DDR4 vs. DDR3: сравнительное тестирование оперативной памяти

Выпуск платформы Socket LGA1151 наконец-то позволил сравнить между собой память стандартов DDR4 и DDR3 в равных условиях. Однако прежде чем перейти к результатам тестирования, предлагаем сначала более детально изучить различия между данными типами модулей. Это даст нам лучшее представление о том, чего стоит ожидать от новой памяти не только сейчас, но и в ближайшем будущем.

За разработку стандарта DDR4 ассоциация JEDEC взялась еще в 2005 году. В те времена в магазинах еще полных ходом продавались планки DDR2, и только планировался серийный выпуск модулей DDR3. Иными словами, инженеры уже тогда понимали, что возможности данных стандартов ограничены и рано или поздно они станут лимитировать либо вовсе не соответствовать уровню остальных комплектующих ПК.

Причем речь идет не только о пропускной способности памяти, но и о таких важных характеристиках, как энергопотребление модулей и их объем. Как можно убедиться из данной диаграммы, планки DDR4 обходят своих предшественников по всем параметрам.

Увеличение пропускной способности

Пропускная способность подсистемы памяти напрямую зависит от скорости работы модулей: чем она выше, тем быстрее осуществляется запись и чтение из памяти. Конечно, далеко не все приложения постоянно обмениваются большими массивами данных, поэтому в реальных условиях эксплуатации пользователь может и не ощутить преимущества от установки более производительных комплектов. Но если мы говорим о специализированных программах наподобие видео- и фоторедакторов, CAD-систем или средств для создания 3D-анимации, то результат от применения скоростных модулей уже окажется куда существеннее. Также высокая пропускная способность подсистемы памяти важна при использовании встроенной графики. Ведь у iGPU нет доступа к быстрым чипам GDDR5, поэтому вся необходимая ему информация помещается в оперативную память ПК. Соответственно, в данном случае установка более производительных комплектов памяти напрямую будет влиять на количество FPS на экране.

Для формата DDR3 стандартными являются частоты от 1066 МГц до 1600 МГц, и лишь недавно добавилось значение 1866 МГц. Для DDR4 же минимальная скорость работы начинается с отметки 2133 МГц. Да, вы скажете, что модули DDR3 могут наверстать разницу с помощью разгона. Но ведь то же самое доступно и для планок DDR4, у которых и разгонный потенциал выше. Ведь с помощью оптимизации параметров модули DDR3 обычно берут планку в 2400 – 2666 МГц, для DDR4 без проблем покоряются высоты в 2800 – 3000 МГц.

Если сравнивать стандарты DDR4 и DDR3 с точки зрения энтузиастов-оверклокеров, то и тут перевес будет на стороне DDR4. Уже сейчас достигнуто значение в 4838 МГц, а ведь прошел только один год после анонса нового формата. Напомним, рекордной частотой разгона для модулей DDR3 является 4620 МГц, которая была зафиксирована лишь через 7 лет после запуска стандарта DDR3 в производство. Одним словом, в плане скорости работы потенциал у памяти DDR4 очень большой.

Улучшение энергоэффективности

Вторым важным преимуществом модулей DDR4 является возможность функционирования на низких напряжениях. Так, для их корректной работы на номинальных частотах (2133 – 2400 МГц) достаточно всего лишь 1,2 В, что на 20% меньше, чем у их предшественников (1,5 В). Правда, со временем на рынок была выведена энергоэффективная память стандартов DDR3L и DDR3U с напряжением питания 1,35 и 1,25 В соответственно. Однако она стоит дороже и имеет ряд ограничений (как правило, ее частота не превышает 1600 МГц).

Также память DDR4 получила поддержку новых энергосберегающих технологий. Например, модуль DDR3 использует только одно напряжение Vddr, которое для выполнения некоторых операций повышается с помощью внутренних преобразователей. Тем самым генерируется лишнее тепло и уменьшается общая эффективность подсистемы памяти. Для планки стандарта DDR4 спецификация предусматривает возможность получения этого напряжения (Vpp, равное 2,5 В) от внешнего преобразователя питания.

Память DDR4 также получила усовершенствованный интерфейс ввода/вывода данных под названием «Pseudo-Open Drain» (POD). От используемого ранее Series-Stub Terminated Logic (SSTL) он отличается отсутствием утечки тока на уровне драйверов ячеек памяти.

В целом же использование всего комплекса энергоэффективных технологий должно привести к 30%-ому выигрышу в энергопотреблении. Возможно, в рамках настольного ПК это покажется несущественной экономией, но если речь идет о портативных устройствах (ноутбуки, нетбуки), то 30% – не такое уж и маленькое значение.

Модернизированная структура

В максимальной конфигурации чип DDR3 содержит 8 банков памяти, тогда как для DDR4 доступно уже 16 банков. При этом длина строки в структуре чипа DDR3 составляет 2048 байт, а в DDR4 – 512 байт. В результате новый тип памяти позволяет быстрее переключаться между банками и открывать произвольные строки.

Микроархитектура DDR4 предполагает использование 8-гигабитных чипов, в то время как модули стандарта DDR3, как правило, создаются на основе микросхем емкостью 4 Гбит. То есть при одинаковом количестве чипов мы получим в два раза больший объем. На сегодняшний день наиболее распространенными являются 4-гигабайтные модули (к слову, это минимальная емкость для планки памяти стандарта DDR4). Но в ряде зарубежных стран предлагаются уже и более емкие модули: на 8 и даже на 16 ГБ. Заметьте, что при этом мы говорим о массовом сегменте рынка.

Для решения же узкоспециализированных задач без проблем можно создавать модули еще большего объема. Для этих целей предусмотрены 16-гигабитные чипы и специальная технология для их компоновки в корпусе DRAM (Through-silicon Via). Например, компании Samsung и SK Hynix уже представили планки емкостью 64 и 128 ГБ. Теоретически же максимальный объем одного модуля DDR4 может составлять 512 ГБ. Хотя вряд ли мы когда-нибудь увидим практическую реализацию таких решений, поскольку их стоимость будет чрезвычайно большой.

Несмотря на увеличение всех основных характеристик, размеры планок памяти DDR4 и DDR3 остались сопоставимыми: 133,35 х 31,25 мм против 133,35 х 30,35 мм соответственно. В физическом плане изменилось лишь расположение ключа и количество контактов (с 240 их число увеличилось до 288). Так что даже при всем желании модуль DDR4 никак не удастся установить в слот для памяти DDR3 и наоборот.

Новый интерфейс связи с контроллером памяти

Стандарт DDR3

Стандарт DDR4

Новый стандарт памяти предусматривает использование и более прогрессивной шины связи модулей с контроллером памяти. В стандарте DDR3 применяется интерфейс Multi-Drop Bus с двумя каналами. При использовании сразу четырех слотов получается, что два модуля подключены к одному каналу, что не самым лучшим образом сказывается на производительности подсистемы памяти.

В стандарте DDR4 усовершенствовали этот интерфейс, применив более эффективную схему − один модуль на один канал. Новый тип шины получил название Point-to-Point Bus. Параллельный доступ к слотам однозначно лучше последовательного, поскольку в дальнейшем позволяет более эффективно наращивать быстродействие всей подсистемы. Может быть сейчас особого преимущества пользователи и не ощутят, однако в дальнейшем, когда возрастут объемы передаваемой информации, оно станет более показательным. Ведь именно по такой же схеме развивалась видеопамять GDDR и интерфейс PCI Express. Только использование параллельного доступа позволило в значительной степени увеличить их производительность.

Однако шина Point-to-Point Bus накладывает некие ограничения на количество используемых модулей. Так, двухканальный контроллер может обслуживать только два слота, а четырехканальный − четыре. При увеличении объемов планок стандарта DDR4 это не столь критично, но все же на первых порах может вызвать определенные неудобства.

Решается эта проблема довольно простым способом − путем установки специального коммутатора (Digital Switch) между контроллером и слотами памяти. По принципу своего действия он напоминает коммутатор линий PCI Express. В результате пользователю, как и прежде, будет доступно 4 или 8 слотов (в зависимости от уровня платформы), при этом будут использоваться все преимущества шины Point-to-Point Bus.

Новые механизмы обнаружения и коррекции ошибок

Так как работа на высоких скоростях с большими стеками данных увеличивает шанс возникновения ошибок, то разработчики стандарта DDR4 позаботились о реализации механизмов для их обнаружения и предупреждения. В частности, в новых модулях имеется поддержка функции коррекции промахов, связанных с контролем четности команд и адресов, а также проверка контрольных сумм перед записью данных в память. На стороне же самого контроллера появилась возможность тестирования соединений без использования инициализирующих последовательностей.

Сравнение производительности памяти DDR4 и DDR3 в равных условиях

Для проведения тестов мы использовали такую конфигурацию стенда:

Первоочередной целью данного эксперимента, конечно же, являлось сравнение возможностей комплектов памяти DDR4 и DDR3 на одинаковых частотах. Чтобы получить более объективную картину проверка была произведена в наиболее популярных режимах работы подсистемы памяти: 1600 МГц, 2133 МГц и 2400 МГц:

В бенчмарках, напрямую зависящих от частоты модулей памяти, оба комплекта продемонстрировали сопоставимые результаты, причем во всех режимах. В большинстве случаев разница составляла не больше 0,5%, так что здесь между DDR4 и DDR3 наблюдается паритет.

В тестах, где измеряется задержка при чтении процессором данных из памяти и скорость работы ПК в задачах, связанных с архивированием, перевес был на стороне модулей стандарта DDR3. В среднем разница составляла 4-5%. Такой разрыв объясняется тем, что для функционирования на одинаковой частоте памяти DDR3 требуются более низкие тайминги, чем DDR4.

Приложения, которые используются для моделирования объектов и выполнения сложных расчетов, лучше реагируют на повышение частоты памяти, чем на изменение набора задержек. Поэтому в данном случае работа на более низких таймингах для памяти DDR3 не принесла практически никаких дивидендов. По крайней мере, перевес на уровне 0,6 – 0,9% мы не склонны считать тем преимуществом, на которое стоит обращать серьезное внимание.

И вот мы подобрались к самому интересному – к играм. Они запускались на встроенном в процессор графическом ядре Intel HD Graphics 530, так как при наличии дискретной видеокарты подсистема оперативной памяти является далеко не самым решающим фактором.

Из представленных выше графиков напрашивается вывод, что при сборке ПК с интегрированным GPU лучше все же отдать предпочтение старому доброму формату DDR3. Независимо от выбранного режима (1600, 2133 или 2400 МГц), преимущество было на стороне модулей DDR3 (4 – 10% в зависимости от игры).

Подводя промежуточные итоги, можно с уверенностью сказать, что для сборки настольной конфигурации, где подсистема памяти функционирует в стандартных режимах, в покупке модулей DDR4 нет никакого смысла. Зачастую они показывают чуть меньшую производительность, чем их DDR3-аналоги, и стоят при этом дороже.

Но не будем забывать, что у нового формата в запасе имеется еще один козырь – возможность работы на повышенных частотах. Например, уже сегодня на рынке без проблем можно найти модули памяти DDR4, функционирующие в режиме DDR4-3000 МГц или DDR4-3200 МГц, тогда как комплекты DDR3, как правило, ограничиваются частотами 2400 и 2666 МГц. Так что теоретически в этом случае перевес уже должен быть на стороне нового типа памяти.

На данном этапе эксперимента были задействованы следующие комплекты памяти:

Серия проведенных тестов в полной мере подтвердила наше предположение. Конфигурация с памятью DDR4, работавшей в режиме DDR4-3200 МГц, оказалась быстрее той, где были установлены модули формата DDR3 с частотой 2400 МГц. Наибольший прирост производительности был зафиксирован в бенчмарке AIDA64: скорость всех основных процессов (чтение, запись и копирование данных) увеличилась примерно на 18 – 29%. Разница в остальных тестах оказалась не столь существенной (на уровне нескольких процентов), но все же она есть. Таким образом, если вы хотите выжать максимум из своей системы, а затраченные средства для достижения этой цели для вас не играют никакой роли, то покупка быстрых модулей стандарта DDR4 выглядит вполне оправданной затеей.

Правда, вышесказанное касается лишь программ. В играх же по-прежнему решающее значение имеет баланс между частотой и задержками. В этом плане память DDR3 смотрится лучше, даже если речь идет о ПК со встроенной графикой. Поэтому при сборке сугубо игровых систем любого уровня нет смысла переплачивать за память DDR4. Целесообразнее будет приобрести пару планок стандарта DDR3, а сэкономленные деньги доложить к покупке более быстрой видеокарты, процессора или SSD.

Последним пунктом в нашем тестировании являлись оверклокерские приложения. Производители модулей памяти DDR4 в своих рекламных буклетах очень часто вспоминают об энтузиастах разгона. Поэтому данный аспект мы просто не могли обойти стороной. Тестирование проводились в популярной оверклокерской дисциплине Super Pi 32M. В качестве соперников были выбраны следующие комплекты памяти:

Результаты тестирования памяти DDR3 (слева) и DDR4 (справа) на частоте 2400 МГц

Работая на одинаковой частоте (2400 МГц), модули памяти DDR3 и DDR4 продемонстрировали сопоставимые результаты.

Результаты тестирования памяти DDR4 на частоте 3200 МГц

Замена комплекта DDR4-2400 HyperX Fury HX424C15FBK2/16 на более быстрый DDR4-3200 KINGMAX Nano Gaming RAM GLOF63F-D8KAGA позволила сократить время прохождения теста примерно на 7 секунд – довольно большое значение по оверклокерским меркам. Так что в данной области преимущество памяти DDR4 не вызывает никакого сомнения. Похоже, что именно энтузиасты разгона комплектующих в первую очередь являются основной целевой аудиторией компаний, занимающихся выпуском производительных наборов памяти нового стандарта.

Выводы

С момента знакомства с памятью DDR4 прошло больше года, но, увы, общая картина не поменялась: новый стандарт имеет массу интересных нововведений, но пока что они в полной мере не востребованы на практике. Большинству реальных приложений вполне хватает производительности, которую демонстрируют модули стандарта DDR3. Более того, работая на одинаковых частотах, у них даже есть небольшое преимущество за счет использования меньших задержек.

Хоть какая-то польза от планок DDR4 появляется лишь когда речь заходит о частотах свыше 3000 МГц. Ведь такие значения уже, как правило, недостижимы для комплектов стандарта DDR3 даже в разгоне. Правда, стоят ли те несколько лишних процентов производительности (в большинстве игр вообще прироста не будет) переплаты – еще очень большой вопрос.

Пожалуй, единственной сферой, где модули DDR4 показали себя во всей красе, стали оверклокерские дисциплины. Поэтому если вы занимаетесь разгоном комплектующих и принимаете участие в соответствующих состязаниях, то имеет смысл присмотреться к новому стандарту памяти. Остальным же можно и повременить, по крайней мере до того момента, когда модули DDR4 и DDR3 одинакового объема не сравняются в цене.

Автор: Сергей Мещанчук

Выражаем благодарность компаниям G.SKILL, KINGMAX и Kingston за предоставленные для тестирования комплекты оперативной памяти.

Выражаем благодарность компаниям ASUS, Intel, Scythe и Sea Sonic Electronics за предоставленное для тестового стенда оборудование.