DDR5 или DDR4: какую память выбрать для Alder Lake / Процессоры и память

Процессоры Alder Lake принесли с собой критическую массу новых технологий, благодаря которым им удалось стать лучшими CPU не только для игровых нагрузок, но и для систем рабочего назначения. Одним из важных новшеств, на которое Intel обращает особое внимание, стала поддержка DDR5 SDRAM. Благодаря росту эффективной частоты память нового поколения обеспечила заметное увеличение пропускной способности при доступе процессора к данным, что, вероятно, стало одним из слагаемых успеха Alder Lake. По крайней мере, именно так можно подумать, поскольку большинство обзоров свежих процессоров Intel^®, которые можно найти в Сети (в том числе и на 3DNews), проведены с использованием DDR5 SDRAM, а все имеющиеся на рынке флагманские материнские платы с процессорным гнездом LGA1700 ориентированы на поддержку именно этого типа памяти.

Но в реальности, если речь идёт о самостоятельной сборке новой системы, приобретение DDR5 SDRAM для Alder Lake – довольно сложное и затратное мероприятие. Такая память практически отсутствует в продаже, а там, где она всё-таки появляется, её стоимость оказывается в полтора-два раза выше, чем у аналогичной по ёмкости качественной DDR4 SDRAM.

Но к счастью, процессоры семейства Alder Lake обладают гибким контроллером памяти, который наряду с поддержкой DDR5 SDRAM сохранил совместимость и с привычной DDR4 SDRAM. Эта поддержка реализуется на уровне материнских плат – среди доступных на прилавках магазинов LGA1700-материнок есть платы со слотами DIMM как для DDR5, так и для DDR4 (но не теми и другими одновременно). Поэтому пользователи, которые не считают целесообразным тратиться на DDR5, имеют возможность комплектовать системы с новыми процессорами распространённой памятью прошлого стандарта.

Возникает закономерный вопрос: не теряется ли при выборе DDR4 SDRAM какое-то важное преимущество Alder Lake. Именно ответу на него и будет посвящён данный материал, в котором мы сравним на практике поведение новых процессоров при работе с DDR4 и DDR5. Подробное исследование необходимо, так как DDR4 действительно обладает меньшей рабочей частотой, а следовательно, и меньшей пропускной способностью, но при этом может обеспечить примерно полуторакратное преимущество в латентности. Иными словами, противостояние DDR4 и DDR5 сводится к выявлению фактора, который влияет на производительность Alder Lake и прочих современных процессоров сильнее, – задержки или всё же пропускная способность.

Двухканальная подсистема памяти с распространёнными модулями DDR4-3600 CL16 обеспечивают пиковую пропускную способность около 57 Гбайт/с и латентность CAS на уровне 8,9 нс. При этом подсистема памяти на очень быстрых (по современным меркам) модулях DDR5-6000 CL36 может выдать 96 Гбайт/с при латентности 12 нс. По этому простому примеру хорошо понятно, что однозначного вывода о преимуществах того или иного типа памяти, скорее всего, не будет. Каким-то приложениям важнее получать больше данных в единицу времени, но каким-то критичнее, чтобы данные поступали быстрее. Вместе с тем различие в параметрах подсистем памяти отчасти может сгладить вместительный L3-кеш Alder Lake, объём которого достигает 30 Мбайт. Всё это можно воспринимать как аргументы в пользу необязательности DDR5 при построении систем на базе Alder Lake, и, если они найдут подтверждение на практике, это будет означать существенное снижение порога вхождения в экосистему LGA1700 для многих энтузиастов. Осталось лишь всё как следует проверить, и мы это сделаем в рамках партнёрского проекта с компанией Intel, которая не стала возражать против тестирования Alder Lake с DDR4, а, напротив, предоставила для данного тестирования полный набор необходимого оборудования.

⇡#Чем в действительности так хороша DDR5 SDRAM

В момент анонса процессоров семейства Alder Lake компания Intel причисляла поддержку DDR5 SDRAM к числу их важных преимуществ. Звучали аргументы об абстрактном «новаторстве» нового типа памяти, первенстве компании в её внедрении в десктопной платформе, а также о значительном росте частоты и пропускной способности. Но пользователи смотрели на эти утверждения со скепсисом. Им явно не нравились присущие DDR5 латентности, а также то, что заявленная в спецификациях Alder Lake поддерживаемая частота модулей нового типа находилась не слишком далеко от той частоты, которая по плечу и современной DDR4 SDRAM.

Если заглянуть в спецификации процессоров Core™ 12-го поколения, то для них обещана совместимость лишь с DDR5-4800. Представленные в магазинах модули этого типа в лучшем случае могут предложить схему таймингов 36-36-36-72, но скорее это будет 38-38-38-76 или даже 40-40-40-76. На фоне вполне ординарной памяти, например DDR4-3600 с задержками 16-18-18-36 или оверклокерской DDR4-4400 с таймингами 19-19-19-43, DDR5 с такими параметрами действительно смотрится бледновато.

Но не всё так печально. Во-первых, производители памяти уже сейчас готовы предложить DDR5 с частотами вплоть до 6000 МГц, причём такая память без каких-либо проблем совместима с настольными процессорами Alder Lake, хоть это и не отражено в спецификации. А во-вторых, и что гораздо важнее, DDR5 подразумевает не один только прямолинейный рост частоты передачи данных. В действительности новый стандарт приносит с собой довольно существенные изменения в архитектуре и логике подсистемы памяти, благодаря которым у неё возрастает КПД. Например, по оценке Micron, работая на такой же, как DDR4 SDRAM, частоте, DDR5 в действительности способна обеспечить передачу на 36 % большего количества данных, а переход с DDR4-3200 на DDR5-4800 даёт 87-процентный прирост практически наблюдаемой пропускной способности.

Но откуда берутся такие значения прироста, казалось бы, на пустом месте? Чтобы понять это, необходимо вспомнить о том, что те частоты, которые ставятся в названии типов памяти, на самом деле частотами самой памяти не являются. Ядра оперативной памяти, представляющие собой массив миниатюрных конденсаторов, уже много лет работают примерно на одной и той же невысокой частоте — порядка 200 МГц. Растёт лишь эффективная частота интерфейса модулей памяти, что обеспечивается вовсе не ускорением устройств DRAM, а увеличением их числа – то есть, наращиванием параллелизма.

Именно это и произошло при переходе от DDR4 к DDR5. Новые модули памяти предполагают вдвое большее количество групп банков (8 против 4), в то время как число банков в группе остаётся таким же, как и раньше (4). И это не только позволяет заполнять данными вдвое более быструю шину памяти, но и заодно увеличивает эффективность транзакций, так как рост числа групп банков позволяет оставлять одновременно открытым большее количество страниц и тем самым увеличить вероятность доступа к данным по простой схеме – с низкими задержками.

Увеличение частоты интерфейса памяти, то есть плотности передаваемой по шине памяти информации, обеспечивается другим простым приёмом – удвоением длины пакетов, которыми выполняются пересылки. Если в DDR4 SDRAM в один пакет входило 8 последовательных пересылок по шине данных, то в DDR5 их стало 16, что, соответственно, и привело к росту эффективных скоростей, которые как раз и указываются в названии модулей в виде четырёхзначного числа.

Однако на этом этапе возникла проблема, связанная с чрезмерным увеличением размера пакета. Ширина шины данных обычного модуля памяти – 64 бит, и объединение 16 пересылок в одном пакете означает, что за один приём из модуля поступало бы 128 байт данных. С точки зрения современных процессоров это очень неудобный объём, поскольку длина строки кеш-памяти вдвое меньше – 64 байт. Чтобы устранить эту нестыковку, в архитектуру DDR5 было внесено ещё одно кардинальное изменение – 64-битную шину каждого модуля разделили на две независимые 32-битные части.

Иными словами, единый физический модуль DDR5 по логической организации как бы представляет собой два независимых модуля с 32-битной шиной, собранные на едином куске текстолита. Таким образом, в DDR5 двухканальный режим доступа реализуется в пределах одного модуля. И именно на это нововведение, помимо увеличения эффективной частоты, обращают внимание в первую очередь, рассказывая о преимуществах DDR5 перед DDR4. Однако нужно понимать, что увеличения скорости передачи данных это на самом деле не приносит, поскольку один 64-битный канал заменяется двумя каналами с шириной 32 бит. Впрочем, определённый выигрыш такая организация всё-таки может дать благодаря тому, что она позволяет выполнять с половинками модуля две разных операции одновременно – раньше подобной возможности не существовало.

Дополнительный рост эффективности DDR5 достигается ещё и за счёт того, что такая память научилась «освежать» информацию в ячейках побанково, в то время как ранее эта операция проводилась для всех банков сразу. Регенерация заряда в ячейках памяти является залогом сохранности данных и требует повторения через установленные промежутки времени. Этот процесс в DDR4 требовал прекращения любых других операций, что по факту периодически блокировало любые полезные операции. В DDR5-памяти регенерацию стало возможно выполнять поочерёдно для разных банков в группах, в то время как остальные банки остаются доступны для обращений. И это увеличивает производительность DDR5 на дополнительные 6-9 %.

Но в конечном итоге все архитектурные изменения в DDR5 увеличивают её скорость в смысле роста частоты передачи данных и более эффективного использования шины. Вопрос латентности при этом обходится стороной. И почему это так, вполне очевидно. Ничего сделать с этой характеристикой невозможно: она обусловлена задержкой базовых ядер DRAM и временем, затрачиваемым на формирование более длинных, чем ранее, пакетов данных.

⇡#Особенности контроллера памяти Alder Lake

Для того чтобы процессоры Alder Lake могли реализовать весь заложенный в DDR5 SDRAM потенциал, они снабжены двумя двухканальными контроллерами памяти – по контроллеру на каждый «канал» в привычном смысле (в наиболее распространённом случае контроллер на модуль). В том случае, если в системе с процессором Alder Lake используется DDR4 SDRAM, в каждом из двух контроллеров задействуется только первый канал. Если в системе применяется DDR5 SDRAM, то два канала каждого из контроллеров работают с парами 32-битных субканалов, реализованных в пределах модулей. Это значит, что DDR5 SDRAM позволяет включить в системах на базе процессоров Alder Lake четырёхканальный режим памяти, в то время как при использовании DDR4 SDRAM доступен лишь двухканальный режим. Но не нужно забывать: суммарная ширина шины памяти в обоих случаях остаётся одинаковой – 128 бит. Просто в случае DDR5 она формируется четырьмя 32-битными каналами, а в случае DDR4 – двумя каналами по 64 бит.

DDR4 SDRAM – два канала

DDR5 SDRAM – четыре канала

Другой ключевой момент – использование множителей, связывающих частоту контроллеров памяти с частотой шины памяти и введённых ещё в Rocket Lake. В прошлом поколении процессоров таких множителей было два, а в нынешнем их стало уже три. Они носят условные названия Gear 1, Gear 2 и Gear 4 и по сути обеспечивают работу шины памяти на частоте, либо совпадающей с частотой контроллера памяти (Gear 1), либо превышающей её вдвое (Gear 2), либо превосходящей её вчетверо (Gear 4). Необходимость в таких делителях вызвана тем, что частота, максимально достижимая для являющегося частью CPU контроллера памяти, ограничена, и её верхний предел находится существенно ниже тех скоростей, на которые способны модули памяти, в особенности DDR5 SDRAM.

В процессорах Rocket Lake максимальным по частоте режимом памяти, возможным при выборе наиболее эффективного в смысле производительности множителя Gear 1 (то есть при синхронном режиме) был DDR4-3600 или, при удачном стечении обстоятельств, DDR4-3733. В Alder Lake контроллер памяти стал немного более податливым, и ему может покориться частота ближе к 4,0 ГГц. Тем не менее граница, при которой происходит автоматическое переключение контроллера из режима Gear 1 в Gear 2, формально всё равно осталась на уровне 3,6 ГГц. В сумме это значит, что с настройками по умолчанию синхронный режим памяти доступен в Alder Lake для модулей со скоростью до DDR4-3600, но при ручном конфигурировании в Gear 1 можно заставить работать и DDR4-4000. Благо переключение режимов контроллера по желанию пользователя доступно в BIOS практически любой материнской платы на LGA1700.

Переход к более скоростной памяти стандарта DDR4 потребует в любом случае отказаться от синхронности и перейти к режиму Gear 2, включение которого, как и раньше, налагает некоторый штраф на производительность подсистемы памяти. По этой причине использовать с Alder Lake высокоскоростную DDR4 – не самая лучшая затея. Гораздо рациональнее не выходить за рамки синхронного Gear 1 и ограничиться использованием DDR4-3600 или DDR4-4000.

Но с DDR5 ситуация совсем иная. Частоты самых простых модулей начинаются с отметки DDR5-4800, а значит, синхронный режим Gear 1 для них не может быть доступен в принципе. Поэтому для любой DDR5 нужно пользоваться режимом с удвоением частоты шины памяти Gear 2. Он применим для всех существующих в настоящее время модулей DDR5, и именно его включит контроллер памяти Alder Lake по умолчанию при установке процессора в любую материнскую плату с поддержкой DDR5 SDRAM.

Учетверяющий частоту памяти множитель Gear 4 работоспособен тоже, но применять его сейчас смысла нет. Штраф, налагаемый на производительность при его активации, выше, чем с множителем Gear 2. Поэтому он может потребоваться только тогда, когда с режимом Gear 2 частота контроллера памяти дойдёт до пограничных значений, то есть не раньше, чем частоты DDR5 перешагнут через отметку 7200 МГц.

Нужно отметить и ещё одну деталь. Частота работы контроллера памяти формируется подобно процессорной частоте – как произведение множителя на некую базовую частоту. Эта базовая частота в LGA1700-системах может быть выбрана из двух вариантов – 100 или 133 МГц. Между этими значениями нет различий в производительности, но они влияют на множество доступных для выбора частот памяти, определяя шаг между ближайшими значениями. Но и здесь есть нюанс – максимальный рабочий множитель, который в Alder Lake применим для частоты контроллера памяти, составляет 30x, поэтому в случае скоростных вариантов DDR4 в режиме Gear 1 базовая частота контроллера памяти 100 МГц оказывается бесполезна. А вот в системах с DDR5, где используется режим Gear 2, можно без проблем выбирать оба значения, хотя материнские платы с поддержкой DDR5 по умолчанию склоняются к использованию 100-МГц частоты.

В принципе, современные материнские платы учитывают всё это автоматически при выборе того или иного варианта памяти, однако в BIOS материнских плат есть возможность ручного переключения базовой частоты для контроллера памяти.

⇡#Как питается DDR5 SDRAM

Ещё одно заметное отличие модулей DDR5 состоит в том, что они используют иную схему питания и более низкие напряжения. Преобразователь напряжения в новой памяти переместился с материнской платы на сами модули, и теперь они получают от платы 5 В и формируют из него необходимые напряжения непосредственно на месте. Это позволяет улучшить стабильность питания чипов и снизить электромагнитные помехи, однако сами модули из-за необходимости размещения на них силовых элементов теперь получаются несколько более дорогими. Но зато благодаря этому проблемы с неудачными схемами питания слотов DIMM на материнских платах должны уйти в прошлое.

Установленная на каждом модуле интегральная схема управления питанием, согласно спецификации, должна подавать напряжения на пять линий, из которых значимыми являются два основных напряжения: VDD – напряжение, подаваемое на ядра памяти, и VDDQ – напряжение на цепях ввода-вывода. Номинальное значение этих напряжений – 1,1 В, однако производители оверклокерской памяти сразу же принялись завышать эти величины, поскольку это помогает чипам DDR5-памяти устойчиво работать на более высоких частотах.

Несмотря на переезд схем питания с материнской платы в модули, возможности управления напряжениями памяти через BIOS никуда не делись. LGA1700-платы предлагают полный набор средств для управления питанием модулей памяти, и напряжения VDD и VDDQ можно увеличивать как минимум до 1,435 В с шагом 5-10 мВ. Вместе с тем существуют и модули с более высоким верхним пределом изменения напряжений — это определяется контроллером питания, который выбрал производитель. Кроме того, поскольку каждый модуль имеет свой собственный стабилизатор напряжения, их питанием можно управлять раздельно.

Вопреки ожиданиям, снижение основных напряжений, от которых питаются чипы DDR5, на 0,1 В по сравнению с DDR4 не влечёт за собой уменьшение нагрева модулей. Напротив, похоже, что DDR5 будут присущи сравнительно высокие температуры.

Всё дело в силовой схеме, которая выделяет довольно много тепла, особенно в случае повышения напряжений. Поэтому массивные радиаторы на оверклокерских модулях DDR5 SDRAM – это отнюдь не декоративный, а реально необходимый элемент.

⇡#Идеальная DDR5 – G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK

Для тестирования нам удалось получить память DDR5-6000 серии Trident Z5 RGB компании G-Skill. Комплект F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK, который попал в лабораторию, включает в себя два модуля объёмом по 16 Гбайт. Каждый из таких модулей, как и полагается оверклокерской DDR5, снабжён теплорассеивающими пластинами и управляемой RGB-подсветкой, проходящей по их верхнему краю.

По фотографиям памяти G.Skill нетрудно заметить, что модули DDR5 сильно похожи на модули DDR4. И это действительно так. Они имеют одинаковые размеры, и даже число контактов в ножевом разъёме осталось тем же – 288 штук. Однако DDR5 и DDR4 не взаимозаменяемы не только на логическом, но и на механическом уровне. Установить модуль нового типа в DDR4 DIMM не получится как минимум из-за иного расположения ключа-прорези в разъёме. Он сместился ближе к середине модуля, пусть это и не сразу бросается в глаза.

Хотя память F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK рассчитана на схему таймингов 40-40-40-76, в то время как в ассортименте компании есть аналогичный вариант с более агрессивными задержками 36-36-36-76, она всё равно оказалась идеальным полигоном для экспериментов. Причина прежде всего в том, что в скоростных вариантах DDR5 SDRAM производства G.Skill используются отборные чипы Samsung, которые в настоящее время представляются наилучшим вариантом по масштабируемости частот при росте напряжения. Иными словами, такая память может быть названа полноправной преемницей модулей DDR4 с легендарными чипами Samsung B-die.

Справедливости ради необходимо упомянуть, что хорошим потенциалом по разгону обладают и чипы DDR5, производимые SK Hynix, однако память на их основе встречается пока очень редко. При этом максимально распространённые чипы производства Micron, к сожалению, масштабируются довольно плохо. Однако именно их можно найти в наиболее распространённых модулях DDR5-4800 и DDR5-5200, и заставить такие комплекты памяти работать в режимах DDR5-5600 и быстрее почти невозможно.

Согласно спецификации, комплект G.Skill F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK рассчитан на работу при напряжении 1,3 В – это напряжение примерно на 20 % превышает штатную величину, которая для DDR5 SDRAM установлена стандартом в 1,1 В. Однако с DDR5-памятью ситуация такая же, как и с DDR4, – именно увеличение напряжения питания становится фундаментом роста частоты. И уровень 1,3 В не кажется слишком большим – некоторые производители DDR5 не стесняются декларировать для своей памяти ещё более высокие напряжения – вплоть до 1,4 В.

Модули, входящие в комплект G.Skill F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK, – одноранговые, в основе каждого модуля используется по восемь 16-Гбит чипов. К сожалению, двухранговых модулей DDR5 объёмом 16 Гбайт не бывает, это обуславливается тем, что 16 Гбит – минимальная ёмкость доступных чипов.

G.Skill предварительно тестирует свои скоростные модули DDR5 на совместимость с LGA1700-платами компаний ASUS и MSI, и именно такие платы можно рекомендовать для раскрытия всех возможностей новой памяти. Для облегчения конфигурирования в F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK есть XMP-профиль, однако возможности XMP 3.0 в этих модулях пока не задействуются. Вариант подготовленных производителем настроек предлагается лишь один.

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Выше мы в подробностях рассказали, в чём DDR5 превосходит DDR4 с точки зрения теории. Однако выкладки так и не дают ответа на вопрос, достаточен ли набор улучшений, предложенный в новой памяти, для того, чтобы у потребителей возник реальный стимул для использования с процессорами Alder Lake именно DDR5 SDRAM. Ведь, во-первых, явно не в пользу DDR5 складываются экономические факторы, а во-вторых, эта память отталкивает от себя слишком высокими значениями латентностей.

Чтобы разрешить все сомнения, мы решили изучить производительность Alder Lake при комплектации системы распространёнными вариантами модулей DDR4 и DDR5, работающими на различных частотах.

В состав тестовых систем вошли следующие комплектующие:

Процессор: Intel Core i7-12700K (Alder Lake, 8P+4E-ядер + HT, 3,6-5,0/2,7-3,8 ГГц, 25 Мбайт L3).
Процессорный кулер: кастомная СЖО EKWB.
Материнские платы:
- ASUS ROG Strix Z690-F Gaming WiFi (LGA1700, Intel Z690);
- ASUS ROG Strix Z690-A Gaming WiFi D4 (LGA1700, Intel Z690).
Память:
- 2 × 16 Гбайт DDR4-3600 SDRAM, 14-15-15-35 (G.Skill Trident Z Neo F4-3600C14D-32GTZN);
- 2 × 16 Гбайт DDR4-4400 SDRAM, 19-19-19-43 (Crucial Ballistix MAX BLM2K16G44C19U4B);
- 2 × 16 Гбайт DDR5-4800 SDRAM, 38-38-38-70 (Kingston Fury Beast KF548C38BBK2-32);
- 2 × 16 Гбайт DDR5-6000 SDRAM, 40-40-40-76 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U4040E16GX2-TZ5RK).
Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 3090 Founders Edition (GA102, 1395-1695/19500 МГц, 24 Гбайт GDDR6X 384-бит).
Дисковая подсистема: Intel SSD 760p 2 Тбайт (SSDPEKKW020T8X1).
Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 1000W Titanium (80 Plus Titanium, 1000 Вт).

Послуживший основой тестовых систем процессор Core i7-12700K использовался в разогнанном состоянии. Частота P-ядер была увеличена до 5,0 ГГц, частота E-ядер – до 4,0 ГГц, частота L3-кеша – до 4,3 ГГц. Работа тестового CPU в таком состоянии была возможна при увеличении напряжения питания до 1,425 В при выборе пятого уровня Load-Line Calibration. Для улучшения стабильности работы памяти при высоких частотах до 1,25 В было увеличено напряжение на системном агенте.

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 11 Pro (21H2) Build 22000.282.0 c установленными обновлениями KB5005635 и KB5006746 и использованием следующего комплекта драйверов:

AMD Chipset Driver 3.10.08.506;
Intel Chipset Driver 10.1.18838.8284;
Intel SerialIO Driver 30.100.2105.7;
Intel Management Engine Interface 2124.100.0.1096;
NVIDIA GeForce 496.49 Driver.

Описание использовавшихся для измерения вычислительной производительности инструментов:

Приложения:

7-zip 21.02 — тестирование скорости архивации. Измеряется время, затрачиваемое архиватором на сжатие директории с различными файлами общим объёмом 3,1 Гбайт. Используется алгоритм LZMA2 и максимальная степень компрессии.
Adobe Photoshop 2021 22.4.3 — тестирование производительности при обработке графических изображений. Измеряется среднее время выполнения тестового скрипта Puget Systems Adobe Photoshop CC Benchmark 18.10, моделирующего типичную обработку изображения, сделанного цифровой камерой.
Adobe Photoshop Lightroom Classic 10.3 – тестирование производительности при пакетной обработке серии изображений в RAW-формате. Тестовый сценарий включает постобработку и экспорт в JPEG с разрешением 1920 × 1080 и максимальным качеством двухсот 16-мегапиксельных изображений в RAW-формате, сделанных цифровой камерой Fujifilm X-T1.
Adobe Premiere Pro 2021 15.4.0 — тестирование производительности при нелинейном видеомонтаже. Измеряется время рендеринга в формат YouTube 4K проекта, содержащего HDV 2160p30 видеоряд с наложением различных эффектов.
Blender 2.93.5 – тестирование скорости финального рендеринга в одном из популярных свободных пакетов для создания трёхмерной графики. Измеряется продолжительность построения финальной модели pavillon_barcelona_v1.2 из Blender Benchmark.
Corona 1.3 — тестирование скорости рендеринга при помощи одноимённого рендерера. Для измерения производительности используется стандартное приложение Corona 1.3 Benchmark.
Microsoft Visual Studio 2017 (15.9.40) – измерение времени компиляции крупного MSVC-проекта – профессионального пакета для создания трёхмерной графики Blender версии 2.79b.
Topaz Video Enhance AI v2.3.0 – тестирование производительности в основанной на ИИ программе для улучшения детализации видео. В тесте используется исходное видео в разрешении 640×360, которое увеличивается в два раза с использованием модели Artemis Anti Aliasing v9.
x264 r3059 — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.264/AVC. Для оценки производительности используется исходный 2160p@24FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 42 Мбит/с.
x265 3.5+8 10bpp — тестирование скорости транскодирования видео в формат H.265/HEVC. Для оценки производительности используется исходный 2160p@24FPS AVC-видеофайл, имеющий битрейт около 42 Мбит/с.

Игры:

Chernobylite. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Quality = Ultra.
Civilization VI: Gathering Storm. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, MSAA = 4x, Performance Impact = Ultra, Memory Impact = Ultra.
Cyberpunk 2077. Разрешение 1920 × 1080: Quick Preset = Ray Tracing – Ultra.
Far Cry 6. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Quality = Ultra, HD Textures = On, Anti-Aliasing = TAA.
Hitman 3. Разрешение 1920 × 1080: Super Sampling = 1.0, Level of Detail = Ultra, Texture Quality = High, Texture Filter = Anisotropic 16x, SSAO = Ultra, Shadow Quality = Ultra, Mirrors Reflection Quality = High, SSR Quality = High, Variable Rate Shading = Quality.
Marvel’s Guardians of the Galaxy. Разрешение 1920 × 1080: Graphics Preset = Ultra.
Shadow of the Tomb Raider. Разрешение 1920 × 1080: DirectX12, Preset = Highest, Anti-Aliasing = TAA.
The Riftbreaker. Разрешение 1920 × 1080: DirectX12, Texture Quality = High, Raytraced soft shadows = On, Ray traced shadow quality = Ultra, Raytraced ambient occlusion = On.
A Total War Saga: Troy. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, Quality = Ultra, Unit Size = Extreme.
Watch Dogs Legion. Разрешение 1920 × 1080: DirectX 12, Quality = Ultra, RTX = Off, DLSS = Off.

Во всех игровых тестах в качестве результатов приводится среднее количество кадров в секунду, а также 0,01-квантиль (первая перцентиль) для значений FPS. Использование 0,01-квантиля вместо показателей минимального FPS обусловлено стремлением очистить результаты от случайных всплесков производительности, которые были спровоцированы не связанными напрямую с работой основных компонентов платформы причинами.

⇡#DDR5 против DDR4: тесты производительности

Первая часть тестирования посвящена сравнению производительности Core i7-12700K при работе с DDR4- и DDR5-памятью при выборе модулей различной частоты. Здесь мы будем предполагать, что память работает с настройками по умолчанию, то есть все задержки настраиваются в системе автоматически с применением профилей XMP. Именно такой подход к конфигурированию использует большинство пользователей, и сравнение, проведённое в этом разделе, позволит выяснить, даёт ли выбор более современной и более дорогой памяти какие-либо преференции в наиболее типичных случаях.

В качестве типовых режимов работы DDR4 использовались настройки, которые свойственны популярным модулям памяти Crucial Ballistix, основанным на чипах Micron Rev. E: DDR4-3200 с таймингами 16-18-18-36, DDR4-3600 с таймингами 16-18-18-38, DDR4-4000 с таймингами 18-19-19-39 и DDR4-4400 со схемой задержек 19-19-19-43. Во всех случаях параметр Command Rate устанавливался в 1T, а режимы Gear 1/Gear 2 выбирались по умолчанию: DDR4-3200 и DDR4-3600 работала в синхронном режиме с контроллером памяти, а для более быстрых вариантов памяти использовалось соотношение частот контроллера и памяти 1:2.

DDR5-память также тестировалась в четырёх режимах: DDR5-4800, DDR5-5200, DDR5-5600 и DDR5-6000. Во всех четырёх случаях использовалась схема таймингов 36-36-36-76 и режим Gear 2, однако настройка Command Rate 1T применялась только для DDR5-4800 и DDR5-5200, в то время как работа памяти на более высокой частоте требовала уже включения Command Rate 2T.

Также в контексте этого сравнения важно обратить внимание на то, что используемые в нём модули DDR4, как и большинство представленных на рынке модулей этого типа объёмом 16 Гбайт, – двухранговые. В то же время модули DDR5 аналогичного объёма всегда имеют одноранговую организацию.

Итак, после необходимых предварительных замечаний давайте наконец посмотрим на результаты синтетического теста Cache & Memory Benchmark из утилиты AIDA64. Результаты вполне ожидаемы: DDR5 заметно выигрывает по пропускной способности, в то время как коньком DDR4 является низкая латентность.

Однако, глядя на графики, можно заметить интересные нюансы. Так, можно констатировать, что DDR5 действительно показывает себя более эффективной технологией. В то время как практическая пропускная способность DDR4 составляет 89-93 % от теоретической, в случае DDR5 этот показатель возрастает до 97-98 %. Таким образом, удвоение числа каналов действительно даёт некоторый положительный эффект, и масштабирование производительности подсистемы памяти при переходе от DDR4 к DDR5 идёт быстрее увеличения частоты.

При этом рост практической латентности при переходе на DDR5 совсем не выглядит катастрофическим. Более того, в том случае, если DDR4 работает на высокой частоте в режиме контроллера Gear 2, заметной разницы в латентности вообще не наблюдается. Выигрывают у DDR5 лишь синхронные режимы DDR4 с низкими задержками, то есть DDR4-3200 и DDR4-3600.

По результатам синтетического теста начинает казаться, что выбор для Alder Lake старой DDR4-памяти должен заметно ограничивать его производительность. Однако тестирование в ресурсоёмких приложениях показывает, что всё далеко не так. Задачи, в которых DDR5 даёт однозначно более высокую производительность, действительно существуют. Такая картина наблюдается, например, при архивировании файлов в 7-zip, пакетной обработке фотографий в Lightroom, рендеринге видео в Premiere Pro, перекодировании видео кодеком x265 или при компиляции кода в Visual Studio. В них даже самая медленная DDR5-4800 оказывается быстрее, чем любой из вариантов DDR4. Причём преимущество в производительности даже примитивной DDR5-4800 может в отдельных случаях доходить до весомых 8-10 %, хотя в основном речь всё же идёт о превосходстве на уровне единиц процентов.

Но в то же время есть масса вариантов ресурсоёмкой нагрузки, производительность при которой от типа выбранной памяти практически не зависит. Редактирование фото в Photoshop, увеличение разрешения видео в Topaz AI или финальный рендеринг относятся к задачам, где Alder Lake может с DDR4-памятью работать ничуть не хуже, чем с новейшей DDR5.

Однако если посмотреть на игры, то DDR5 в целом выглядит всё же привлекательнее. Ниже приводится диаграмма с усреднёнными показателями частоты кадров, построенная по результатам тестов в десяти играх. И из неё следует, что DDR5-4800 обеспечивает лучшую производительность, чем любой из вариантов DDR4, с точки зрения как среднего, так и минимального FPS. А если говорить о наиболее скоростной на данный момент памяти DDR5-6000, то с ней достигается как минимум 6-процентное превосходство в играх над любым из имеющихся вариантов DDR4.

Впрочем, в отдельных играх соотношение производительности может быть совсем не таким. Из десяти игр, выбранных для тестов, явное преимущество DDR5-памяти проявляется лишь в шести. А в некоторых случаях обладающая более низкими задержками DDR4-память может оказаться даже более предпочтительным вариантом. Например, подобная ситуация складывается в Chernobylite или в Far Cry 6.

Вывод из представленных результатов можно сделать такой: да, DDR5 действительно для Alder Lake подходит лучше, но пока ни о каком радикальном преимуществе речь не идёт. Новая память даёт единицы процентов выигрыша и может быть реально полезна лишь в каких-то штучных задачах обработки контента. Что же касается геймеров, то им гоняться за DDR5, похоже, особого смысла нет вообще. Особенно сейчас, когда эта память не слишком доступна как по цене, так и по наличию на прилавках.

Однако пока речь шла о том, как показывает себя Alder Lake с разной памятью, если для неё выбраны настройки по умолчанию. В то же время подсистема памяти в современных системах может быть подвергнута глубокой оптимизации путём тщательной ручной настройки таймингов. И энтузиасты, которые привыкли идти таким путём, могут не согласиться с полученными результатами. Поэтому у настоящего тестирования есть вторая часть, к ней и переходим.

⇡#DDR5 против DDR4 с настроенными таймингами

В этом разделе речь пойдёт о том, что произойдёт, если из имеющихся на рынке модулей памяти попытаться выжать больше путём тонкой подстройки. Как мы неоднократно показывали, подбор более агрессивных, чем заложено в спецификациях и XMP, таймингов нередко позволяет значительно улучшить производительность, по крайней мере в случае DDR4. Так может быть, если подвергнуть такую память вдумчивой оптимизации, она окажется даже лучше DDR5? Давайте проверим.

Для того чтобы в системе с DDR4 получить максимально возможное быстродействие, в этой части тестирования мы воспользовались комплектом DDR4 SDRAM, основанным на чипах Samsung B-die. Такая память даёт возможность минимизировать задержки сильнее, чем любые другие комплекты. Вместе с тем мы не стали пытаться максимально увеличивать частоту памяти, а нацелились на работу в режиме DDR4-4000 – максимальном, в котором Alder Lake даёт возможность использовать одинаковые частоты контроллера и памяти, Gear 1. Синхронность довольно заметно снижает практические латентности, а именно за это мы и боремся, пытаясь извлечь из DDR4 дополнительные проценты быстродействия.

В конечном итоге выбранный комплект смог стабильно работать в состоянии DDR4-4000 с таймингами 16-16-16-34, а полностью все параметры можно увидеть на скриншоте.

DDR4-память с оптимизированными вручную таймингами логично сравнивать с такой же тщательно настроенной DDR5. Поэтому мы постарались подкрутить настройки и у имеющегося в нашем распоряжении комплекта DDR5-6000. Дополнительно разогнаться по частоте он не смог, зато оказался податлив при снижении таймингов. Стабильность не нарушилась при выборе схемы 34-34-34-68, а полный набор настроек выглядел так.

Чтобы сравнение настроенной DDR4-4000 и DDR5-6000 было более наглядным, на диаграммы с результатами мы также поместили показатели производительности платформы на базе Alder Lake при использовании DDR4-3200 и DDR5-4800 – тех типов памяти, которые для неё положены по спецификации Intel. Тайминги в этом случае выбирались по умолчанию, и это позволяет увидеть, насколько параметры подсистемы памяти способны повлиять на потенциал современного процессора.

Начнём снова с результатов синтетического теста памяти из AIDA64. Он показывает, что настроенная DDR5-6000 в полтора раза превосходит настроенную DDR4-4000 по практической пропускной способности, но в то же время заметно проигрывает ей по латентности. С точки зрения задержки результат DDR4-4000 лучше на 20 %.

Полученные при синтетическом тестировании результаты дают понять, что относительная производительность Alder Lake с DDR4 и DDR5 будет не такой, как при тестировании с настройками по умолчанию. И показатели быстродействия, полученные в приложениях, – тому подтверждение. Память DDR5 остаётся предпочтительным вариантом при архивировании данных, при перекодировании видео, в Lightroom и Premiere Pro. Но в то же время находятся задачи, где настроенная DDR4-4000 позволяет процессору Alder Lake развить более высокую производительность. Такая ситуация наблюдается в Photoshop, при компиляции исходного кода или в рендере Corona.

Ситуация в играх выглядит ещё интереснее. Судя по графику усреднённой игровой производительности, DDR4-4000 почти не отстаёт от DDR5-6000: разница между этими вариантами памяти не превышает 1 %. Иными словами, настройка таймингов DDR4 позволяет получить больший прирост, чем настройка DDR5, и в результате разница в быстродействии Alder Lake с разными типами памяти становится совсем небольшой, особенно при игровом использовании системы.

Если пройтись по отдельным играм, то выяснится, что DDR5 имеет преимущество перед DDR4 в семи случаях из десяти. Но при этом заметное превосходство DDR5-6000, достигающее нескольких процентов, отмечается лишь в одной игре – Marvel's Guardians of the Galaxy. В остальных же случаях речь идёт о преимуществе на уровне 1-2 %. И это значит, что в текущих реалиях DDR4 вполне может заменить DDR5 в игровых системах. Единственное, память при этом должна быть качественной, быстрой и тщательно настроенной.

⇡#Выводы

Intel называет поддержку новой памяти DDR5 SDRAM одним из ключевых преимуществ Alder Lake. И отчасти это правда: DDR5 действительно помогает этим процессорам показывать рекордную производительность. Однако положительный эффект, который даёт такая память, не стоит переоценивать. Главной причиной, почему Alder Lake оказались такими удачными, является отнюдь не память, а их микроархитектура. Поэтому LGA1700-системы, укомплектованные DDR4 SDRAM, имеют полное право на существование: память прошлого поколения процессоры Alder Lake как минимум не портит.

Тем не менее существует определённый круг приложений, на которые DDR5 SDRAM оказывает поистине магический эффект. Эти приложения объединяет потоковая обработка больших объёмов данных, и в них использование DDR5 с высокой пропускной способностью может дать весьма заметный прирост производительности – вплоть до двузначного числа процентов. Однако, во-первых, таких приложений совсем немного, а во-вторых, к ним совершенно точно не относятся игры. Поэтому говорить о важности DDR5 можно лишь применительно к конфигурациям, задействованным в специфичной профессиональной деятельности, которая связана с обработкой медиаконтента высокого разрешения.

Большинство же среднестатистических пользователей вполне могут перейти на платформу Intel нового поколения в варианте с DDR4. Но чтобы производительность Alder Lake при этом раскрылась наилучшим образом, акцент при выборе DDR4-памяти стоит сделать на сочетании достаточно высоких частот и низких латентностей. Идеальным вариантом является память, способная работать с низкими задержками в режимах от DDR4-3600 до DDR4-4000. Кроме того, сильно помогает повысить быстродействие Alder Lake минимизация таймингов вручную, хотя этот процесс и довольно трудоёмок. Но зато, как показали тесты, настроенная DDR4-4000 делает игровую систему на базе Alder Lake почти такой же быстрой, как если бы в ней была установлена новейшая DDR5-6000.

Впрочем, среди читателей этой статьи наверняка найдутся и максималисты, которые посчитают, что комбинирование новейших процессоров Core с памятью прошлого поколения – не по фэншуй. И таким энтузиастам мы рекомендуем обращать внимание на комплекты DDR5 SDRAM, которые хорошо масштабируются по частоте и допускают снижение таймингов. В первую очередь это память, основанная на чипах Samsung, а во вторую – на чипах SK Hynix. Обычно такие микросхемы попадают в модули, рассчитанные на скорости DDR5-6000 и выше.

Но всё же для среднестатистического пользователя в данный момент преимущества DDR5 не столь очевидны, чтобы оправдать её значительно более высокую цену. Пока DDR5 не станет широко доступна на рынке, пока её типичные частоты не повысятся на пару ступенек, пока стоимость таких модулей не перестанет включать в себя наценку за новизну и эксклюзивность, привычная DDR4 SDRAM будет оставаться предпочтительным вариантом для Alder Lake. Обнаружить какую-то особенную синергию между новыми процессорами и новой памятью в её сегодняшнем виде нам не удалось. В теории DDR5 SDRAM обладает более высокой эффективностью, но по состоянию на сегодняшний день DDR4 SDRAM на архитектурные улучшения новой памяти уверенно отвечает разгоном и низкими таймингами.