Разгоняем DDR3

За пять лет эволюции DDR3-памяти вышло уже несколько поколений продуктов, нацеленных на энтузиастов, стремящихся добиться максимальной производительности. Перед тем как приступать к рассмотрению возможностей современных модулей, давайте вспомним, как происходила эта эволюция.

Чтобы было понятно, о чем речь, приведем базовые понятия.

• Частота работы памяти. Измеряется количеством тактов в секунду. Это основная характеристика, определяющая пропускную способность памяти.

• Тайминги. Проще говоря, это задержки, необходимые для выполнения той или иной операции. Формула основных таймингов выглядит как CL-tRCD-tRP-tRAS-Command Rate, где CL (Cas Latency) – минимальное количество тактов между подачей команды на чтение данных и непосредственно началом чтения данных. Если рассмотреть память как двумерный массив, то tRCD (RAS to CAS delay) – это минимальное количество тактов между подачей сигнала на выбор строки и сигнала на выбор столбца. tRP (Row Precharge) — минимальное время закрытия строки, после чего можно активировать новую строку банка. tRAS (Row Active Time) — минимальное время активности строки. Command Rate — минимальное время между подачей двух команд.

Чем выше частота работа памяти и чем ниже значения таймингов, тем производительнее память. Также стоит понять, что задержки измеряются в количестве необходимых для операции тактов, а частота работы есть не что иное, как количество тактов в секунду, т. е. при росте частоты временные значения таймингов уменьшаются. Именно поэтому повышение частоты сопряжено с необходимостью увеличивать значения таймингов.

А теперь о том, какие микросхемы были наиболее популярны в различные временные отрезки.

1. Изначально в продаже появилась память DDR3 на базе микросхем плотностью 512 Мбит, что давало объем 512 Мбайт для односторонних и 1 Гбайт для двусторонних модулей. Это было в 2008 г., и в основном энтузиасты ценили память на базе микросхем Micron D9GTR. Главное, что их отличало, – возможность работать с таймингами вида 6-5-5 при частотах вплоть до 1800 МГц или 7-6-6 при частотах вплоть до 2 ГГц. Кроме того, к особенностям можно отнести линейную зависимость результатов разгона от используемых напряжений, которые поднимались вплоть до значений 2,2--2,3 В. Данные микросхемы отошли на второй план с появлением платформы LGA 1156, где высокие напряжения питания памяти были критичными и могли приводить к деградации процессоров.

2. В конце 2009 г. начали массово появляться модули памяти на базе микросхем с плотностью в 1 Мбит, что позволило удвоить емкость модулей. Здесь пальму первенства перехватили микросхемы производства Elpida, а именно, Elpida MNH-E Hyper. Данные микросхемы позволили работать с частотами вплоть до 2200 МГц при агрессивных таймингах (вплоть до 7-8-7) и сравнительно небольших напряжениях. Интересно, что почти сразу после начала выпуска микросхем MNH-E массово появились случаи деградации памяти и ее выхода из строя. Эта проблема была разрешена выпуском обновленной версии микросхем, которую назвали MGH-E.

Дальнейший прогресс и снижение цен на память сделали популярными микросхемы «с неровными» сочетаниями таймингов, в основном, требующие завышения значения TRCD на две-три единицы относительно CAS и TRP. Здесь отличились Elpida BDBG и Elpida BBSE, а также несколько поколений микросхем Powerchip. Особенностью данной памяти является возможность работать на частотах 2200--2400 МГц при низких напряжениях и не слишком высоких таймингах. При этом прогресс не стоит на месте, и если раньше 2200 МГц достигались при таймингах вида 8-10-8 или 8-11-8, то сейчас особенно удачные модули могут обеспечивать и 2300--2400 МГц при 7-10-7/7-11-7. Данная память популярна и по сей день, микросхемы Powerchip и Elpida BBSE до сих пор являются основой всех «оверклокерских» двусторонних модулей объемом 2 Гбайт. Следует отметить, что с выходом процессоров Intel Sandy Bridge из-за плохой совместимости вышла из моды память на базе MGH-E.

3. 2011 г. ознаменовался началом массового выпуска памяти на базе микросхем плотностью 2 Мбит. Наиболее популярными стали модули, имеющие объем 4 Гбайт. Здесь выбор микросхем невелик, наиболее распространенной стала продукция производства Samsung и Hynix. В способностях использовать агрессивные значения таймингов данная память уступает микросхемам плотностью 1 Мбит, но превосходит их в умении работать на высоких частотах. Кроме того, особенностью этой памяти является работоспособность при низких напряжениях. В общем, микросхемы Samsung предпочтительнее в диапазоне частот до 2400 МГц, в то время как на микросхемах Hynix уже встречается память, штатно функционирующая на частоте 2800 МГц. Один из таких комплектов даже будет участвовать в данном тестировании. А еще среди модулей объемом 4 Гбайт следует отметить микросхемы Micron D9PFJ, способные разгоняться на уровне старых D9GTR. Причем для хорошего разгона требуется напряжение питания около 2 В. Также данная память независимо от таймингов «упирается» в частоту 2150--2200 МГц. В настоящее время начинают появляться микросхемы плотностью 4 Мбит, однако они пока не отличаются высоким частотным потенциалом.

В нашем тестировании будут участвовать четыре современных комплекта высокочастотной памяти, а именно два 2-Гбайт Kingmax Hercules Nano DDR3-2400 на базе микросхем Powerchip, два 4-Гбайт G.Skill Trident X DDR3-2400, два 4-Гбайт Corsair Dominator GT DDR3-2133 на основе микросхем Samsung и два 2-Гбайт Kingston HyperX DDR3-2800, построенных на микросхемах Hynix.

Тестовый стенд и методика тестирования

Для изучения частотного потенциала были выбраны платформа AM3+, системная плата Asus M5A99X Evo и процессор AMD FX-8150. Как выяснилось в процессе тестирования, максимальная частота работы памяти, доступная связке «системная плата — процессор», оказалась на уровне 2637 МГц. Это недотягивает до максимальных способностей комплекта Kingston, но все же перекрывает весь диапазон «потребительских» частот, достижимых с процессорами, не подвергающимися селекции.

Проверка частотного потенциала производилась для трех значений напряжения питания: 1,5 В – стандартное значение напряжения питания памяти, установленное спецификациями JEDEC; 1,65 В – значение напряжения большинства «оверклокерских» комплектов памяти; и 1,8 В – значение, близкое к предельно допустимому для современной памяти типа DDR3. В качестве теста стабильности был применен Prime95 в режиме Blend, наиболее быстро выявляющий нестабильность в работе ОЗУ. Проверка на стабильность производилась в течение 5--10 мин.

Kingmax FLLE85F-B8KJ9A FEIS

Данный комплект не имеет радиаторов системы охлаждения, однако, по заверениям Kingmax, на микросхемах используется специальное напыление, существенно улучшающее отвод тепла. Верить производителю или нет, вопрос спорный. На мой взгляд, достаточно одного факта – на модулях имеются наклейки с характеристиками, которые перекрывают сразу по три микросхемы. Следовательно, тепло от них не отводится вовсе. Однако микросхемы Powerchip горячим нравом не отличаются, и если не «жарить» их напряжениями 1,8 В+, то и проблем возникать не должно.

Упрощенно, многие считают оптимальной формулу таймингов вида X (X+3) X, т. е. когда CL=TRP, а значение TRCD завышено на три единицы. На самом же деле, проблема разгона Powerchip кроется не в наличии оптимальных или неоптимальных формул таймингов, а в различном частотном потенциале памяти для каждого из них. К примеру, зависимость CL от напряжения в диапазоне от 1,5 до 1,8--1,85 будет линейная, и удачные модули характеризуются значением частоты 1400 МГц/В для CL7, т. е. от приблизительно 2100 МГц при 1,5 В до примерно 2500 МГц при 1,8 В. Частотный потенциал по TRCD с ростом напряжения обычно изменяется не так сильно, как в случае с CL, и для разных частот нужны разные значения. Так, для CL равного 9 в зависимости от удачливости комплекта доступны частоты 1950--2100 МГц, для 10 — частоты 2200--2350 МГц и для 11 — частоты 2400--2600 МГц. А если разгон упирается в CL или TRCD, то наблюдается минимальная разница между частотой стабильной работы и максимальной «скриншотной» частотой. Особняком стоит тайминг TRP, который на удачных комплектах можно держать на одинаковом с CL значении вплоть до частот 2600 МГц+. В случае же с неудачными модулями TRP приходится завышать на одну или даже две единицы. Если же разгон ограничивается значением TRP, то появляется очень большая разница между значением «скриншотной» частоты и частоты полностью стабильной работы, иногда достигающая даже 500 МГц.

Как видно на графике, в комплект Kingmax попали не слишком удачные микросхемы, иначе говоря, просто не повезло. Если оценивать разгон по CL, то показатели в целом неплохие, ведь в итоге с CL7 удалось достичь частоты работы памяти 2360 МГц. В то же время комплект оказался неудачным по значению TRCD и еще более неудачным по значению TRP, что показали результаты при таймингах вида 7-10-8, 7-11-8 и 7-11-9. Интересно отметить, что при таймингах вида 7-11-7 и напряжении питания 1,65 В частота стабильной работы составляет всего 1967 МГц, в то время как Windows можно загрузить и при частоте работы памяти 2400 МГц. Реакция на недостаточное значение TRP проявляется в полной мере. Также показателен режим 7-10-8, демонстрирующий, что память не любит высоких напряжений, когда разгон ограничивается значением TRCD.

При «родных» для комплекта таймингах 9-11-9 видно, что частотный потенциал памяти падает при росте напряжения свыше 1,65 В, что свидетельствует о слишком низком значении TRCD. К слову, свои штатные 2400 МГц память способна взять при напряжении питания 1,65 В, но не сможет при напряжении питания 1,7 В, штатном для модулей. Следовательно, при установках согласно штатным характеристикам память нестабильна. Интересно, что разгон модулей при таймингах 8-11-9 и 7-11-9 совпадает, и от CL8 есть хоть какая-то польза лишь при таймингах 8-12-10. Также минимален прирост частоты при переходе на CL9/CL10/CL11, а максимальной достигнутой частотой является 2480 МГц.

Kingston KHX2800C12D3T1K2/4GX

Эта память оснащена высокими радиаторами, и хотя микросхемы расположены лишь с одной стороны модуля, они закрывают модуль с обеих сторон.

Если учитывать холодный характер современной памяти, то такие радиаторы представляют собой, скорее, декоративное решение, способное привести к проблемам совместимости с крупными процессорными охладителями. Используются микросхемы производства Hynix, которые, в отличие от Powerchip, ведут себя куда более предсказуемо и логично. Для наиболее полного раскрытия частотного потенциала памяти на микросхемах Hynix используется формула таймингов вида X (X+2) (X+1), т. е. когда TRCD завышен относительно CL на две единицы, а TRP — на одну. Кроме того, одной из особенностей памяти, основанной на микросхемах Hynix, является слабый отклик на увеличение напряжения питания свыше 1,65 В.

Результаты разгона для микросхем Hynix неплохие, комплект относительно удачный. Об этом свидетельствует возможность работать при таймингах 9-11-10 на частотах вплоть до 2312 МГц. При таймингах вида 12-14-13 и выше ограничивает разгон связка «процессор — системная плата».

G.Skill F3-2400C10D-8GTX

Как и в случае с модулями Kingston, комплект G.Skill, несмотря на низкое тепловыделение микросхем, оснащен высокими радиаторами.

Используются микросхемы Samsung, максимально предсказуемые при разгоне, как и в случае с Hynix. Они имеют оптимальные формулы таймингов. Но, в отличие от Hynix, для микросхем Samsung используется две различные формулы таймингов: X (X+1) (X+1), оптимальные при низких напряжениях, и X (X+2) (X+2), оптимальные при высоких.

Как видно из графика, в диапазоне частот 2000--2500 МГц более предпочтительна память на базе микросхем компании Samsung, нежели на микросхемах Hynix, поскольку она позволяет достигать тех же частот при меньших значениях таймингов, особенно если рассматривать режимы работы с низкими напряжениями. А вот после 2500 МГц память на микросхемах Samsung уже не слишком хороша. Дальнейшее увеличение таймингов не привело бы к значительному росту частотного потенциала, даже если бы разгон не сдерживался используемой платформой. Помимо того, следует отметить наличие запаса по частоте, превышающего 100 МГц, при использовании штатных характеристик (10-12-12, 1,65 В), что является редкостью для «оверклокерской» памяти.

Corsair CMT8GX3M2B2133C9

Если у Kingston и G.Skill все же имеются высокие радиаторы, то в Corsair пошли еще дальше, обеспечив модули памяти активным охлаждением с омощью

двух вентиляторов.

 .

Понятно, что пользы от этого никакой (особенно с учетом штатного напряжения памяти в 1,5 В), зато внешний вид модулей самый грозный. К слову, о внешнем виде. На этикетке с характеристиками указана формула таймингов 9-11-9, хотя в XMP-профиле написана формула 9-11-10. Разумеется, при 2133 МГц и 9-11-9 память даже не стартует. Как и в случае с комплектом G.Skill, используются микросхемы Samsung, так что от модулей можно ожидать схожего поведения.

Данный комплект чуть более удачный, чем G.Skill, хотя с увеличением напряжений и таймингов разница все же стирается. Основное превосходство комплекта Corsair проявляется при таймингах 8-9-9 и 8-10-10. Кстати, частотный потенциал памяти при штатных таймингах (9-11-10) совпадает с потенциалом памяти при 9-10-10. Следовательно запас по частоте со штатными характеристиками превышает 100 МГц.

Тестирование производительности

Для исследования производительности мы использовали следующие тесты: wPrime 1.55 (режимы 32M и 1024М), Super Pi 1.5 (режим 1M), WinRar (встроенный тест производительности), 7-Zip (встроенный тест производительности), Cinebench R10 (тест CPU), Cinebench R11.5 (тест CPU) и тесты памяти из программного комплекса Aida64.

Базовые настройки системы:

частота работы процессора — 4503 МГц (19x237), контроллера памяти — 2607 МГц.

Тестирование производилось для частот работы памяти 2528, 2212 и 1896 МГц при минимально доступных для каждого из комплектов памяти таймингах. Показатели комплектов Corsair и G.Skill объединены, ибо результаты их разгона практически идентичны. Память Kingmax тестировалась только при частотах 2212 и 1896 МГц, поскольку работать при частоте 2528 МГц не способна.

По результатам измерений производительности прежде всего выделяется комплект Kingmax. Несмотря на свое невезение с одним конкретным модулем, он лидирует в большинстве тестов. Память на базе микросхем Samsung и Hynix показала приблизительно одинаковые результаты. Однако следует отметить провал комплекта Kingston в тесте производительности WinRar. Это, скорее всего, было обусловлено односторонней компоновкой модулей с восемью микросхемами, а не с шестнадцатью, как у всех остальных участников тестирования.

Итоги

Пока еще пальма первенства в тестах производительности остается за памятью на микросхемах плотностью 1 Мбит. Однако за более высокий частотный потенциал при агрессивных значениях таймингов зачастую приходится расплачиваться непредсказуемостью поведения модулей, а также отсутствием каких-либо универсальных формул таймингов. Полной противоположностью можно назвать память на основе микросхем Samsung и Hynix. Разгонять их несложно, память максимально предсказуема, однако предельные возможности данной памяти все же выше. Если выбирать между Hynix и Samsung, то в большинстве случаев предпочтительнее будет выглядеть память на базе микросхем Samsung, т.е. среди испытуемых комплектов — Corsair и G.Skill.