服务器之 ECC 内存的工作原理

在开始今天的分享之前，我先给大家看两个 1R * 8 的内存条。

现在的 CPU 都是 64 位的，每次和内存通信都要传输 64 比特的数据。1R * 8 类型的内存中的 1R 指的是该内存条只有一个 rank，8 指的是在每一次 64 比特的内存 IO 过程中，每个内存颗粒分别提供 8 比特的数据。这样计算一下，64 比特的数据就需要 8 个内存颗粒共同来组成。

这两个内存条中，为什么一个是 8 个颗粒，另一个是 9 个颗粒呢？这个故事还要从比特翻转说起。

一、比特翻转和 ECC 内存

我们的电脑在运行的时候，CPU 一直都需要和内存进行数据交互。但在交互的过程中，由于周围电磁场的干扰，会有概率发生比特翻转。

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据统计，一根 8 GB 的内存条平均大约每小时会出现 1 - 5 个这样的错误。

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我们使用个人电脑在办公的时候，由于内存主要都用来处理图片、视频等数据。即使内存出现了比特翻转，可能影响的只是一个像素值，很难感觉出来，没有太大的影响。即使是比特翻转真的发生在关键的系统代码导致运行出问题，也不是什么大事，重启一次就解决了。

但在服务器应用中，处理的一般都是非常重要的计算，可能是一笔订单交易，也可能是一笔存款。另外就是服务器经常是连续要运行几个月甚至是几年，没有办法通过重启的方式来解决问题。因此服务器对比特翻转错误的容忍度很低。需要有技术方案能够一定程度解决比特翻转问题所带来的影响。

ECC 就是这样一种内存技术。它的英文全称是 “Error Checking and Correcting”，对应的中文名称就叫做“错误检查和纠正”。从它的名称中我们可以看出，ECC 不但能发现内存中的错误，而且还可以进行纠正。

相比没有使用 ECC 技术的个人电脑内存，内存颗粒中全部都用来存储数据即可。在 ECC 内存中每 64 比特的数据都需要额外的 8 比特数据作为校验位，用来辅助发现或者纠正错误。

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所以，开篇的问题我们就有答案了。普通的内存条中全部颗粒都用来存储真正的数据。而 ECC 内存中除了数据外，还需要存储 8 比特的校验位。

在普通的 1R * 8 的内存中需要 64 / 8 = 8 个颗粒就够了。但是 ECC 内存中一次 IO 要传输 72 比特的数据，所以总共需要 72 / 8 = 9 个内存颗粒。

问题已经弄明白了。但是咱们「开发内功修炼」公众号的风格是不光要知道，还要弄懂原理。所以我们再接着看 ECC 纠错算法是如何工作的。

二、ECC 纠错原理

那么为什么 ECC 内存有了额外的 8 比特的冗余校验数据就能够发现和纠正错误了呢？我们先来看下最简单的奇偶校验。