2006年5月4日，JEDEC正式发布最终敲定的FB-DIMM规格标准，FB-DIMM是由Intel提出的一项新内存架构，用意在于提升服务器及高阶工作站的内存效能，同时也扩增内存的容量潜能。FB-DIMM（Full Buffered Dual In Line Memory Module，有时也写成FBDIMM）与现有的内存架构相较到底有何承袭与革新？本文以下将对此更深入解析。

《图一 FB-DIMM依然使用今日主流的DDR2 SDRAM内存颗粒》

传统架构的效能、容量皆已受限

长久以来内存一直倚赖两种手法来提升效能，一是加宽数据传输的并行度，另一是加快数据传输的频率速度，不断加宽的结果是内存模块（DIMM）的接脚数愈来愈多，从过去的FPM/EDO RAM 72pin、SDR SDRAM 168pin、DDR SDRAM 184pin，到今日DDR2 SDRAM的240pin，然而主板的电路布局面积有限，难以再用拓宽线路数的方式来提升效能，虽然可以用增加电路板层数的方式来因应，但成本也会大增。

更具体而言，今日一个内存信道（Channel）的宽度为64bit，在并行线路数的限制下，一般的运算系统多只能有两个信道，即是128bit，难以再更宽，更宽多半要付出极高的代价，同时线路数愈多也就愈难掌控并行传输的时序准确性，使得实际布线设计变的困难，过往就经常要用蛇绕方式的布线来求取并列时序的同步[1]。

另一个问题是频率，透过并列同步频率的提升以达成加速的目标会带来副作用，即是愈高速愈会使传输线路的长度受限，这同样会造成电路布线设计时的难度，连带的也会使每信道的连接模块数受到约束，过去一个信道允许连接四条模块，之后降成两条模块，若方式不变未来一个信道仅能连接一个模块，这并非不可能，看看ATA硬盘接口，更高速的SATA仅允许一个信道连接一个ATA装置（硬盘），而过去较慢速的PATA则仍允许一个信道连接两个ATA装置。

即便模块数可以增加，然现有内存架构的连接拓朴（Topology）属Stub-bus作法，即是同一时间、同一信道内只能有一个DIMM进行传输，其余的DIMM都必须闲置等候，如此传输效率依然卡在信道数、数据宽度的环节，难以改变。

信道数受限、模块数受限，自然内存的扩充容量也会受限，倘若情形不改变，就只能倚赖内存颗粒（芯片）的容量密度提升，然这就得倚赖半导体制程技术的精进才行（如从90nm进步至65nm）。

很明显的，传统内存架构已至多方窘困：效能、容量、线路数、频率速、信道数、模块数、同步设计难度、电路面积成本等。

《图二 FB-DIMM主要是在既有的DIMM模块上加装一颗转化功用的AMB芯片》

FB-DIMM的沿袭与变革

接着来看FB-DIMM的作法，FB-DIMM其实只改变内存的连接架构与传输方式，在内存颗粒方面仍是用今日常见的DDR2 SDRAM，但是在每个DIMM模块上追加一颗先进内存缓冲（Advanced Memory Buffer；AMB）芯片，所有在DIMM上头的DDR2 SDRAM颗粒都与AMB芯片相连，再由AMB芯片与主板相连，不再是过去让每颗DDR2 SDRAM颗粒自行与主板相连，简单说即是一律透过AMB来转换、转接。

至于如何转换转接呢？AMB将原有DDR2 DIMM的64bit并列数据传输转换成24bit的串行传输，过去64bit并列传输是使用统一的传输频率，且64bit在单一时间内只能在读取「或」写入，不能让读取与写入同时发生，而AMB转换后变成14bit读取与10bit写入，且在串行传输中夹带频率讯号（类似PCIe的8b10b法），各bit的传输时序不用整齐一致（即指同步），没有过去并列传输常要担忧的串音干扰，并允许各bit尽其所能的加快传输。

此外，DDR2 SDRAM使用的单端式（Single End）传输，逻辑定义来自绝对性的电压准位，如LVTTL、SSTL、HSTL等，难以长距离传输，如今AMB将单端传输转换成差动式（Differential）传输，以一对传输线路间的相对电压差作为逻辑定义，因此可长距、高速传输，也因此FB-DIMM的每信道可串接八个DIMM，不似现有传统架构仅能两个DIMM。

从64bit同步并列改成24bit异步串行后，FB-DIMM的线路数也获得大幅缩减，过去要用240pin与内存控制器（即北桥芯片）相连，如今只需用69pin相连，如此布线设计更容易（线路减少，不用时序同步），电路面积、层数等制造成本也可缩减。

进一步地说，每个FB-DIMM上的AMB芯片会相互串接，且如前所述可在单一信道内串接八条DIMM，即是串接八颗AMB，八颗AMB相互间以点对点（Point-to-Point）的方式连接，因此两点间可高速交换传递信息，逐颗串接后会形成一个链（Chain）状连接，每个信道中只有第一颗AMB芯片会与内存控制器连接，其余都是相互串接，串接的结果变成每颗AMB（DIMM）随时都可以传输，不似传统Stub-bus架构同时间只能有一条DIMM传输，明显的FB-DIMM/AMB作法较不易产生传输瓶颈，进而增加整体传输率。

附带一提的是，串接的部分包含14pin的读取与10pin的写入，每个bit用一对差动线路构成，在专业用语上称为传输巷（Lane），而14pin的串接称为北面（Northbound），10bit写入称为南面（Southbound）。

此外，为何要称为Full Buffered，因为过去SDR SDRAM时代就用过Buffer技术，但只用在地址线路与控制线路，未用在数据线路，属于部分性的Buffer运用，运用Buffer缓冲可提升信号的发散（Fan Out；扇出）驱动力，这在过去单一DIMM上的颗粒过多时必须使用。如今FB-DIMM则是各颗粒的所有运作信号都要进行Buffered，所以称为Full Buffered。

之后，由于并列宽度与速度都提升，Buffer没有并列传输的同步机制，容易使传输失误，所以改成有同步机制的Registered作法，即是今日所称的Registered SDRAM，然预计Full Buffered作法将在二、三年内取代Registered。至于为何不在DIMM上也用Registered？因为各bit的传输已内含自用的频率（称为Self-Clocking），各bit不用时序同步，所以不需要。

而AMB的转换也将侦错、更错机制进行改变，由过去的ECC（Error Correcting Code）换成CRC（Cyclical Redundancy Check），使侦错、更错能力获得提升。

《图三 FB-DIMM的架构可连接六个Channel》

计算FB-DIMM的提升效益

改采FB-DIMM架构后真的可以加速与容量拓增吗？对此一样以机制原理来解释。

以现有DDR2 800而言，使用200MHz频率可得到800Mbps传输率，乘以64bit可得51.2Gbps，除以8则成6.4GB/Sec。

同样的频率频率用于FB-DIMM，则每个bit能有4.8Gbps，乘以24bit可得115.2Gbps，除以8为14.4GB/Sec，如此在同样的单一信道、同样的传输频率下，FB-DIMM的14.4GB/Sec远胜传统的6.4GB/Sec。

而且如前所述，FB-DIMM仅有69pin与内存控制器相连，远少于现今的240pin，这意味着：取消一个传统信道的设置，可以改设置三个FB-DIMM信道，且使用线路、占用面积依然少于传统信道（69pinx3＜240pin），串接方式也比Stub-bus更省电路面积。

如此，原本可以设置两个传统信道的电路板，可以改设置成六个FB-DIMM信道，六个信道同时启用，则最高传输率可达86.4GB/Sec。

不过，86.4GB/Sec只是理想值，重点依旧在内存颗粒上，FB-DIMM仍是使用DDR2颗粒，DDR2颗粒并行传输若只能达6.4GB/Sec，那么六个信道同时启用也只能获得38.4GB/Sec，此一瓶颈与硬盘的内外部传输率相类似，FB-DIMM的极致传输值如同硬盘外部的接口传输率，DDR2颗粒的传输率如同硬盘内部的磁头感应速率，真正的整体效能取决于内部、外部居次，外部更快速只是预留带宽，以待日后内部传输率提升时仍可因应，使外部不至成为整体传输的碍阻。

如此，FB-DIMM将DIMM数从二增至八，Channel数从二增至六，使FB-DIMM架构的最高DIMM数达四十八条，相对的传统架构仅四条，差异为二十四倍[2]。

《图四 FB-DIMM运作原理》

更多的益处

FB-DIMM除了能提升传输、拓增容量，其实还带来更多传统架构时所较难实现的好处：

《图五 图左为一个DDR2 Registered DIMM信道的布线图，图右则为二个FB-DIMM信道的布线图》

FB-DIMM也有隐忧、威胁

乍听之下FB-DIMM的一切表现都超越传统，然事实真如此吗？事实上FB-DIMM也有其隐忧，以下也逐一讨论：

●高速的AMB芯片功耗相当高，就一般而言，过去的DDR DIMM约5.4W，DDR2 DIMM因颗粒制程的进步而降至约4.4W，然使用DDR2颗粒的FB-DIMM却增至10.4W（因为加了AMB芯片），这在讲究营运成本精省的今天是一大致命伤，同时更高的功耗也使散热更困难，多条密排的DIMM将不易设计散热，如此不易运用在刀锋服务器或超薄服务器等散热空间有限的系统上，例如Sun在评估过FB-DIMM后就透露出可能放弃在薄型或省电型的服务器中使用。

●在DIMM上追加AMB芯片也使DIMM模块上的电路复杂度增加，这对DIMM模块的制造商而言也有些挑战要克服。

●老实说FB-DIMM的原理与Rambus的RDRAM相近，主要差别只在FB-DIMM是以兼容现有DRAM颗粒的方式来实现，以此规避技术专利，但就成本与简化性而言，反而是RDRAM较有利。

●Rambus已在推行比RDRAM更先进的XDR RAM及XDR2 RAM，XDR RAM是RDRAM的进化，将地址线、控制线分立出来，如此传输的延迟性（Latency）可低于RDRAM，且将用在Sony的新一代电视游乐器：PlayStation 3（PS3）上，FB-DIMM面对RDRAM已居弱位，如今就更难面对XDR RAM，唯FB-DIMM是JEDEC国际标准，此点胜过RDRAM、XDR RAM的独家业者授权。

《图六 XDR RAM技术示意图》

支持业者与展望未来

最后，除了Intel发起外，Dell、HP等系统大厂都已表态支持FB-DIMM，DIMM模块业者如A-DATA、Apacer、Crucial、Kingston、SMART Modular Technologies也都支持，内存颗粒业者也是全面投入AMB的研发及量产，如Samsung、Micron、Hynix、NEC/Elpida、Infineon等，就连IDT也投入AMB芯片的战局，同时各大厂也将持续提升FB-DIMM的传输率，预计将既有每Lane的4.8Gbps提升至6.4Gbps，甚至上看9.6Gbps。

延伸阅读

最后，除了Intel发起外，Dell、HP等系统大厂都已表态支持FB-DIMM，DIMM模块业者如A-DATA、Apacer、Crucial、Kingston、SMART Modular Technologies也都支持，内存颗粒业者也是全面投入AMB的研发及量产，如Samsung、Micron、Hynix、NEC/Elpida、Infineon等，就连IDT也投入AMB芯片的战局，同时各大厂也将持续提升FB-DIMM的传输率，预计将既有每Lane的4.8Gbps提升至6.4Gbps，甚至上看9.6Gbps。相关介绍请见「XDR是RAMBUS的新一代RDRAM内存，其中XDR代表eXtreme Data Rate DRA的缩写。因为XDR采用Octal Data Rate八倍速传输，在一个时钟循环中传送八个Bit的数据，因此实际频率仅仅是400MHz的XDR等效于3.2GHZ的SDRAM内存。」一文。 XDR是RAMBUS的新一代RDRAM内存，其中XDR代表eXtreme Data Rate DRA的缩写。因为XDR采用Octal Data Rate八倍速传输，在一个时钟循环中传送八个Bit的数据，因此实际频率仅仅是400MHz的XDR等效于3.2GHZ的SDRAM内存。你可在「稍早之前，一场FB-DIMM内存模块插拔测试大会悄悄在台湾登场，这次大会并未对外公开，而是由主办厂商英特尔（Intel）邀请内存模块、系统厂、量测工具供货商等业者进行技术交流与互操作性测试，主要目的是为了推动英特尔为服务器平台规划的全新内存规格－FB-DIMM。」一文中得到进一步的介绍。 FB-DIMM重塑服务器内存产业生态在「所谓的奈米技术是一项重大变革吗？答案是「不尽然」，对微机电（MEMS）发展或其他类型的奈米技术而言或许是个大跃进，但就半导体制程而言则属渐进达成，从0.13um（130nm）制程微缩到90nm制程，就可以说是进入奈米技术时代，同样的从90nm微缩至65nm，乃至于在数年后预计问世的45nm，甚至是32nm，都属于奈米技术层次与技术时代。」一文为你做了相关的评析。

市场动态

奈米级半导体制程之多向性挑战相关介绍请见「IDT宣布，采用IDT与Intel生产之先进内存缓冲器（AMB）的全缓冲双列直插式内存模块（FB-DIMM）之间可以互通，有了这项互通之后，内存模块、服务器与工作站的设计工程师可放心选择FB-DIMM平台，而系统仍保持弹性，可随带宽需求增加而升级。」一文。 IDT宣布，采用IDT与Intel生产之先进内存缓冲器（AMB）的全缓冲双列直插式内存模块（FB-DIMM）之间可以互通，有了这项互通之后，内存模块、服务器与工作站的设计工程师可放心选择FB-DIMM平台，而系统仍保持弹性，可随带宽需求增加而升级。你可在「Elpida发表容量达4GB的FB-DIMM（Fully Buffered Dual In-Line Memory Modules）内存模块，其产品编号分别为EBE41FE4AAHA-5C-E和EBE41FE4AAHA-6E-E。新组件支持最达到32GB容量的八个插槽服务器应用平台。」一文中得到进一步的介绍。 Elpida的4GB FB-DIMM内存模块有助提升系统散热性能在「Elpida的4GB FB-DIMM内存模块有助提升系统散热性能」一文为你做了相关的评析。