Flash-Speichermodul Was ist ein NVDIMM-F?

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Ein NVDIMM-F ist ein mit nichtflüchtigem Flash-Speicher bestücktes Speichermodul im klassischen DIMM-Format. Es wird wie Arbeitsspeicher über den Memory-Bus angebunden, jedoch nicht als klassischer Arbeitsspeicher genutzt. NVDIMM-F unterstützt keine byteadressierten, sondern nur blockweise Zugriffe. Im Fall eines Systemabsturzes oder Stromausfalls bleiben die Inhalte des NVDIMM-F-Speichers erhalten. Typische Einsatzbereiche sind beispielsweise Datenbanken und datenintensive Workloads.

Ein NVDIMM-F zählt wie ein NVDIMM-N oder ein NVDIMM-P zur Klasse der von der JEDEC spezifizierten NVDIMM-Speicher. Das Kürzel NVDIMM steht für „Non-Volatile Dual In-line Memory Module“. Bei NVDIMM-F handelt es sich um ein Speichermodul im klassischen DIMM-Format, das wie herkömmlicher Arbeitsspeicher über den Memory-Bus angebunden ist, jedoch nicht wie klassischer Arbeitsspeicher genutzt wird. Auf dem Speichermodul befindet sich nichtflüchtiger NAND-Flash-Speicher, der die Daten persistent speichert. Das Speichermodul verhält sich nichtflüchtig und verliert seine Daten auch nach Stromausfällen oder Systemabstürzen nicht. Auf den Flash-Speicher kann nicht wie bei DRAM byteadressiert, sondern nur blockweise wie bei einer SSD zugegriffen werden.

Im Vergleich zu einem NVDIMM-N, das DRAM und Flash-Speicher auf einem einzigen Speichermodul miteinander kombiniert, ist NVDIMM-F langsamer, kann aber größere Kapazitäten bereitstellen. NVDIMM-F kann als eine Art Zwischentechnologie zwischen universellem, nichtflüchtigem Arbeitsspeicher (Persistent Memory) und ultraschnellem Storage verstanden werden. Um ein NVDIMM-F in einem Rechner zu nutzen, ist eine explizite Unterstützung durch die Firmware (UEFI/BIOS) und das Betriebssystem notwendig.

Prinzipielle Funktionsweise eines NVDIMM-F

Ein NVDIMM-F funktioniert prinzipiell wie eine SSD, die physikalisch über den DIMM-Slot direkt am Memory-Bus (DDR-Speicherbus) angeschlossen ist. Das Speichermodul wird von der CPU über den Memory-Controller und nicht über einen I/O-Bus wie über PCIe oder SATA angesprochen. Das Modul selbst besteht aus NAND-Flash-Speicherchips und einem Controller, über den die Ansteuerung über den DDR-Speicherbus erfolgt.

Der Rechner adressiert das NVDIMM-F nicht byteweise wie RAM, sondern in Blöcken wie bei einer SSD. Der interne Controller übernimmt die Flash-typischen Aufgaben wie Wear-Leveling, Fehlerkorrektur oder die Verwaltung der Speicherblöcke. Da NAND-Flash von Natur aus nichtflüchtig ist, gehen bei einem Systemabsturz oder Stromausfall keine Daten verloren. Es sind daher keine internen Sicherungs- und Wiederherstellungsprozesse wie bei NVDIMM-N notwendig.

Vom Betriebssystem kann NVDIMM-F herstellerabhängig als Blockgerät oder als memory-mapped Storage, das intern blockbasiert arbeitet, eingebunden werden. DRAM des Rechners lässt sich als Cache zur Beschleunigung von Ein- und Ausgabevorgängen nutzen, kann aber eine hundertprozentige Persistenz verhindern, sofern Flash-Schreibvorgänge noch nicht vollständig abgeschlossen sind.

Typische Einsatzbereiche von NVDIMM-F

NVDIMM-F ist prädestiniert für Einsatzbereiche, bei denen hohe I/O-Performance mit Persistenz kombiniert werden muss. Der Speichertyp lässt sich sowohl für extrem schnellen Festspeicher in Servern als auch als persistenter Cache-Speicher verwenden. Typische Einsatzbereiche sind beispielsweise:

• Datenbanken und datenintensive Workloads,

• High-Performance-Computing und Big-Data-Workloads,

• Storage-Caching und Tiering,

• Enterprise-Server mit hohem Storage-Durchsatz.

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