DDR4 vs. DDR3: порівняльне тестування оперативної пам'яті

Випуск платформи Socket LGA1151 нарешті дозволив порівняти між собою пам'ять стандартів DDR4 і DDR3 у рівних умовах. Однак перш ніж перейти до результатів тестування, пропонуємо спочатку більш детально дослідити відмінності між даними типами модулів. Це дасть нам краще уявлення про те, чого варто очікувати від нової пам'яті не тільки зараз, але й у найближчому майбутньому.

За розробку стандарту DDR4 асоціація JEDEC взялася ще в 2005 році. У ті часи в магазинах ще повних ходом продавалися планки DDR2, і тільки планувався серійний випуск модулів DDR3. Іншими словами, інженери вже тоді розуміли, що можливості даних стандартів обмежені й рано чи пізно вони стануть лімітувати або зовсім не відповідати рівню інших комплектуючих ПК.

Причому мова йде не тільки про пропускну здатність пам'яті, але й про такі важливі характеристики, як енергоспоживання модулів і їхній об’єм. Як можна переконатися з даної діаграми, планки DDR4 обходять своїх попередників за всіма параметрами.

Збільшення пропускної здатності

Пропускна здатність підсистеми пам'яті прямо залежить від швидкості роботи модулів: чим вона вища, тим швидше здійснюється запис і читання з пам'яті. Звичайно, далеко не всі додатки постійно обмінюються великими масивами даних, тому в реальних умовах експлуатації користувач може й не відчути переваги від встановлення більш продуктивних комплектів. Але якщо ми говоримо про спеціалізовані програми на зразок відео- і фоторедакторів, CAD-систем або засобів для створення 3D-анімації, то результат від застосування швидкісних модулів уже виявиться куди істотнішим. Також висока пропускна здатність підсистеми пам'яті важлива при використанні вбудованої графіки. Адже в iGPU немає доступу до швидких чіпів GDDR5, тому вся необхідна йому інформація поміщається в оперативну пам'ять ПК. Відповідно, у цьому випадку встановлення більш продуктивних комплектів пам'яті прямо впливатиме на кількість FPS на екрані.

Для формату DDR3 стандартними є частоти від 1066 МГц до 1600 МГц, і лише недавно додалося значення 1866 МГц. Для DDR4 же мінімальна швидкість роботи починається з позначки 2133 МГц. Так, ви скажете, що модулі DDR3 можуть надолужити різницю за допомогою розгону. Але ж те ж саме доступно і для планок DDR4, у яких і розгінний потенціал вищий. Адже за допомогою оптимізації параметрів модулі DDR3 зазвичай беруть планку в 2400 – 2666 МГц, для DDR4 без проблем покоряються висоти в 2800 – 3000 МГц.

Якщо порівнювати стандарти DDR4 і DDR3 з погляду ентузіастів-оверклокерів, то й тут перевага буде на боці DDR4. Уже зараз досягнуте значення в 4838 МГц, але ж пройшов тільки один рік після анонсу нового формату. Нагадаємо, рекордною частотою розгону для модулів DDR3 є 4620 МГц, яка була зафіксована лише через 7 років після запуску стандарту DDR3 у виробництво. Одним словом, в плані швидкості роботи потенціал у пам'яті DDR4 дуже великий.

Поліпшення енергоефективності

Другою важливою перевагою модулів DDR4 є можливість функціонування на низьких напругах. Так, для їхньої коректної роботи на номінальних частотах (2133 – 2400 МГц) достатньо всього лише 1,2 В, що на 20% менше, аніж у їхніх попередників (1,5 В). Щоправда, з часом на ринок була виведена енергоефективна пам'ять стандартів DDR3L і DDR3U з напругою живлення 1,35 і 1,25 В відповідно. Однак вона коштує дорожче і має ряд обмежень (як правило, її частота не перевищує 1600 МГц).

Також пам'ять DDR4 одержала підтримку нових енергозберігаючих технологій. Наприклад, модуль DDR3 використовує тільки одну напругу Vddr, яка для виконання деяких операцій підвищується за допомогою внутрішніх перетворювачів. Тим самим генерується зайве тепло та зменшується загальна ефективність підсистеми пам'яті. Для планки стандарту DDR4 специфікація передбачає можливість одержання цієї напруги (Vpp, рівна 2,5 В) від зовнішнього перетворювача живлення.

Пам'ять DDR4 також одержала вдосконалений інтерфейс введення/виведення даних під назвою «Pseudo-Open Drain» (POD). Від використовуваного раніше Series-Stub Terminated Logic (SSTL) він відрізняється відсутністю витоку струму на рівні драйверів комірок пам'яті.

У цілому ж використання всього комплексу енергоефективних технологій повинно привести до 30%-ого виграшу в енергоспоживанні. Можливо, у рамках настільного ПК це здасться несуттєвою економією, але якщо мова йде про портативні пристрої (ноутбуки, нетбуки), то 30% – не таке вже і маленьке значення.

Модернізована структура

У максимальній конфігурації чіп DDR3 містить 8 банків пам'яті, тоді як для DDR4 доступно вже 16 банків. При цьому довжина рядка в структурі чіпа DDR3 становить 2048 байт, а в DDR4 – 512 байт. У результаті новий тип пам'яті дозволяє швидше перемикатися між банками та відкривати довільні рядки.

Мікроархітектура DDR4 передбачає використання 8-гігабітних чіпів, у той час як модулі стандарту DDR3, як правило, створюються на основі мікросхем ємністю 4 Гбіт. Тобто при однаковій кількості чіпів ми одержимо у два рази більший об’єм. На сьогоднішній день найпоширенішими є 4-гігабайтні модулі (до слова, це мінімальна ємність для планки пам'яті стандарту DDR4). Але в ряді закордонних країн пропонуються вже й більш ємні модулі: на 8 і навіть на 16 ГБ. Зауважте, що при цьому ми говоримо про масовий сегмент ринку.

Для вирішення ж вузькоспеціалізованих завдань без проблем можна створювати модулі ще більшого об’єму. Для цих цілей передбачені 16-гігабітні чіпи та спеціальна технологія для їхнього компонування в корпусі DRAM (Through-silicon Via). Наприклад, компанії Samsung і SK Hynix уже представили планки ємністю 64 і 128 ГБ. Теоретично ж максимальний об’єм одного модуля DDR4 може становити 512 ГБ. Хоча навряд чи ми коли-небудь побачимо практичну реалізацію таких рішень, оскільки їхня вартість буде надзвичайно високою.

Незважаючи на збільшення усіх основних характеристик, розміри планок пам'яті DDR4 і DDR3 залишилися порівнянними: 133,35 х 31,25 мм проти 133,35 х 30,35 мм відповідно. У фізичному плані змінилося лише розташування ключа та кількість контактів (з 240 їх число збільшилося до 288). Так що навіть при всьому бажанні модуль DDR4 ніяк не вдасться встановити у слот для пам'яті DDR3 і навпаки.

Новий інтерфейс зв'язку з контролером пам'яті

Стандарт DDR3

Стандарт DDR4

Новий стандарт пам'яті передбачає використання й більш прогресивної шини зв'язку модулів з контролером пам'яті. У стандарті DDR3 застосовується інтерфейс Multi-Drop Bus із двома каналами. При використанні відразу чотирьох слотів виходить, що два модулі підключені до одного каналу, що не найкращим чином позначається на продуктивності підсистеми пам'яті.

У стандарті DDR4 вдосконалили цей інтерфейс, застосувавши більш ефективну схему − один модуль на один канал. Новий тип шини одержав назву Point-to-Point Bus. Паралельний доступ до слотів однозначно кращий за послідовний, оскільки надалі дозволяє більш ефективно нарощувати швидкодію всієї підсистеми. Можливо зараз особливої переваги користувачі й не відчують, однак надалі, коли зростуть об’єми інформації, вона стане більш показовою. Адже саме за такою ж схемою розвивалася відеопам'ять GDDR і інтерфейс PCI Express. Тільки використання паралельного доступу дозволило значною мірою збільшити їхню продуктивність.

Однак шина Point-to-Point Bus накладає певні обмеження на кількість використовуваних модулів. Так, двоканальний контролер може обслуговувати тільки два слоти, а чотириканальний − чотири. При збільшенні об’ємів планок стандарту DDR4 це не настільки критично, але все-таки спочатку може викликати певні незручності.

Вирішується ця проблема досить простим способом − шляхом встановлення спеціального комутатора (Digital Switch) між контролером і слотами пам'яті. За принципом своєї дії він нагадує комутатор ліній PCI Express. У результаті користувачу, як і колись, буде доступно 4 або 8 слотів (залежно від рівня платформи), при цьому будуть використовуватися усі переваги шини Point-to-Point Bus.

Нові механізми виявлення та корекції помилок

Оскільки робота на високих швидкостях з великими стеками даних збільшує шанс виникнення помилок, то розробники стандарту DDR4 подбали про реалізацію механізмів для їхнього виявлення й попередження. Зокрема, у нових модулях присутня підтримка функції корекції промахів, пов'язаних з контролем парності команд і адрес, а також перевірка контрольних сум перед записом даних в пам’ять. На стороні ж самого контролера з'явилася можливість тестування з'єднань без використання ініціалізаційних послідовностей.

Порівняння продуктивності пам'яті DDR4 і DDR3 у рівних умовах

Для проведення тестів ми використовували таку конфігурацію стенду:

Першочерговою метою даного експерименту, звичайно ж, було порівняння можливостей комплектів пам'яті DDR4 і DDR3 на однакових частотах. Щоб одержати більш об'єктивну картину, перевірка була виконана в найбільш популярних режимах роботи підсистеми пам'яті: 1600 МГц, 2133 МГц і 2400 МГц:

У бенчмарках, які напряму залежать від частоти модулів пам'яті, обидва комплекти продемонстрували порівнянні результати, причому у всіх режимах. У більшості випадків різниця становила не більше 0,5%, так що тут між DDR4 і DDR3 спостерігається паритет.

В тестах, де вимірюється затримка при читанні процесором даних з пам'яті та швидкість роботи ПК у завданнях, пов'язаних із архівуванням, перевага була на боці модулів стандарту DDR3. У середньому різниця становила 4-5%. Такий розрив пояснюється тим, що для функціонування на однаковій частоті пам'яті DDR3 потрібні більш низькі таймінги, аніж DDR4.

Додатки, які використовуються для моделювання об'єктів і виконання складних розрахунків, краще реагують на підвищення частоти пам'яті, аніж на зміну набору затримок. Тому в цьому випадку робота на більш низьких таймінгах для пам'яті DDR3 не принесла практично ніяких дивідендів. Принаймні, приріст на рівні 0,6 – 0,9% ми не схильні вважати тією перевагою, на яку варто звертати серйозну увагу.

І ось ми дісталися до найцікавішого – до ігор. Вони запускалися на вбудованому в процесор графічному ядрі Intel HD Graphics 530, оскільки при наявності дискретної відеокарти підсистема оперативної пам'яті є далеко не найбільш вирішальним фактором.

Із представлених вище графіків напрошується висновок, що при складанні ПК із інтегрованим GPU краще все-таки віддати перевагу старому доброму формату DDR3. Незалежно від обраного режиму (1600, 2133 або 2400 МГц), перевага була на боці модулів DDR3 (4 – 10% залежно від гри).

Підводячи проміжні підсумки, можна із упевненістю сказати, що для складання настільної конфігурації, де підсистема пам'яті функціонує в стандартних режимах, у купівлі модулів DDR4 немає ніякого сенсу. Найчастіше вони показують трохи меншу продуктивність, аніж їх DDR3-аналоги, і коштують при цьому дорожче.

Але не будемо забувати, що в нового формату в запасі є ще один козир – можливість роботи на підвищених частотах. Наприклад, уже сьогодні на ринку без проблем можна знайти модулі пам'яті DDR4, які функціонують у режимі DDR4-3000 МГц або DDR4-3200 МГц, тоді як комплекти DDR3, як правило, обмежуються частотами 2400 і 2666 МГц. Так що теоретично в цьому випадку перевага вже повинна бути на боці нового типу пам'яті.

На даному етапі експерименту були задіяні наступні комплекти пам'яті:

Серія проведених тестів повною мірою підтвердила наше припущення. Конфігурація з пам'яттю DDR4, яка працювала в режимі DDR4-3200 МГц, виявилася швидшою за ту, де були встановлені модулі формату DDR3 із частотою 2400 МГц. Найбільший приріст продуктивності був зафіксований в бенчмарку AIDA64: швидкість усіх основних процесів (читання, запис і копіювання даних) збільшилася приблизно на 18 – 29%. Різниця в інших тестах виявилася не настільки істотною (на рівні кількох відсотків), але все-таки вона є. Таким чином, якщо ви хочете вичавити максимум зі своєї системи, а витрачені кошти для досягнення цієї мети для вас не відіграють ніякої ролі, то купівля швидких модулів стандарту DDR4 виглядає цілком виправданою витівкою.

Щоправда, вищесказане стосується лише програм. В іграх же як і раніше вирішальне значення має баланс між частотою та затримками. У цьому плані пам'ять DDR3 виглядає краще, навіть якщо мова йде про ПК із вбудованою графікою. Тому при складанні суто ігрових систем будь-якого рівня нема сенсу переплачувати за пам'ять DDR4. Доцільніше буде придбати пару планок стандарту DDR3, а зекономлені гроші докласти до купівлі більш швидкої відеокарти, процесора або SSD.

Останнім пунктом у нашому тестуванні були оверклокерські додатки. Виробники модулів пам'яті DDR4 у своїх рекламних буклетах дуже часто згадують про ентузіастів розгону. Тому даний аспект ми просто не могли обійти боком. Тестування проводилися в популярній оверклокерській дисципліні Super Pi 32M. У якості суперників були обрані наступні комплекти пам'яті:

Результати тестування пам'яті DDR3 (ліворуч) і DDR4 (праворуч) на частоті 2400 МГц

Працюючи на однаковій частоті (2400 МГц), модулі пам'яті DDR3 і DDR4 продемонстрували порівнянні результати.

Результати тестування пам'яті DDR4 на частоті 3200 МГц

Заміна комплекту DDR4-2400 HyperX Fury HX424C15FBK2/16 на більш швидкий DDR4-3200 KINGMAX Nano Gaming RAM GLOF63F-D8KAGA дозволила скоротити час проходження тесту приблизно на 7 секунд – досить велике значення за оверклокерськими мірками. Так що в даній області перевага пам'яті DDR4 не викликає ніякого сумніву. Схоже, що саме ентузіасти розгону комплектуючих у першу чергу є основною цільовою аудиторією компаній, які займаються випуском продуктивних наборів пам'яті нового стандарту.

Висновки

З моменту знайомства із пам’яттю DDR4 пройшло більше року, але, на жаль, загальна картина не помінялася: новий стандарт має масу цікавих нововведень, але поки що вони повною мірою не затребувані на практиці. Більшості реальних додатків цілком вистачає продуктивності, яку демонструють модулі стандарту DDR3. Більше того, працюючи на однакових частотах, у них навіть є невелика перевага за рахунок використання менших затримок.

Хоч якась користь від планок DDR4 з'являється лише коли мова заходить про частоти понад 3000 МГц. Адже такі значення вже, як правило, недосяжні для комплектів стандарту DDR3 навіть у розгоні. Щоправда, чи варті ті кілька зайвих відсотків продуктивності (у більшості ігор взагалі приросту не буде) переплати – ще дуже велике питання.

Мабуть, єдиною сферою, де модулі DDR4 показали себе у всій красі, стали оверклокерські дисципліни. Тому якщо ви займаєтеся розгоном комплектуючих і берете участь у відповідних змаганнях, то є сенс придивитися до нового стандарту пам'яті. Іншим же можна й почекати, принаймні до того моменту, коли модулі DDR4 і DDR3 однакового об’єму не зрівняються в ціні.

Автор: Сергій Мещанчук
Переклад: Олесь Пахолок

Висловлюємо подяку компаніям G.SKILL, KINGMAX і Kingston за надані для тестування комплекти оперативної пам'яті.

Висловлюємо подяку компаніям ASUS, Intel, Scythe і Sea Sonic Electronics за надане для тестового стенду обладнання.