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Hybrider Arbeitsspeicher Was ist ein Non-Volatile Dual In-line Memory Module (NVDIMM)?

Von Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber 2 min Lesedauer

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Ein Non-Volatile Dual In-line Memory Module ist ein Arbeitsspeichermodul, das die Geschwindigkeit von DRAM mit der Datenpersistenz von nichtflüchtigem Speicher kombiniert. Bei einem Stromausfall bleiben die Daten im Arbeitsspeicher erhalten. NVDIMM nutzt Standard-DIMM-Steckplätze und wird über die DDR-Schnittstelle vom Rechner angesprochen und adressiert.

NVDIMM soll die Leistungslücke zwischen flüchtigem Arbeitsspeicher und langsamerem Langzeitspeicher schließen.(Bild: Midjourney / KI-generiert)
NVDIMM soll die Leistungslücke zwischen flüchtigem Arbeitsspeicher und langsamerem Langzeitspeicher schließen.
(Bild: Midjourney / KI-generiert)

NVDIMM ist die Abkürzung für Non-Volatile Dual In-line Memory Module. Es handelt sich dabei um einen speziellen Typ von Arbeitsspeicher mit hybriden Speichereigenschaften, der die Leistungslücke zwischen flüchtigem Arbeitsspeicher und langsamerem Langzeitspeicher schließen soll. NVDIMM kombiniert die Geschwindigkeit von DRAM mit der Datenpersistenz von nichtflüchtigem Speicher wie Flash-Speicher. Die NVDIMMs arbeiten mit der Geschwindigkeit des Speicherbusses, was sie deutlich schneller als SSDs macht. Der Speicher behält seine Informationen auch ohne Versorgungsspannung, beispielsweise bei einem Stromausfall oder einem unerwarteten Neustart.

NVDIMMs nutzen den Standard-DIMM-Formfaktor und die DIMM-Steckplätze. Sie werden über die DDR-Schnittstelle (DDR4/DDR5) vom Rechner angesprochen und adressiert. Das Motherboard und die BIOS- beziehungsweise die UEFI-Firmware müssen für die Erkennung und Nutzung von NVDIMM angepasst und vorbereitet sein. Windows unterstützt NVDIMM-N (Storage-Class-Memory) ab Windows Server 2016 und Windows 10 (Version 1607). Im Linux-Kernel ist offizielle NVDIMM-Unterstützung seit Kernelversion 4.0 vorhanden.

Typische Einsatzbereiche von NVDIMM sind hochverfügbare Enterprise-Server, Hochleistungs-In-Memory-Datenbanken oder High-Performance-Computing und High-Performance-Speicherlösungen.

Aufbau und Funktionsweise der verschiedenen Arten von NVDIMM

NVDIMM gibt es in verschiedenen Arten. Sie unterscheiden sich in Aufbau, Funktionsweise und Eigenschaften. Die beiden bekanntesten Arten sind NVDIMM-N und NVDIMM-F.

NVDIMM-N besteht aus DRAM und Flash-Speicher. Der Rechner arbeitet mit dem DRAM des NVDIMM wie mit normalem Arbeitsspeicher. Bei einem Spannungsausfall wird der Inhalt des DRAM-Speichers automatisch in den nichtflüchtigen Flash-Speicher übertragen. Dafür verfügt das Speichermodul über eine Batterie, die den Spannungsabfall abpuffert, und eine Funktion, die den Backup-Prozess auslöst. Ist die reguläre Energieversorgung wieder vorhanden, lassen sich die Daten aus dem Flash-Speicher in den DRAM zurückkopieren. Der Rechner hat Zugriff auf die gleichen Arbeitsspeicherdaten wie vor dem Spannungsausfall und kann mit diesen weiterarbeiten.

NVDIMM-F besteht vollständig aus NAND-Flash-Speicher. Dieser verfügt über einen Memory- und einen Storage-Modus. Im Memory-Modus arbeitet er wie RAM als Byte-adressierbarer Speicher, im Storage-Modus verhält er sich ähnlich wie SSDs und greift im Blockformat auf die Daten zu. NVDIMM-F präsentiert sich gegenüber dem Rechner wie RAM, arbeitet im Hintergrund aber als blockorientiertes, nichtflüchtiges Speichermedium. NVDIMM-F hat im Vergleich zu NVDIMM-N eine niedrigere Performance, kann aber größere Kapazitäten bereitstellen.

Neben NVDIMM-N und NVDIMM-F gibt beziehungsweise gab es noch weitere NVDIMM-Arten wie NVDIMM-P oder das vom Unternehmen Xitore entwickelte NVDIMM-X.

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