На что влияет разгон оперативной памяти
Где прогресс в оперативной памяти и зачем её разгонять?
Привет, GT! Все мы любим новое железо — приятно работать за быстрым компьютером, а не смотреть на всякие прогрессбары и прочие песочные часики. Если с процессорами и видеокартами всё более-менее понятно: вот новое поколение, получите ваши 10-20-30-50% производительности, то с оперативкой всё не так просто.
Где прогресс в модулях памяти, почему цена на гигабайт почти не падает и чем порадовать свой компьютер — в нашем железном ликбезе.
Стандарт памяти DDR4 имеет ряд преимуществ перед DDR3: большие максимальные частоты (то есть пропускная способность), меньшее напряжение (и тепловыделение), и, само собой, удвоенная ёмкость на один модуль.
Комитет инженерной стандартизации полупроводниковой продукции при Electronic Industries Alliance (более известный как JEDEC) трудится над тем, чтобы ваша оперативная память Kingston подходила к материнской плате ASUS или Gigabyte, и по этим правилам играют все. По части электрики, физики и разъёмов всё жёстко (оно и понятно, нужно обеспечить физическую совместимость), а вот в отношении рабочих частот, объёмов модулей и задержек в работе правила допускают некоторую волатильность: хотите сделать лучше — делайте, главное, чтобы на стандартных настройках у пользователей не было проблем.
Именно так получились в своё время модули DDR3 с частотой выше, чем 1600 МГц, и DDR4 с частотами выше 3200 МГц: они превышают базовые спецификации, и могут работать как на «стандартных» параметрах, совместимых со всеми материнскими платами, так и с экстремальными профилями (X.M.P.), протестированными на заводе и зашитыми в BIOS памяти.
Прогресс
Основные улучшения в этой сфере ведутся сразу в нескольких направлениях. Во-первых, производители непосредственно микросхем памяти (Hynix, Samsung, Micron и Toshiba) постоянно улучшают внутреннюю архитектуру чипов в пределах одного техпроцесса. От ревизии к ревизии внутреннюю топологию доводят до совершенства, обеспечивая равномерность нагрева и надёжность работы.
Во-вторых, память потихоньку переходит на новый техпроцесс. К сожалению, здесь нельзя проводить улучшения также быстро, как делают (делали последние лет 10) производители видеокарт или центральных процессоров: грубое уменьшение размеров рабочих частей, то есть транзисторов, потребует соответствующего снижения рабочих напряжений, которые ограничены стандартом JEDEC и встроенными в CPU контроллерами памяти.
Поэтому единственное, что остаётся — не только «поджимать» производственные нормы, но ещё и параллельно увеличивать скорость работы каждой микросхемы, что потребует соответствующего повышения напряжения. В итоге и частоты растут, и объёмы одного модуля.
Примеров такого развития много. В 2009-2010 году нормальным был выбор между 2/4 гигабайтами DDR3 1066 МГц и DDR3 1333 МГц на один модуль (обе были выполнены по 90-нм техпроцессу). Сегодня же умирающий стандарт готов предложить вам 1600, 1866, 2000 и даже 2133 МГц рабочих частот на модулях в 4, 8 и 16 ГБ, правда внутри уже 32, 30 и даже 28 нм.
К сожалению, подобный апгрейд стоит немалых денег (в первую очередь на исследования, закупку оборудования и отладку производственного процесса), так что ждать радикального уменьшения цены 1 ГБ оперативки до выхода DDR5 не придётся: ну а там нас ждёт очередное удвоение полезных характеристик при той же цене производства.
Цена улучшений, разгон и поиски баланса
Растущий объём и скорость работы напрямую влияет на ещё один параметр оперативной памяти — задержки (они же тайминги). Работа микросхем на высоких частотах до сих пор не желает нарушать законы физики, и на различные операции (поиск информации на микросхеме, чтение, запись, обновление ячейки) требуются определённые временные интервалы. Уменьшение техпроцесса даёт свои плоды, и тайминги растут медленнее, чем рабочие частоты, но здесь необходимо соблюдать баланс между скоростью линейного чтения и скоростью отклика.
Например, память может работать на профилях 2133 МГц и 2400 МГц с одинаковым набором таймингов (15-15-15-29) — в таком случае разгон оправдан: при большей частоте задержки в несколько тактов только уменьшатся, и вы получите не только увеличение линейной скорости чтения, но и скорости отклика. А вот если следующий порог (2666 МГц) требует увеличения задержек на 1-2, а то и 3 единицы, стоит задуматься. Проведём простые вычисления.
Делим рабочую частоту на первый тайминг (CAS). Чем выше соотношение — тем лучше:
2133 / 15 = 142,2
2400 / 15 = 160
2666 / 16 = 166,625
2666 / 17 = 156,823
Полученное значение — знаменатель в дроби 1 секунда / Х * 1 000 000. То есть чем выше число, тем ниже будет задержка между получением информации от контроллера памяти и отправкой данных назад.
Как видно из расчётов, наибольший прирост — апгрейд с 2133 до 2400 МГц при тех же таймингах. Увеличение задержки на 1 такт, необходимое для стабильной работы на частоте 2666 МГц всё ещё даёт преимущества (но уже не такие серьёзные), а если ваша память работает на повышенной частоте только с увеличением тайминга на 2 единицы — производительность даже немного снизится относительно 2400 МГц.
Верно и обратное: если модули совершенно не хотят увеличивать частоты (то есть вы нащупали предел для конкретно вашего комплекта памяти) — можно попытаться отыграть немного «бесплатной» производительности, снизив задержки.
На самом деле факторов несколько больше, но даже эти простые расчёты помогу не напортачить с разгоном памяти: нет смысла выжимать максимальную скорость из модулей, если результаты станут хуже, чем на средних показателях.
Практическое применение разгона памяти
В плане софта от подобных манипуляций в первую очередь выигрывают задачи, постоянно эксплуатирующие память не в режиме потокового чтения, а дёргающие случайные данные. То есть игры, фотошоп и всякие программистские задачи.
Аппаратно же системы со встроенной в процессор графикой (и лишённые собственной видеопамяти) получают значительный прирост производительности как при снижении задержек, так и при увеличении рабочих частот: простенький контроллер и невысокая пропускная способность очень часто становится бутылочным горлышком интегрированных GPU. Так что если ваши любимые «Цистерны» еле-еле ползают на встроенной графике старенького компа — вы знаете, что можно попробовать предпринять для улучшения ситуации.
Мэйнстрим
Как не странно, больше всего от подобных улучшений выигрывают среднестатистические пользователи. Нет, безусловно, оверклокеры, профессионалы и игроки с полным кошельком получают свои 0.5% производительности, применяя экстремальные модули с запредельными частотами, но их доля на рынке мала.
Что под капотом?
Шаг первый: прогреваем модуль памяти феном или активными нагрузками на чтение-запись (во втором случае вам надо быстренько выключить ПК, обесточить его и снять оперативку, пока она ещё горячая).
Шаг второй: находим сторону без наклейки и аккуратно подцепляем радиатор чем-нибудь в центре и по краям. Использовать печатную плату как основание для рычага можно, но с осторожностью. Внимательно выбираем точку опоры, стараемся избегать давления на на хрупкие элементы. Действовать лучше по принципу «медленно, но верно».
Шаг третий: открываем радиатор и разъединяем замки. Вот они, драгоценные чипы. Распаяны с одной стороны. Производитель — Micron, модель чипов 6XA77 D9SRJ.
8 штук по 1 Гб каждый, заводской профиль — 2400 МГц @ CL16.
Правда, дома снимать теплораспределители не стоит — сорвёте пломбу и плакала ваша пожизненная 1 гарантия. Да и родные радиаторы отлично справляются с возложенными на них функциями.
Попробуем измерить эффект от разгона оперативки на примере комплекта HyperX Fury HX426C16FW2K4/32. Расшифровка названия даёт нам следующую информацию: HX4 — DDR4, 26 — заводская частота 2666 МГц, C16 — задержки CL16. Далее идёт код цвета радиаторов (в нашем случае — белый), и описание комплекта K4/32 — набор из 4 модулей суммарным объёмом 32 ГБ. То есть уже сейчас видно, что оперативка незначительно разогнана ещё при производстве: вместо штатных 2400 прошит профиль 2666 МГц с теми же таймингами.
Помимо эстетического удовольствия от созерцания четырёх «Белоснежек» в корпусе вашего ПК этот набор готов предложить весомых 32 гига памяти и нацелен на пользователей обычных процессоров, не особо балующихся разгоном CPU. Современные Intel’ы без буквы K на конце окончательно лишились всех возможных способов получения бесплатной производительности, и практически не получают никаких бонусов от памяти с частотой выше 2400 МГц.
В качестве тестовых стендов мы взяли два компьютера. Один на базе Intel Core i7-6800K и материнской плате ASUS X99 (он представляет платформу для энтузиастов с четырёхканальным контроллером памяти), второй с Core i5-7600 внутри (этот будет отдуваться за мэйнстримовое железо со встроенной графикой и отсутствующим разгоном). На первом проверим разгонный потенциал памяти, а на втором будем измерять реальную производительность в играх и рабочем софте.
Разгонный потенциал
DDR4-2666 CL15-17-17 @1.2V
DDR4-2400 CL14-16-16 @1.2V
DDR4-2133 CL12-14-14 @1.2V
2133 / 12 = 177.75
2400 / 14 = 171.428
2666 / 15 = 177.7(3)
Попытки завести память на частоте 2900 МГц с повышением задержек до 16-17-18, 17-18-18, 17-19-19 и даже с подъёмом напряжения до 1.3 Вольта ничего не дали. Без серьёзных нагрузок компьютер работает, но фотошоп, архиватор или бенчмарк плюются ошибками или сваливают систему в BSOD. Похоже, что частотный потенциал модулей выбран до конца, и единственное, что нам остаётся — уменьшать задержки.
Лучший результат, который удалось достичь с тестовым комплектом из 4 модулей — 2666 МГц при таймингах CL13-14-13. Это существенно увеличит скорость доступа к случайным данным (2666 / 13 = 205.07) и должно показать неплохое улучшение результатов в игровом бенчмарке. В двухканальном режиме память разгоняется лучше: специалисты из oclab ухитрились довести комплект из двух 16 Гб модулей до частоты 3000 МГц @ CL14-15-15-28 с подъёмом напряжения до 1.4 Вольта — отличный результат.
Натурные испытания
Для нашего i5 со встроенной графикой в качестве бенчмарка мы выбрали GTA V. Игра не молодая, использует API DirectX 11, который давно известен и отлично вылизан в драйверах Intel, любит потреблять оперативную память и нагружает систему сразу по всем фронтам: GPU, CPU, Ram, чтение с диска. Классика. Вместе с этим GTA V использует т.н. «отложенный рендеринг», благодаря которому время расчёта кадра меньше зависит от сложности сцены, то есть методика испытания будет чище, а результаты — нагляднее.
За средний FPS возьмём значения, укладывающиеся в нормальное течение игры: пролёт самолёта, езда в городе, уничтожение супостатов имеют равномерный профиль нагрузки. По таким сценам (отбросив 1% лучших и худших результатов из массива данных) и получим средне-игровой FPS.
Просадки определим по сценам со взрывами и сложными эффектами (водопад под мостом, закатные пейзажи) аналогичным образом.
Подлагивания и неприятные фризы при резкой смене окружения (переключение от одного тестируемого случая к другому) случаются даже на монструозной GTX 1080Ti, постараемся их отметить, но в результаты не возьмём: в игре оно не встречается, и это, скорее, косяк самого бенчмарка.
CPU: Intel Core i5-7500 (4c4t @ 3.8 ГГц)
GPU: Intel HD530
RAM: 32 GB HyperX Fury White (2133 МГц CL12, 2666 МГц CL15 и 2666 МГц CL13)
MB: ASUS B250M
SSD: Kingston A400 240 GB
Для начала выставим стандартные частоты X.M.P.-профиля: 2666 МГц с таймингами 15-17-17. Встроенный бенчмарк GTA V выдаёт идентичный FPS и одинаковые просадки на минимальных и средних настройках в разрешении 720p: в большинстве сцен счётчик колеблется в районе 30–32, а в тяжёлых сценах и при смене одной локации на другую FPS проседает.
Причина очевидна — мощностей GPU достаточно, а вот блоки растеризации просто не успевают собрать и отрисовать большее число кадров в секунду. На «высоких» настройках графики результаты стремительно ухудшаются: игра начинает упираться непосредственно в скромные вычислительные возможности интегрированной графики.
2133 МГц CL12
Собственной памяти у GPU нет, и он вынужден постоянно дёргать системную. Пропускная способность DDR4 в двухканальном режиме на частоте 2133 МГц составит 64 бит (8 байт) × 2 133 000 000 МГц × 2 канала — порядка 34 Гб/с, с небольшими (до 10%) накладными потерями.
Для сравнения, пропускная способность подсистемы памяти у самой скромной дискретной карточки NVIDIA GTX 1030 — 48 Гб/с, а GTX 1050 Ti (которая легко выдаёт в GTA V 60 FPS на максимальных настройках в FullHD) — уже 112 Гб/с.
На заднем плане виден тот самый водопад под мостом, просаживающий FPS во внутриигровом бенчмарке.
Результаты бенчмарка просели до 28 FPS в среднем, а лаги при смене локаций и взрывах их ненапряжных просадок превратились в неприятные микрофризы.
2666 МГц CL13
40 Гб/с, сравнимо с младшей NVIDIA.
Максимальный FPS практически не вырос (0.1 не показатель и находится на грани погрешности измерений) — здесь мы всё ещё упираемся в скромные возможности ROP’ов, а вот все просадки стали менее заметны. В сценах с водопадом из-за высокой вычислительной нагрузки результат не изменился, во всех остальных — то есть на прогрузках, взрывах и прочих радостях, замедлявших работу видеоядра вырос в среднем на 10-15%. Вместо 25–27 кадров в нагруженных событиями эпизодах — уверенные 28–29. В целом игра стала ощущаться значительно комфортнее.
TL;DR и результаты
Нельзя оценивать скорость работы оперативной памяти по одной только частоте. У DDR4 достаточно большие тактовые задержки, и при прочих равных стоит выбирать память не только удовлетворяющую потребности вашего железа по рабочей частоте и объёму, но и уделять внимание этому параметру.
Проведённые тесты показали, что компьютеры на базе Intel Core i-серии со встроенной графикой получают заметный прирост производительности при использовании высокоскоростной памяти с низкими задержками. Видеоядро не имеет собственных ресурсов для хранения и обработки данных и пользуется системными отлично отвечает (до определённого предела) на рост частоты и снижение таймингов, так как от скорости доступа к памяти напрямую зависит время отрисовки кадра со множеством объектов.
Самое важное! Линейка Fury выпускается в нескольких цветах: белом, красном и чёрном — можно подобрать не только быструю память, но и подходящую по стилю к остальным комплектующим, как делают специалисты из HyperPC.
Закон Кирхгоффа и немного магии школьного образования позволяют утверждать, что память с чёрными радиаторами несколько будет холоднее в работе, чем другие варианты. Ну а для неверующих в свяфтую Физику есть замечательный пруф на образовательном канале МИФИ.
Если с мэйнстримовыми решениями всё понятно, то в топовом сегменте, где каждый системник — маленькое произведение искусства применение памяти и накопителей HyperX из обычных продуктовых линеек — как знак качества. При создании каждого кастомного проекта приходится учитывать множество факторов: тепловые нагрузки, пожелания капризного клиента, распределение воздушных потоков, акустические вопросы (мощный компьютер и тихий мощный компьютер — задачи, отличающиеся по сложности на порядок). HyperPC постоянно совершенствуют свои технологические процессы и остаются верны надёжным комплектующим — отсюда и превосходные результаты в их уникальных сборках. Но если вы предпочитаете готовым компьютерам — самобсор, то подобный комплект или одиночные модули HyperX Fury DDR4 можно приобрести в сети Юлмарт.
На этом всё, но мы не прощаемся. Прохладному лету — горячие темы, подписывайтесь на наш блог и все интересности не пройдут мимо.
1 — Из-за особенностей российского законодательства «пожизненная» гарантия будет действовать всего 10 лет со дня приобретения. Впрочем, в масштабах компьютерного железа с текущими темпами развития технологий и 10 лет срок не малый, а там и законодательство может измениться.
Для чего разгоняют оперативную память
К аждая программа на Вашем ПК работает через ОЗУ. Ваша оперативная память работает на определенной скорости, установленной производителем, но несколько минут в BIOS могут значительно увеличить ее характеристики.
Скорость оперативной памяти имеет значение
Каждая программа, которую Вы запускаете, загружается в ОЗУ с Вашего SSD или жесткого диска, что намного медленнее. Как только она загружена, она обычно остается там некоторое время, и центральный процессор получает к нему доступ всякий раз, когда ему это нужно.
Повышение скорости, с которой работает Ваша ОЗУ, может напрямую улучшить производительность Вашего ЦП в определенных ситуациях, хотя существует момент снижения отдачи, когда ЦП просто не может перебрать больше памяти достаточно быстро.
Тем не менее, в играх скорость оперативной памяти может оказать заметное влияние. Каждый кадр может обрабатывать много данных всего за несколько миллисекунд, поэтому, если игра, в которую Вы играете, связана с процессором, более быстрая ОЗУ может улучшить частоту кадров.
Разгон оперативки не страшен
Разгон оперативной памяти не так страшен или небезопасен, как разгон процессора или графического процессора. Когда Вы разгоняете процессор, Вам нужно беспокоиться о том, справится ли Ваше охлаждение. Разогнанный процессор или графический процессор может быть намного громче, чем работающий на стандартных настройках.
ОЗУ не выделяют много тепла, так что это совершенно безопасно. Даже при нестабильном разгоне худшее, что может случиться, это то, что Вы получите ошибку при тестировании стабильности. Хотя, если Вы пытаетесь сделать это на ноутбуке, Вам нужно убедиться, что Вы можете очистить CMOS (сбросить настройки BIOS по умолчанию), если что-то пойдет не так.
Скорость, время и задержка CAS
Скорость ОЗУ обычно измеряется в мегагерцах, обычно сокращенно «МГц». Это мера тактовой частоты (сколько раз в секунду ОЗУ может обращаться к своей памяти) и аналогично измерению скорости процессора. «Стандартная» скорость для DDR4 (новейшего типа памяти) обычно составляет 2133 МГц или 2400 МГц. DDR означает «Двойная скорость передачи данных», что означает, что ОЗУ считывает и записывает дважды для каждого тактового цикла. На самом деле, скорость составляет 1200 МГц, или 2400 мегабит в секунду.
Но большая часть оперативной памяти DDR4 обычно имеет 3000 МГц, 3200 МГц или выше. Это из-за XMP (Extreme Memory Profile). XMP — это, по сути, оперативная память, сообщающая системе: «Эй, я знаю, что DDR4 должен поддерживать скорость до 2666 МГц, но почему бы Вам не разогнать меня до большей скорости?» Это заводской разгон, уже настроенный, протестированный и готовый к работе. Это достигается на аппаратном уровне с помощью микросхемы в самой ОЗУ, называемой микросхемой обнаружения серийного присутствия, поэтому на каждый чип приходится только один профиль XMP.
В каждом наборе оперативной памяти есть несколько скоростей; Стандартные скорости используют одну и ту же систему обнаружения присутствия и называются JEDEC. Все, что выше стандартных скоростей JEDEC, — это разгон, означающий, что XMP — это просто профиль JEDEC, который был разогнан на заводе.
Время ОЗУ и задержка CAS — это другой показатель скорости. Они измеряют задержку (как быстро реагирует Ваша RAM). Задержка CAS — это мера количества тактов между отправкой команды READ на карту памяти и процессором, получающим ответ. Обычно это называется «CL» после скорости ОЗУ, например, «3200 МГц CL16».
Обычно это связано со скоростью ОЗУ — чем выше скорость, тем выше задержка CAS. Но задержка CAS — это только один из множества разных таймингов и тактов, которые заставляют работать ОЗУ; остальные, как правило, просто упоминаются как «тайминги ОЗУ». Чем ниже и плотнее время, тем быстрее будет работать ОЗУ. Если Вы хотите узнать больше о том, что на самом деле означает каждое время, Вы можете прочитать это руководство от Gamers Nexus.
XMP не сделает все за Вас
Вы можете купить свою оперативную память G.Skill, Crucial или Corsair, но эти компании не производят настоящие микросхемы памяти DDR4. Они покупают их у полупроводниковых литейных заводов, что означает, что вся оперативная память на рынке поступает только из нескольких основных мест: Samsung, Micron и Hynix.
Кроме того, флэш-наборы памяти, рассчитанные на 4000+ МГц при низких задержках CAS, — это то же самое, что «медленная» память, которая стоит половину цены. Они оба используют чипы памяти Samsung B-die DDR4, за исключением того, что у одного есть распределитель тепла золотистого цвета, RGB-подсветка и украшенный драгоценными камнями верх.
Когда чипы поступают с завода, они тестируются в процессе, называемом биннингом. Некоторая оперативная память работает очень хорошо на частоте 4000+ МГц с низкой задержкой CAS, а другая оперативная память не может разогнаться после 3000 МГц. Это называется силиконовая лотерея, и это делает высокоскоростные комплекты дорогими.
Но скорость на коробке не всегда совпадает с истинным потенциалом Вашей оперативной памяти. Скорость XMP — это просто рейтинг, который гарантирует, что память будет работать с номинальной скоростью 100% времени. Речь идет больше о маркетинге и сегментации продукта, чем о пределах оперативной памяти; ничто не мешает Вашей оперативной памяти работать за пределами спецификации производителя, кроме того, включить XMP проще, чем разогнать ее самостоятельно.
XMP также ограничен несколькими конкретными временами. По словам представителя в Кингстоне, они «настраивают только «первичные» тайминги (CL, RCD, RP, RAS)», а поскольку система SPD, используемая для хранения профилей XMP, имеет ограниченный набор записей, остальное зависит от материнской платы, которая не всегда делает правильный выбор.
Кроме того, заводской процесс биннинга будет иметь заданный диапазон напряжения, в котором они хотят работать. Например, они могут связать свои наборы ОЗУ с напряжением 1,35 В, не проводить расширенное тестирование, если оно не прошло, и бросить его в «3200МГц среднего уровня», в который попадает большинство наборов памяти. Но что, если Вы запустили память на 1,375 вольт? А как насчет 1,390 вольт? И то, и другое по-прежнему близко к небезопасным напряжениям для DDR4, и даже небольшое добавочное напряжение может значительно повысить тактовую частоту памяти.
Как разогнать оперативную память
Самая сложная часть разгона оперативной памяти — выяснить, какую скорость и время Вы должны использовать, потому что в BIOS имеется более 30 отдельных настроек, которые Вы можете настроить. К счастью, только четыре из них считаются «первичными» таймингами, и их можно рассчитать с помощью инструмента «Ryzen DRAM Calculator». Он предназначен для систем AMD, но все равно будет работать для пользователей Intel, так как он в основном связан с таймингами памяти, а не с процессором.
Загрузите инструмент и укажите скорость Вашего ОЗУ и тип, который у Вас есть. Нажмите фиолетовую кнопку «R — XMP», чтобы загрузить номинальные характеристики Вашего комплекта, а затем нажмите «Calculate SAFE» или «Calculate FAST», чтобы просмотреть новые тайминги.
Вы можете сравнить эти временные характеристики с номинальными характеристиками, используя кнопку «Compare timings», и Вы обнаружите, что в настройках SAFE все немного ужесточается, а основная задержка CAS уменьшается в настройках FAST.
Как только все заработает, Вам нужно будет убедиться, что разгон стабилен с помощью встроенного в калькулятор тестера памяти.