Hvað er ECC minni?

Sumt vinnsluminni, eða Random-Access minni, er auglýst sem ECC minni. ECC stendur fyrir Error Correcting Code og er ferli til að bera kennsl á og leiðrétta villur í minni. Villur í vinnsluminni geta valdið skemmdum eða breytingum á gögnum, sem getur leitt til hruns á tækjum og jafnvel öryggisgalla. ECC vinnsluminni er venjulega ekki samhæft við tölvubúnað fyrir neytendur.

Hvað eru minnisvillur?

Minnisvillur eru vandamál þar sem gildinu sem er geymt í minni er breytt. Gögn í vinnsluminni eru geymd í tvöfaldri, með gildunum 1 eða 0. Ef gildi 1 er skipt yfir í 0 eða öfugt, í ferli sem kallast „bit-flipping“, breytast gögnin sem eru geymd í vinnsluminni.

Til dæmis gæti breytt bitinn verið notaður til að geyma gildi í töflureikni. Í þessu tilviki gæti gildinu í töflureikninum verið breytt í allt aðra tölu sem myndi hafa áhrif á niðurstöðuna fyrir útreikninga, til dæmis að breyta hagspám fyrirtækja. Í öðrum tilvikum gæti breytti bitinn gert öryggiseiginleika óvirka eða búið til innsláttarvillu sem breytir því hvernig forrit er keyrt. Þessi tvö dæmi eru afar erfitt að greina og leysa án þess að nota ECC minni. Í öfgakenndum atburðarás gæti einum bita sem er snúið við valdið skelfilegri villu sem veldur kerfishrun.

Bit-flipping hefur margar hugsanlegar orsakir, algengasta orsökin er afleiðing bakgrunnsgeislunar, fyrst og fremst af völdum nifteinda sem myndast við geimgeislaviðburði. Geimgeisli er háorkuögn, venjulega róteind, sem ferðast á næstum ljóshraða. Þeir eru sendir frá sér frá stjörnulíkamum, þar á meðal sólinni og öðrum háorkustjörnufræðilegum fyrirbærum. Þegar geimgeisli lendir á atómi myndast sturta af nifteindum og aðrar undiratómaagnir, þessar nifteindir halda síðan áfram að hafa aukaverkun.

Þessar aukanifteindavíxlverkanir eru taldar vera aðal uppspretta bita-flipping-villna. Geimgeislar eru algengari í meiri hæð með 3,5x aukningu í 1,5 km hæð yfir sjávarmáli og 300x aukningu í farflugshæð farflugvéla. Þessi aukna hætta í hæð krefst auka áreiðanleikaráðstafana.

Hversu algengar eru minnisvillur?

Flestir sjá ekki tölvurnar sínar hrynja á hverjum degi, svo það væri auðvelt að halda að þetta sé fyrst og fremst fræðileg hætta. Rannsóknir frá ofmetra gagnaverum hafa verið notaðar til að greina hlutfall bita-flipping atvika. Rannsóknir sem Google hefur framkvæmt í gagnaverum sínum hefur sýnt villuhlutfall um það bil 1 stakbita villu á hvert gígabæt af vinnsluminni á 1,8 klukkustunda fresti.

Cassini-Huygens verkefni Nasa sem hófst árið 1997 til að ferðast til Satúrnusar var stillt með tveimur eins flugtölvum hver með 2,5 Gb af vinnsluminni. Fyrstu tvö og hálft ár ferðar sinnar sá geimfarið stöðugar 280 einsbita villur á dag. Á einum degi, þegar Cassini-Huygens var á vegi sólblossa, sást fjórföld aukning á bitaskekkjum, sem gefur frekari vísbendingar um að sólin sé orsök flestra bita-flöktunarvandamála.

Það voru áhyggjur af því að áframhaldandi aukning á þéttleika vinnsluminniseininga myndi leiða til þess að síðari útgáfur af vinnsluminni yrðu meira og viðkvæmari fyrir bitaflippum. Nýlegri rannsóknir hafa sýnt að hið gagnstæða er í rauninni þar sem villum hefur fækkað eftir því sem ferlið hefur minnkað.

Hvernig verndar ECC minni gegn villum?

ECC minni notar villuleiðréttingarkóða, eins og Hamming kóða, til að leiðrétta einsbita villur í vinnsluminni. Hægt er að greina tvíbita villur en ekki leiðrétta þær. Hamming villuleiðréttingarkóðar virka með því að nota fjölda jöfnunarbita. Saman er hægt að nota þessa jöfnunarbita til að greina hvort gagnabitar hafi breyst. Ef hlutur er auðkenndur sem flippaður er honum breytt sjálfkrafa til baka.

Ábending: Einbita villa er bita-flipping atvik þegar aðeins einum bita er snúið við. Í double0bit villum er tveimur bitum snúið við. Ekki þarf að fletta tveimur bitunum í sama atvikinu, seinni bitaflippið þarf aðeins að gerast áður en fyrsti flippaða bitinn er leiðréttur.

Einn jöfnunarbiti meira en krafist er er innifalinn í Hamming villuleiðréttingarkóðum. Þessi auka jöfnunarbiti gefur kóðanum getu til að greina tilvik tvíbita villna, hins vegar er ekki hægt að leiðrétta þessar villur.

Ferlið við að framkvæma villugreiningu og leiðréttingu er framkvæmt á minnisstýringunni um borð í vinnsluminni.

Aðgengi og stuðningur neytenda

Flest tölvuvélbúnaður fyrir neytendur styður ekki ECC minni. Þetta er að hluta til sem aðferð til að aðgreina vélbúnað miðlara með tilbúnum hætti frá vélbúnaði neytenda. ECC vinnsluminni kostar hins vegar meira og keyrir aðeins hægar. Að auki er aukinn stöðugleiki sem það myndi veita neytendum heima í lágmarki þar sem bitaflippvillur eru ekki aðalorsök kerfishruns.

Enginn af örgjörvum Intel fyrir neytendur og áhugamenn styður ECC minni, aðeins örgjörvar á miðlarastigi, eins og Xeon svið örgjörvar gera. AMD örgjörvar af neytendaflokki styðja ekki ECC, hins vegar styðja vinnustöðvar þeirra og miðlaraflokkar, Threadripper og EPYC, ECC minni.