し準備完了信号「RD_RDY」をRSP_Rピンが、不揮発性メモリへのデータ書き込み完了信号「W_PER」をRSP_Eピンが担う
负担传输NVDIMM-P专用协议的针脚与其职责分担。DDR4版本中,RSP_R担任读取准备就绪信号传输的RD_RDY,而RSP_E针脚则担任非易失区写入完毕的回馈信号W_PER的传输。

 NANDフラッシュメモリとDRAMの混載がメモリのアクセス性能に与える影響は、NANDフラッシュメモリの記憶容量が増加するほど、大きくなる。NANDフラッシュメモリは基本的にデータ書き込みが遅いからだ。DRAM DIMMの性能を100%と仮定すると、DRAMの記憶容量を1、NANDフラッシュメモリの記憶容量を4の割合で搭載したNVDIMM-Pの性能は、約80%に低下する。NANDフラッシュメモリの記憶容量を2の割合にまで減らすと、性能は90%前後と若干ではあるが、改善する。
NAND闪存芯片与DRAM混搭照成的对内存访问性能的影响随着搭载的NAND内存容量的增加而增大。基本上是因为NAND闪存芯片写入性能低下的原因。如果以100%来表示纯DRAM DIMM的性能,如果把DRAM与NAND储存容量按1:4的比例搭配的话,NVDIMM-P的实际性能大概只有80%。如果把配比降低到1:2,那么性能大概是纯DRAM的90%。

NANDフラッシュメモリとDRAMの混載によるメモリ性能の変化(シミュレーション値)
 上記の結果から見るとNANDフラッシュメモリの混載は性能的には不利に見える。しかし、例えばDRAMを1、NANDフラッシュメモリを4の割合で搭載したモジュールの記憶容量は「5」であり、「5」の記憶容量を備えるDRAMモジュールと性能を比べた結果であることに留意されたい。ここには「コスト」の観点が抜けている。「5」の記憶容量を備えるDRAMモジュールとは、DRAMのコストが5倍になるモジュール、という意味である。これを許容可能な予算があるのなら、最初からNVDIMM-Pは不要なのだ。
NAND闪存与DRAM混搭构成额内存性能的变化趋势(仿真值)
从上面的结果来看,一旦混搭了NAND闪存性内存在性能上就会劣化。不过比如将DRAM与NAND按照1:4混搭得到的模块整体将有5的内存容量。上图的结果就是与同样容量为5的纯DRAM且抛开成本因素的比较结果。5倍容量意味着成本是5倍,如果一开始就有这么多预算,那么NVDIMM-P的确没必要
 一方、DRAMを1、NANDフラッシュメモリを4の割合で搭載したモジュールのコストは、専用コントローラを含めても1.5倍~2倍にとどまる。1.5倍~2倍のコストで4倍~5倍の記憶容量が得られる。
但从成本的方面来看,DRAM与NAND按照1:4配比的模组,包含专用的控制器在内,成本大概是纯DRAM的1.5倍到2倍左右。付出1.5倍到2倍的成本,可以获得4倍到5倍的内容容量。
 ここで重要なのはメモリそのものではなく、アプリケーションが要求する記憶容量が急速に増大しつつあるという、要求仕様の変化だろう。1xnm世代で、シングルダイにおけるDRAMの記憶容量の拡大は飽和しつつある。16Gbitまでは見えているが、32Gbitはかなり怪しい。一方、NANDフラッシュは3D NAND技術の登場と急激な改良によって1Tbit(1,024Gbit)がすでに視野に入った。
 2020年代前半、あるいは5年後を想定すると、DRAMモジュール単独での記憶容量の拡大は、もはや困難な段階に入りつつある。記憶容量の拡大要求に応えるには、大容量で低コストのNANDフラッシュメモリ、あるいは3D XPointメモリの助けを借りるしかない。NVDIMMの台頭は、DRAM DIMMの限界が近づいていることの裏返しでもあるのだ。
其实最重要的并非内存本省,而是应用所需内容容量在急速增大中,需求的内容在不停的变化。1xnm时代,单核心承载的内存容量扩大趋势已到尽头,随着内容容量扩大需求应运而生的就是便宜又大碗的NAND闪存型内存,甚至到了不得不借助3D XPoint的程度。NVDIMM的抬头可能暗含纯DRAM DIMM已到尽头的寓意。

评论

要性能还是纯DRAM好。。。

评论

1:4混搭80%,1:2混搭90%,我觉得阔以了。

评论

其实嘛,重要的机房一般都是有后备电源的,搞这非易失内存没有什么意义

还不如想办法把纯DRAM的容量搞上去

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武汉滴吖?

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cosplay。。。

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迟早要走向民用的。 电路 电子 维修 求创维42c08RD电路图 评论 电视的图纸很少见 评论 电视的图纸很少见 评论 创维的图纸你要说 版号,不然无能为力 评论 板号5800-p42ALM-0050 168P-P42CLM-01 电路 电子 维修 我现在把定影部分拆出来了。想换下滚,因为卡纸。但是我发现灯管挡住了。拆不了。不会拆。论坛里的高手拆解过吗? 评论 认真看,认真瞧。果然有收
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