Bộ nhớ ECC là gì?

Một số RAM, hoặc bộ nhớ Truy cập Ngẫu nhiên, được quảng cáo là bộ nhớ ECC. ECC là viết tắt của Error Correcting Code và là một quá trình xác định và sửa lỗi trong bộ nhớ. Lỗi RAM có thể gây hỏng hoặc thay đổi dữ liệu, có thể dẫn đến treo thiết bị và thậm chí là lỗ hổng bảo mật. RAM ECC thường không tương thích với phần cứng PC tiêu dùng.

Lỗi bộ nhớ là gì?

Lỗi bộ nhớ là một vấn đề trong đó giá trị được lưu trữ trong bộ nhớ bị thay đổi. Dữ liệu trong RAM được lưu trữ dưới dạng nhị phân, với các giá trị 1 hoặc 0. Nếu giá trị của 1 được chuyển sang 0 hoặc ngược lại, trong một quá trình được gọi là "lật bit", dữ liệu được lưu trữ trong RAM sẽ thay đổi.

Ví dụ: bit đã thay đổi có thể được sử dụng để lưu trữ một giá trị trong bảng tính. Trong trường hợp này, giá trị trong bảng tính có thể được thay đổi thành một con số hoàn toàn khác, điều này sẽ ảnh hưởng đến kết quả cho bất kỳ phép tính nào, ví dụ như thay đổi dự báo kinh tế của một doanh nghiệp. Trong các trường hợp khác, bit được thay đổi có thể vô hiệu hóa tính năng bảo mật hoặc tạo lỗi đánh máy làm thay đổi cách chạy chương trình. Hai ví dụ này cực kỳ khó phát hiện và giải quyết nếu không sử dụng bộ nhớ ECC. Trong một trường hợp cực đoan, một bit bị lật có thể gây ra lỗi nghiêm trọng gây ra sự cố hệ thống.

Hiện tượng lật bit có nhiều nguyên nhân tiềm ẩn, nguyên nhân phổ biến nhất là kết quả của bức xạ nền, chủ yếu do neutron tạo ra bởi các sự kiện tia vũ trụ. Tia vũ trụ là một hạt năng lượng cao, điển hình là một proton, di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Chúng được phát ra bởi các thiên thể sao bao gồm Mặt trời và các vật thể thiên văn năng lượng cao khác. Khi một tia vũ trụ chiếu vào một nguyên tử, một trận mưa neutron và các hạt phụ nguyên tử khác được tạo ra, những neutron này sau đó tiếp tục có các tương tác thứ cấp.

Các tương tác nơtron thứ cấp này được cho là nguyên nhân chính gây ra lỗi lật bit. Tia vũ trụ phổ biến hơn ở độ cao lớn hơn với mức tăng 3,5 lần ở độ cao 1,5 km so với mực nước biển và mức tăng 300 lần ở độ cao bay của máy bay. Nguy cơ gia tăng này đòi hỏi các biện pháp độ tin cậy cao hơn.

Các lỗi bộ nhớ phổ biến như thế nào?

Hầu hết mọi người không thấy máy tính của họ gặp sự cố mỗi ngày, vì vậy sẽ dễ dàng nghĩ rằng đây chủ yếu là một rủi ro lý thuyết. Nghiên cứu từ các trung tâm dữ liệu siêu tỷ lệ đã được sử dụng để phân tích tỷ lệ sự cố lật bit. Nghiên cứu được thực hiện bởi Google trên các trung tâm dữ liệu của họ đã chỉ ra tỷ lệ lỗi khoảng 1 lỗi bit đơn trên mỗi gigabyte RAM cứ sau 1,8 giờ.

Sứ mệnh Cassini-Huygens của Nasa thực hiện vào năm 1997 để du hành tới Sao Thổ được cấu hình với hai máy tính bay giống hệt nhau, mỗi máy tính có RAM 2,5 Gb. Trong suốt hai năm rưỡi đầu tiên của cuộc hành trình, tàu vũ trụ đã quan sát thấy 280 lỗi bit đơn nhất quán mỗi ngày. Trong một ngày, khi Cassini-Huygens ở trên đường đi của một tia sáng mặt trời, sự gia tăng gấp bốn lần lỗi bit đã được quan sát thấy, cung cấp thêm bằng chứng cho việc Mặt trời là nguyên nhân của hầu hết các vấn đề lật bit.

Có những lo ngại rằng việc tiếp tục tăng mật độ của các mô-đun RAM sẽ dẫn đến các phiên bản RAM sau này ngày càng dễ bị lỗi bit. Nhiều nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng thực tế thì ngược lại, vì sai số đã giảm xuống khi hình học quá trình giảm.

Bộ nhớ ECC bảo vệ khỏi lỗi như thế nào?

Bộ nhớ ECC sử dụng mã sửa lỗi, chẳng hạn như mã Hamming, để sửa lỗi một bit trong RAM. Lỗi bit kép có thể được phát hiện nhưng không được sửa chữa. Mã sửa lỗi Hamming hoạt động bằng cách sử dụng một mảng các bit chẵn lẻ. Các bit chẵn lẻ này cùng nhau có thể được sử dụng để phát hiện bất kỳ bit dữ liệu nào đã thay đổi. Nếu một bit được xác định là đã bị lật thì nó sẽ tự động thay đổi trở lại.

Mẹo: Lỗi một bit là sự cố lật bit khi chỉ lật một bit. Trong lỗi double0bit, hai bit bị lật. Hai bit không cần phải được lật trong cùng một sự cố, lần lật bit thứ hai chỉ cần xảy ra trước khi bit được lật đầu tiên được sửa.

Thêm một bit chẵn lẻ so với yêu cầu được bao gồm trong mã sửa lỗi Hamming. Bit chẵn lẻ bổ sung này cung cấp cho mã khả năng phát hiện sự xuất hiện của lỗi bit kép, tuy nhiên, những lỗi này không thể sửa được.

Quá trình thực hiện phát hiện và sửa lỗi được thực hiện trên bộ điều khiển bộ nhớ trên thanh RAM.

Sự sẵn có và hỗ trợ của người tiêu dùng

Hầu hết phần cứng PC cấp dành cho người tiêu dùng không hỗ trợ bộ nhớ ECC. Đây là một phần như một phương pháp phân biệt giả tạo phần cứng máy chủ với phần cứng của người tiêu dùng. Tuy nhiên, RAM ECC có giá cao hơn và chạy chậm hơn một chút. Ngoài ra, sự ổn định bổ sung mà nó sẽ cung cấp cho người tiêu dùng gia đình là tối thiểu vì lỗi lật bit không phải là nguyên nhân chính gây ra sự cố hệ thống.

Không có CPU cấp độ người tiêu dùng và người đam mê nào của Intel hỗ trợ bộ nhớ ECC, chỉ có các CPU cấp máy chủ của nó, chẳng hạn như các CPU thuộc dòng Xeon. Tuy nhiên, các CPU cấp dành cho người tiêu dùng của AMD không hỗ trợ ECC, tuy nhiên, các CPU cấp máy trạm và máy chủ của họ, Threadripper và EPYC, đều hỗ trợ bộ nhớ ECC.