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Server-RAM

Begriffsklärung

Obwohl der Begriff „Server-RAM“ nicht einheitlich definiert ist, gibt es doch maßgebliche Unterschiede verglichen mit Arbeitsspeichern für Industrieanwendungen oder den Consumer-Bereich. Diese liegen in den Anforderungen an Performance und Sicherheit, die mit Server-Anwendungen einhergehen. Um zusätzliche Sicherheit zu erreichen, werden bei Speichermodulen für Server daher zumeist RDIMM-Module eingesetzt.

Mit diesen Anforderungen an den Server-RAM werden wir uns in diesem Beitrag genauer auseinandersetzen.

Inhaltsverzeichnis 

Definition Server-RAM

Unter Server-RAM verstehen wir im Folgenden Arbeitsspeicher für Anwendungen im Server Umfeld. Soweit also wenig überraschend. Die Bandbreite an Anwendungsbereichen ist groß und umfasst unter anderem:

  • Cloud-Computing
  • Virtualisierung
  • High-Performance Computing
  • Datenbankserver
  • Telekommunikation und Netzwerkinfrastruktur

Wir verzichten bewusst auf die Aufführung von Rechenzentren, da es sich dabei nicht um Anwendungen handelt, sondern um die Einrichtungen, welche die notwendige Hardware und Netzwerkressourcen bereitstellen, um verschiedene Anwendungen und Dienste zu ermöglichen.

Diese Liste ist keineswegs abschließend, zeigt jedoch die Vielfalt der Anwendungsbereiche, in denen Server-RAM zum Einsatz kommt und ist ausreichend, um darzustellen, inwiefern Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit des RAMs entscheidend für die Stabilität und Effizienz der Systeme sind.

Anforderungen an Server-RAM

Je nach Anwendung und Einsatzbereich unterscheiden sich die Anforderungen an Arbeitsspeicher für Server-Anwendungen voneinander. Grundsätzlich lässt sich jedoch festhalten, dass für sie folgende Faktoren besonders relevant sind:

Performance

Unter Performance verstehen wir im Folgenden Aspekte, die unmittelbaren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Arbeitsspeichers haben: bspw. Geschwindigkeit, Latenz oder Kapazität. Zwar spielen diese grundsätzlich für alle Anwendungsbereiche eine mitunter wichtige Rolle, haben jedoch im Bereich von Servern aufgrund der großen Menge an zu verarbeitenden Daten eine besondere Relevanz.

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers wird oft in Megatransfers pro Sekunde (MT/s) gemessen und bezieht sich auf die Anzahl der Datenübertragungen, die der RAM pro Sekunde durchführen kann. Höhere Geschwindigkeiten können zu einer schnelleren Datenverarbeitung führen und damit die Gesamtperformance des Systems verbessern. So erzielen Samsung DDR5-Module Geschwindigkeiten von bis zu 7200 MT/s.

Megahertz (MHz) gibt einen Takt an: Wie viele Millionen Vorgänge (Zyklen) pro Sekunde werden in einem periodischen Signal durchgeführt? In unserem Fall bestimmt dieser Takt die Datenübertragung zwischen RAM und Prozessor: mit jedem Zyklus werden Daten übertragen. Bei der Vorgänger-Technologie des DDR-SDRAMs, dem SDRAM, gab es jeweils bei der aufsteigenden Flanke des Signals (und damit einmal pro Zyklus) eine Datenübertragung. Somit konnte MHz auch gut als Maß für die Datenübertragung verwendet werden: ein Zyklus, eine Datenübertragung. Seit der Einführung der DDR-Technologie werden sowohl bei der aufsteigenden als auch bei der absteigenden Flanke des Signals Daten übertragen. Spätestens seitdem werden oft MT/s zur genaueren Angabe der effektiven Datenrate verwendet.

Zur Veranschaulichung der Auswirkung der Geschwindigkeit auf die Gesamtperformance skizzieren wir folgendes Szenario:

welches auf schnelle Datenzugriffe und -übertragungen angewiesen ist. Andernorts werden solche Online-Transaktionsverarbeitungssysteme (OLTP) bspw. bei Finanzdienstleistern, Reservierungssystemen (z.B. von Fluggesellschaften oder Hotels) oder im E-Commerce eingesetzt. Ihnen allen ist gemein, dass eine schnelle und zuverlässige Datenverarbeitung eine entscheidende Rolle spielt.

Angenommen das CRM-System verwendet derzeit DDR4-Module mit einer Geschwindigkeit von 3200 Megatransfers pro Sekunde (MT/s) und benötigt durchschnittlich 10 Millisekunden (ms), um eine Anfrage zu bearbeiten. Durch die Aktualisierung des Systems auf DDR5-Module, die Geschwindigkeiten von bis zu 7200 MT/s leisten können, könnte die Bearbeitungszeit für die gleiche Anfrage auf etwa 5 ms reduziert werden (unter der Annahme, dass der Arbeitsspeicher der begrenzende Faktor ist). Dies würde eine um 50 % schnellere Bearbeitung von Anfragen bedeuten, was zu einer verbesserten Benutzererfahrung für Mitarbeiter:innen und Kund:innen führen kann.

Achtung! Es handelt sich hierbei um ein Beispiel zur besseren Darstellung der Leistungsunterschiede hinsichtlich der Geschwindigkeit. Es ist wichtig zu beachten, dass die tatsächlichen Leistungsunterschiede von vielen Faktoren abhängen, wie z.B. der Systemarchitektur, den spezifischen Anforderungen der Anwendung und den Netzwerkbedingungen. Insbesondere kann MHz allein keine Aussage über die tatsächliche Datenübertragungsrate machen, welche auch maßgeblich von der CPU abhängt. Dennoch zeigt es, dass eine erhöhte Geschwindigkeit von RAM-Modulen die Leistung und Reaktionsfähigkeit erheblich verbessern kann.

Kapazität

Der Einfluss höherer RAM-Kapazität spielt eine entscheidende Rolle auf die Gesamtleistung des Servers. Grundsätzlich lässt sich sagen, dass Server häufig mehrere Anwendungen gleichzeitig ausführen und gleichzeitig mehreren Benutzer:innen oder Kund:innen Ressourcen bereitstellen müssen. Eine höhere RAM-Kapazität ermöglicht es dem Server, mehr Anwendungen und Benutzeranfragen gleichzeitig effizient zu verarbeiten, ohne auf langsameren Festplattenspeicher zurückgreifen zu müssen, wobei auch für einzelne speicherintensive Anwendungen (wie z.B. bei Grafik- und Videobearbeitungsprogrammen) die Kapazität eine wesentliche Rolle bei der Leistungsverbesserung spielen kann.

Samsungs DDR5-Module bieten im Vergleich zu DDR4-Modulen eine deutlich höhere Kapazität. DDR4-Module sind in der Regel in Kapazitäten von 4 GB, 8 GB, 16 GB oder 32 GB erhältlich, während DDR5-Module Kapazitäten von 32 GB, 64 GB oder sogar bis zu 128 GB erreichen können.

Zur Veranschaulichung skizzieren wir ein weiteres Szenario, welches die Auswirkung der höheren Kapazitäten auf die Gesamtperformance verdeutlichen soll.

Wenn die Anwendungen auf dem Server zusammen mehr als 64 GB Arbeitsspeicher benötigen, um optimal zu funktionieren, kann das System an seine Grenzen stoßen und die Leistung kann beeinträchtigt werden. In solchen Fällen kann es zu langsameren Antwortzeiten und Verzögerungen kommen.

Durch die Erhöhung der Gesamtkapazität, bspw. mit einem DDR5 Modul mit 128 GB, verdoppelt sich die verfügbare Arbeitsspeicherkapazität. Datenintensive Anwendungen können so effizienter arbeiten und gleichzeitig im Arbeitsspeicher gehalten werden, ohne auf den langsameren Festplatten- oder SSD-Speicher ausweichen zu müssen. Dies kann dazu führen, dass die Anwendungen schneller reagieren und die Leistung insgesamt verbessert wird.

Es ist wichtig zu beachten, dass die tatsächlichen Leistungsverbesserungen von der spezifischen Systemkonfiguration und den Anforderungen der Anwendungen abhängen. Dennoch zeigt dieses Beispiel, wie die höhere Kapazität von DDR5-Modulen gegenüber DDR4-Modulen zur Verbesserung der Leistung von Systemen und Anwendungen beitragen kann.

Latenz

Die Latenz des Arbeitsspeichers ist die Zeit, die vergeht, bis der Speicher auf eine Anfrage reagiert. Latenz wird in der Regel in Nanosekunden (ns) oder als Anzahl von Speicherzyklen gemessen und beeinflusst die Zeit, die ein System benötigt, um auf Anfragen zu reagieren. Niedrigere Latenzen bedeuten eine schnellere Reaktion und eine bessere Performance.

Die Latenz von DDR5-Modulen hat sich im Vergleich zu DDR4-Modulen insofern verbessert, als dass DDR5-Module zwar ähnliche CAS-Latenzen (CL) aufweisen, die effektive Latenz jedoch aufgrund der höheren Taktfrequenzen von DDR5-Modulen verringert wird.

Latenz bezieht sich auf die Zeit, die es dauert, bis ein Speichermodul auf einen Befehl reagiert und Daten bereitstellt. Die effektive Latenz wird in Nanosekunden (ns) gemessen. Sie wird berechnet, indem die CAS-Latenz durch die Taktfrequenz des Moduls geteilt und dann mit 2.000 multipliziert wird. Also:

Latenz = (CL / Takt) * 2.000

DDR5-Module haben eine höhere Taktfrequenz als DDR4-Module, was bedeutet, dass sie mehr Befehle pro Sekunde verarbeiten können. Obwohl die CAS-Latenz von DDR5 möglicherweise ähnlich oder sogar etwas höher ist als bei DDR4, führt die höhere Taktfrequenz insgesamt zu einer niedrigeren effektiven Latenz.

Banbreite

Obwohl Geschwindigkeit und Bandbreite nicht genau dasselbe sind, sind sie eng miteinander verknüpft, da eine höhere Geschwindigkeit normalerweise zu einer höheren Bandbreite führt.

Die Bandbreite bezieht sich auf die Menge an Daten, die pro Sekunde übertragen werden können. Sie wird oft in Gigabyte pro Sekunde (GB/s) gemessen. Die Bandbreite eines Speichermoduls hängt von seiner Geschwindigkeit und der Breite des Datenbusses ab. Eine höhere Bandbreite bedeutet, dass mehr Daten gleichzeitig übertragen werden können, was die Leistung verbessert, insbesondere bei datenintensiven Anwendungen.

Während DDR4-Module in der Regel Geschwindigkeiten von bis zu 3200 MT/s (Megatransfers pro Sekunde) erreichen können, bieten DDR5-Module Geschwindigkeiten von bis zu 6400 MT/s oder sogar höher (bis zu 8400 MT/s in einigen Fällen). Dies entspricht einer Verdoppelung oder mehr der Speicherbandbreite im Vergleich zu DDR4-Modulen.

Die Verbesserung der Bandbreite bei DDR5-Modulen gegenüber DDR4-Modulen bringt einige konkrete Vorteile mit sich:

  • Schnellere Datenübertragung: Durch die höhere Bandbreite können DDR5-Module größere Datenmengen schneller verarbeiten und übertragen, was die Leistung, insbesondere bei datenintensiven Anwendungen wie Datenbanken, Videobearbeitung oder wissenschaftlichen Simulationen, verbessert.
  • Verbesserte Systemleistung: Die höhere Bandbreite von DDR5-Modulen ermöglicht eine bessere Leistung bei Multitasking und paralleler Verarbeitung, sodass mehrere Anwendungen und Prozesse gleichzeitig effizienter ausgeführt werden können.
  • Skalierbarkeit: Die höhere Bandbreite von DDR5-Speichermodulen ermöglicht es, dass Systeme mit wachsenden Anforderungen besser skalieren können. Dies ist besonders wichtig in Servern, Rechenzentren und bei High-Performance-Computing, wo die Datenmengen und Verarbeitungsanforderungen ständig zunehmen.
  • Energieeffizienz: Trotz der höheren Bandbreite sind DDR5-Module in der Regel energieeffizienter als DDR4-Module, da sie bei einer niedrigeren Spannung betrieben werden können. Diese Energieeinsparungen können in Servern und Rechenzentren zu einer signifikanten Reduzierung des Energieverbrauchs und der Betriebskosten führen, worauf wir im nächsten Abschnitt gesondert eingehen.

Energieeffizienz

Nicht erst seit der Energiekrise ist die Energieeffizienz von RAM-Modulen für Serveranwendungen von besonderer Wichtigkeit. Server laufen häufig rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr und nutzen dabei meist große Mengen an Speicher. Höhere Energieeffizienz führt zu geringeren Betriebskosten und reduziert die Wärmeentwicklung, was wiederum die Kühlungsanforderungen verringert. Die Energieeffizienz von Samsung DDR5-Modulen hat sich im Vergleich zu den Vorgänger-Generationen erneut verbessert: Eine niedrigere Betriebsspannung (DDR5: 1,1 V; DDR4: 1,2 V; DDR3: 1,5 V), verbesserte Energieverwaltung und verbesserte On-Die Termination führen insg. zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs und damit einhergehend zu einer Reduktion der CO2-Emissionen.

Sicherheit

Unter Sicherheit fassen wir im Folgenden Aspekte zusammen, die einerseits einen stabilen Betrieb mit großen Mengen an Speicher begünstigen und andererseits die Datensicherheit verbessern.

RDIMM

RDIMMs (Registered Dual Inline Memory Module) verfügen (im Unterschied zu UDIMMs & SODIMMs) über einen Register-Chip, der als Puffer zwischen dem Speichercontroller und den Speicherchips dient. Dieser Register-Chip reduziert die Belastung des Speichercontrollers, indem er die elektrischen Signale filtert und stabilisiert, bevor sie zu den Speicherchips gelangen. Diese Stabilisierung ermöglicht es, dass mehr Speichermodule in einem System verwendet werden können und erhöht gleichzeitig die Zuverlässigkeit und Leistung des Speichers.

Insgesamt ermöglichen buffered Speicher wie RDIMMs eine stabilere und zuverlässigere Speicherkommunikation in Systemen mit hohen Speicherkapazitäten oder komplexen Signalwegen, während unbuffered Speicher wie UDIMMs und SODIMMs in der Regel eine geringfügig schnellere Signalverarbeitung bieten, jedoch möglicherweise anfälliger für Signalstörungen sind.

ECC (Samsung ODECC)

ECC steht für "Error Correcting Code" (auf Deutsch: Fehlerkorrekturcode). Es handelt sich um eine Technologie, die in bestimmten RAM-Modulen, wie zum Beispiel ECC RDIMM (Registered Dual In-line Memory Module), verwendet wird. In einfachen Worten ermöglicht ECC die automatische Erkennung und Korrektur von Fehlern, die während des Datentransfers im RAM auftreten können. Diese Fehler können zum Beispiel durch elektromagnetische Interferenzen oder andere Störungen entstehen. Wenn solche Fehler nicht korrigiert werden, können sie in manchen Fällen zu Systemabstürzen oder Datenverlust führen.

Für den durchschnittlichen Heimanwender ist ECC-RAM in der Regel nicht erforderlich, da die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, die zu schwerwiegenden Problemen führen, relativ gering ist. Server in Datenzentren oder kritischen Systemen erfordern hingegen eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität, da bei einigen Anwendungen ein kleiner Fehler große Auswirkungen haben und sogar zu kostspieligen Ausfällen führen kann.

Durch den Einsatz von ECC-RAM wird das Risiko solcher Probleme minimiert, da es eine zusätzliche Sicherheitsebene bietet.

ODECC steht für "On-Die Error Correcting Code" und ist eine von Samsung entwickelte Technologie zur Fehlerkorrektur in Speichermodulen. Im Gegensatz zur herkömmlichen ECC-Technologie, bei der die Fehlerkorrektur von einem separaten Chip auf dem Speichermodul durchgeführt wird, findet die Fehlerkorrektur bei ODECC direkt auf dem Speicherchip (auch als "Die" bezeichnet) statt.

Mehr Informationen zu Samsung ODECC:

  • Samsung ODECC ist direkt in den Speicherchip integriert, wodurch die Fehlerkorrektur auf einem tieferen Level stattfindet. Außerdem wird weniger Latenz und bessere Leistung möglich.
  • Effizienz: Da ODECC direkt auf dem Die arbeitet, kann es schneller und effizienter auf Fehler reagieren und diese korrigieren. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Speichermoduls insgesamt verbessert werden.
  • Platzersparnis: Dadurch, dass die Fehlerkorrektur direkt auf dem Die stattfindet, entfällt die Notwendigkeit für zusätzliche Chips auf dem Modul, was zu einer Platzersparnis auf der Leiterplatte führt. Dies kann zu kompakteren Modulen oder einer höheren Speicherdichte auf dem Modul beitragen.
  • Zuverlässigkeit: Durch die Integration von ODECC in den Speicherchip selbst können Fehler schneller erkannt und korrigiert werden. Dies kann zu einer höheren Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Speichermoduls führen.

Insgesamt ist ODECC eine Weiterentwicklung der herkömmlichen ECC-Technologie. Sie zielt auf die Integration der Fehlerkorrektur direkt auf dem Speicherchip ab. Dadurch können Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert werden, während gleichzeitig Platz auf der Leiterplatte eingespart wird.

Fazit

Von Consumer- und Industrial-RAM unterscheiden den Server-RAM vor allem die Anforderungen an Performance und Sicherheit.

  • Performance wird zum Beispiel durch höhere Geschwindigkeit und Bandbreite sowie niedrigere Latenzen erreicht.
  • Sicherheit wird vor allem durch die Verwendung von RDIMM-Speichermodulen und der Technologie Error Correcting Code (ECC) – meist in Kombination miteinander – erreicht.

So werden Anwendungsfelder wie das Cloud-Computing, Virtualisierung oder auch High-Performance Computing mit den ihren Anforderungen entsprechenden RAMs versorgt.

Es sind noch Fragen offen geblieben? Dann kontaktieren Sie jederzeit gerne unsere Expert:innen. Sie helfen Ihnen gerne, den besten RAM für die Anforderungen Ihres Servers zu finden.

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