DDR3 SDRAM для Ivy Bridge: какая лучше?

Исследование влияния скоростных параметров оперативной памяти на общую производительность современных систем — занятие, в общем-то, неблагодарное. Такие материалы редко пользуются большой популярностью среди читателей, поскольку все уже давно привыкли к тому, что зависимость быстродействия от частоты и таймингов установленной в платформе DDR3 SDRAM — крайне слабая. Да и в современных условиях, когда цены на память находятся ниже плинтуса, гораздо более разумной стратегией для большинства пользователей представляются дополнительные инвестиции в увеличение общего объёма подсистемы памяти, а не в улучшение её характеристик. По крайней мере объём памяти — куда более осязаемая и понятная величина, чем её частота и задержки, связь которых с отзывчивостью системы далеко не так очевидна.

Всё это привело к тому, что с течением времени оверклокерская память отошла к категории товаров для перфекционистов, а среднестатистические пользователи стали довольствоваться обычными модулями DDR3-1333 или DDR3-1600 SDRAM, которые в лучшем случае будут немного разогнаны, что называется, ради спортивного интереса. Так было, так есть, но будет ли так продолжаться и дальше? Вопрос этот возникает в связи с появлением на рынке нового семейства процессоров Ivy Bridge, которые пусть во многом походят на своих предшественников как две капли воды, но в то же время обладают и некоторыми особенностями, вносящими коррективы в привычную картину мира.

Так, в процессорах Ivy Bridge сняты старые ограничения по предельной частоте поддерживаемой DDR3 SDRAM. На практике это означает теоретическую возможность эксплуатации этих процессоров с высокоскоростной памятью вплоть до DDR3-3200 SDRAM, которой, правда, пока ещё не существует в природе. Впрочем, производители оверклокерских комплектов памяти восприняли такое изменение «правил игры» с огромным энтузиазмом: найти на прилавках магазинов, например, модули DDR3-2400 теперь не составляет особого труда. В результате разрыв между частотами «ходовых» и «элитных» вариантов памяти дошёл уже до двукратного размера. В то, что и это не сможет оказать существенного влияния на производительность систем в общеупотребительных задачах, поверить как минимум непросто.

Есть и ещё один аргумент: процессоры Ivy Bridge стали производительнее своих предшественников, а следовательно, их потребность в быстром получении данных для обработки возросла. Иными словами, вполне возможно, что наконец пройден критический рубеж, до которого скорости небыстрой памяти вроде DDR3-1333 или DDR3-1600 вполне хватало для подавляющего большинства нужд процессора. Тем более что значительный вклад в преодоление этого рубежа вполне могло внести и новое графическое ядро, использующее общую подсистему памяти наряду с вычислительными ядрами. Быстродействие графического ядра в Ivy Bridge скакнуло весьма существенно, а пропускная способность памяти для современных GPU — одна из основополагающих характеристик, оказывающая прямое влияние на скорость текстурирования. Поэтому вполне резонно ожидать, что если не традиционная вычислительная производительность, то уж скорость встроенной графики будет демонстрировать выраженную зависимость от частоты и задержек установленных в системе модулей DDR3 SDRAM.

Так или иначе, аргументов для исследования быстродействия систем на базе Ivy Bridge, оснащённых различной DDR3-памятью, предостаточно. Несмотря на бытующее скептическое мнение о предрешённости результатов такого тестирования, мы полагаем, что ситуация могла поменяться в корне. И в подтверждение готовы предложить практические результаты испытаний.

⇡#Описание тестовых систем

В подготовке этого материала была задействована платформа LGA1155, построенная на современной материнской плате с набором логики Intel Z77 Express, в которую мы устанавливали оверклокерские процессоры Core i5 с дизайнами Ivy Bridge и Sandy Bridge. Но главная роль в исследовании зависимости производительности от настроек подсистемы памяти досталась высокоскоростному комплекту памяти стандарта DDR3-2600, предоставленному нам компанией G.Skill.

В целом в тестировании были задействованы следующие аппаратные и программные компоненты:

• Процессоры:
  • Intel Core i5-2550K, разогнан до 4,5 ГГц (Sandy Bridge, 4 ядра, 6 Мбайт L3);
  • Intel Core i5-3570K, разогнан до 4,5 ГГц (Ivy Bridge, 4 ядра, 6 Мбайт L3).
  • Процессорный кулер: NZXT Havik 140;
  • Материнская плата: ASUS P8Z77-V Deluxe (LGA1155, Intel Z77 Express);
  • Память: 2x4 Гбайт, DDR3-2600 SDRAM, 10-12-12-31 (G.Skill TridentX F3-2600C10D-8GTXD).
  • Графическая карта: NVIDIA GeForce GTX 680 (2 Гбайт/256 бит GDDR5, 1006/6008 MHz).
  • Жёсткий диск: Intel SSD 520 240 GB (SSDSC2CW240A3K5).
  • Блок питания: Tagan TG880-U33II (880 Вт).
  • Операционная система: Microsoft Windows 7 SP1 Ultimate x64.
  • Драйверы:
    • Intel Chipset Driver 9.3.0.1019;
    • Intel Graphics Media Accelerator Driver 15.26.12.64.2761;
    • Intel Management Engine Driver 8.0.0.1399;
    • Intel Rapid Storage Technology 11.1.0.1006;
    • NVIDIA GeForce 301.42 Driver.

Заметьте, в настоящем тестировании мы использовали исключительно разогнанные до 4,5 ГГц процессоры. Дело в том, что повышение их тактовой частоты позволяет получить более ярко выраженную картину зависимости производительности от параметров подсистемы памяти.

⇡#Особенности контроллера памяти Ivy Bridge

Эволюция используемых в процессорах Intel контроллеров памяти была долгой и многоступенчатой. Однако, похоже, к настоящему времени инженеры пришли к оптимальной схеме, и с точки зрения архитектуры контроллера памяти Ivy Bridge и Sandy Bridge практически не различаются. Базисом же для безупречного функционирования нового контроллера стала введённая ещё в дизайне Sandy Bridge кольцевая внутрипроцессорная шина. Всем вычислительным и графическим ядрам она предоставила равноправный и быстрый маршрут доступа как к кешу третьего уровня, так и к собственно памяти. В результате пиковая скорость обмена данными существенно выросла, а процессоры Core для LGA1155-систем стали ощутимо опережать в практических тестах подсистемы памяти всех своих конкурентов.

Совершенно неудивительно, что в дизайне Ivy Bridge принципы взаимодействия процессора и контроллера памяти остались неизменными. Более того, инженеры не стали залезать и во внутренности контроллера: все изменения носят косметический характер, тем более что процессоры Ivy Bridge полностью совместимы с уже имеющейся платформой LGA1155. Так что мы вновь имеем дело с хорошо знакомым двухканальным контроллером, предназначенным для работы с DDR3 SDRAM. По сравнению с Sandy Bridge увеличились лишь официально поддерживаемые частоты — в характеристиках теперь значится работоспособность Ivy Bridge с DDR3-1333 и DDR3-1600, а новая версия технологии XMP получила номер 1.3. Впрочем, что первое, что второе — обычные «бумажные» улучшения. На практике они ровным счётом ничего не значат, их суть состоит в актуализации формальных спецификаций.

Так же как и раньше, контроллер памяти в Ivy Bridge может работать как в симметричном режиме, когда объём, частоты и задержки модулей, установленных в оба канала памяти, совпадают, так и в режиме совместимости, называемом Intel Flex Memory Technology. Суть технологии Flex Memory заключается в том, что, исходя из характеристик модулей, весь массив памяти разделяется на две части: одну, к которой можно применить симметричный режим доступа, и другую — которая должна работать в ассиметричном одноканальном режиме. В результате LGA1155-системы могут комплектоваться попарно различающимися наборами модулей DIMM в разных каналах, но падение производительности при этом не носит катастрофического характера.

Каждый канал контроллера памяти Ivy Bridge способен работать с одним или двумя односторонними или двухсторонними модулями DDR3 SDRAM, и это означает, что максимальный поддерживаемый современными LGA1155 системами объём памяти составляет 32 Гбайт. Для тех же, кто нуждается в больших объёмах памяти, Intel готова предложить платформу более высокого класса — LGA2011.

Всё сказанное в данном разделе до этого момента, по сути, является простым пересказом типовых свойств интеловского контроллера памяти и в равной степени справедливо не только для Ivy Bridge, но и для Sandy Bridge. Однако с внедрением свежего процессорного дизайна в контроллере памяти появились и оригинальные черты, обусловленные переходом к усовершенствованной схеме формирования его частоты.

Основополагающих изменений два. Во-первых, изменяемый множитель, отвечающий за получение результирующей частоты работы памяти, получил большую свободу. В то время как для Sandy Bridge максимально достижимым по частоте режимом памяти выступал DDR3-2400, в процессорах Ivy Bridge открылись и более быстрые режимы — теперь DDR3 SDRAM может тактоваться на частотах вплоть до 3200 МГц. Во-вторых, в схеме задания частоты памяти появился дополнительный переменный коэффициент, позволяющий к привычной 266-мегагерцевой дискретности добавить и другой вариант изменения частоты DDR3 SDRAM — с шагом 200 МГц.

В итоге, тактование памяти стало куда более гибким. Конечно, изменение базовой частоты тактового генератора (BCLK) в LGA1155-системах не работает, тем не менее для памяти можно выбрать частоту из множества заданных значений. Вот так, например, выглядит теперь список доступных для выбора режимов DDR3 SDRAM в платформе LGA1155 с процессором семейства Ivy Bridge.

Следует лишь иметь в виду, что данный скриншот сделан на материнской плате с чипсетом Z77, в которой был установлен процессор Core i5-3570K. Платы же, в основе которых лежат наборы логики H-серии, подобной гибкости в конфигурировании частоты DDR3 SDRAM не предоставляют. На них выбор будет ограничен лишь штатными DDR3-1333 и DDR3-1600. Ещё одно ограничение касается процессоров Ivy Bridge, не относящихся к оверклокерской K-серии. У них частота памяти беспрепятственно повышается только до 2400 МГц, более же скоростные режимы — неработоспособны.

Зато в системах с процессорами Core i5-3570K и Core i7-3770K для разгона DDR3 SDRAM открывается полное раздолье. Как показывают наши эксперименты, высокоскоростные режимы полностью функциональны, причём для их задействования даже не нужны никакие ухищрения вроде утомительного подбора второстепенных напряжений. Например, в нашей тестовой системе для стабильного функционирования Ivy Bridge совместно с DDR3-2667 SDRAM было достаточно лишь небольшого (всего на 50 мВ) повышения напряжения на контроллере памяти.

На простоту достижения высоких частот памяти указывает и сама Intel. Стабильность работы в этом случае можно улучшить изменением всего двух напряжений. Напряжения V_DDQ, которое подаётся непосредственно на модули. Но его, как и ранее, не рекомендуется поднимать выше 1.65 В во избежание повреждения или деградации процессора. И напряжения V_CCSA, отвечающего за питание системного агента и контроллера памяти. Эта величина имеет номинальное значение 0.925 В, и его небольшое превышение улучшает стабильность в режимах с высокой частотой DDR3.

В итоге можно заключить, что нововведения, реализованные в контроллере памяти процессоров Ivy Bridge, ориентированы в первую очередь на оверклокеров, которые предпочитают использовать DDR3 SDRAM в высокочастотных нештатных состояниях. Что же касается работы контроллера памяти в обычном режиме, то Intel не обещает никаких изменений по сравнению с Sandy Bridge.

Тем не менее для внесения полной ясности мы решили сравнить практические показатели скорости контроллеров Sandy Bridge и Ivy Bridge и при их работе с «обычной» двухканальной DDR3-1600 с типовыми таймингами 9-9-9-27-1N. Тестирование было проведено в одной и той же LGA1155-платформе, в которой заменялись только процессоры. Чтобы на производительность их контроллеров не оказывала влияние различная тактовая частота, и 22-нм, и 32-нм CPU были разогнаны до одинаковой частоты 4,5 ГГц. Все энергосберегающие технологии, как и технология Turbo Boost, отключались. Учитывая возможность формирования частоты памяти 1600 МГц у процессоров Ivy Bridge двумя способами (1600 МГц DDR = 100 МГц x 1,33 x 6 либо 1600 МГц DDR = 100 МГц x 1,00 x 8), испытаниям были подвергнуты оба варианта.

Результаты измерения пропускной способности и латентности подсистемы памяти приведены в таблице ниже:

Первый важный вывод, который можно сделать из полученных чисел, это — практически полная независимость производительности контроллера памяти Ivy Bridge от используемого «дополнительного» множителя. Тактование памяти с дискретностью 200 или 266 МГц даёт очень похожий результат. Практические показатели быстродействия при различных вариантах формирования частоты памяти различаются не более чем на десятые доли процента, что можно списать просто на погрешность измерений.

Что же касается относительной производительности контроллеров памяти Sandy Bridge и Ivy Bridge, то она, судя по всему, не совсем идентичная. В то время как пропускная способность подсистем памяти в целом различается не сильно, расхождения в практической латентности могут достигать и нескольких процентов. При этом сказать однозначно, какой из контроллеров работает быстрее, — совершенно невозможно. Всё зависит от нюансов использования памяти, так что в целом можно говорить, что с точки зрения операций с оперативной памятью ни владельцы Sandy Bridge, ни обладатели Ivy Bridge никаких конкретных преимуществ не получают.

⇡#Частота против таймингов

Каждый раз, когда речь заходит об оптимальном выборе памяти, рано или поздно встаёт вопрос о том, к чему стоит стремиться в первую очередь: к повышению частоты работы подсистемы памяти или же к снижению задержек. Однако на этот раз мы избежим подробных тестов модулей DDR3 SDRAM, отличающихся только лишь таймингами. Дело в том, что с выходом каждой новой платформы влияние задержек на общую производительность уменьшалось, и к настоящему времени оно, пожалуй, уже прошло критическую точку. Конечно, зависимость производительности от таймингов не полностью сошла на нет, но по сравнению с тем эффектом, который оказывает на быстродействие системы изменение частоты DDR3 SDRAM, она стала малозаметной.

Тому есть две основные причины. Во-первых, с ростом частот работы памяти её минимальная латентность в любом случае увеличивается, и на этом фоне относительная величина прибавки варьируемых задержек становится всё менее и менее заметной. Одно дело — увеличение тайминга на пару циклов с трёх-четырёх (как в случае DDR2 SDRAM), а другое — с семи-восьми (в случае DDR3 SDRAM). В первом случае латентность возрастает на 50-70 процентов, а во втором — лишь на 25-30 процентов. Соответственно, разница между различными вариантами таймингов у современной памяти уже далеко не так существенна, как ранее.

Вторая причина — это общее совершенствование схемы работы процессоров с памятью. Растёт не только число уровней кеширования данных, но и объём используемой современными процессорами кеш-памяти. Всё это маскирует реальную латентность оперативной памяти, сдвигая акценты на её пропускную способность.

Собственно, отсутствие необходимости гонки за низкими таймингами у высокочастотной DDR3 SDRAM давно уже просекли и производители оверклокерских комплектов памяти. Предложения с низкими задержками исчезли из продажи, и сейчас на прилавках магазинов достаточно трудно найти модули DDR3 SDRAM с латентностью менее 9 циклов. Число же предложений со сверхвысокими частотами и большими задержками при этом неуклонно растёт.

Впрочем, мы бы не хотели оставлять голословными утверждения о незначительности влияния таймингов на производительность подсистемы памяти в современных платформах, построенных на процессорах Ivy Bridge. Поэтому мы провели и практическое тестирование, в рамках которого сравнили реальное быстродействие идентичных систем с разогнанным до 4,5 ГГц Core i5-3570K, укомплектованных DDR3-1600 и DDR3-1867 SDRAM с различными задержками.

Приведённые графики выступают яркой иллюстрацией всего сказанного выше. Увеличение частоты работы памяти на 266 МГц оказывается более эффективным, нежели снижение всех задержек на 3-4 цикла. И с точки зрения реальной латентности даже DDR3-1867 с таймингами 9-9-9-27 оказывается лучше, чем DDR3-1600 с агрессивными задержками 7-7-7-21. Если же судить о быстродействии подсистемы памяти, опираясь на показатели реальной пропускной способности, то DDR3-1600 не может сравниться со слегка более высокочастотным вариантом вообще ни при каких обстоятельствах.

Всё это означает, что задержки памяти в современных системах стали совсем малозначительным параметром. Поэтому при выборе DDR3 SDRAM для процессоров Ivy Bridge в первую очередь надо обращать внимание на частоту её работы, а низкая CAS Latency и прочие подобные величины практически не сказываются на реальном быстродействии. Аналогичным образом следует поступать и при настройке и разгоне системы — сначала следует бороться за повышение частоты работы DDR3 SDRAM, а уж потом, при желании, заниматься минимизацией задержек.

⇡#Зависимость производительности от частоты памяти

Тем временем мы подошли к кульминационной части нашего материала: к выяснению того, насколько параметры подсистемы памяти могут повлиять на общее быстродействие платформы в реальных задачах. При этом, учитывая сделанные в предыдущем разделе выводы, мы решили отказаться от тестирования в общеупотребительных задачах подсистем памяти, различающихся одними только таймингами, и сделали основной упор на рассмотрение существенно более явной зависимости производительности от частоты DDR3 SDRAM. Для сравнения были выбраны распространённые конфигурации памяти с частотой от 1333 до 2667 МГц, для которых устанавливались наиболее типичные задержки. Конкретнее это означает, что в сравнении участвовали следующие варианты DDR3 SDRAM:

• DDR3-1333 9-9-9-27-1N;
• DDR3-1600 9-9-9-27-1N;
• DDR3-1867 9-9-9-27-1N;
• DDR3-2133 11-11-11-33-1N;
• DDR3-2400 11-11-11-33-1N;
• DDR3-2667 11-13-13-35-1N.

В остальном в тестовой системе, основанной на разогнанном до 4,5 ГГц четырёхъядерном процессоре Core i5-3570K с микроархитектурой Ivy Bridge, ровным счётом ничего не менялось.

В первую очередь в дело пошли синтетические тесты.

Увеличение частоты работы DDR3 SDRAM вполне ожидаемо позволяет поднять показатели практической пропускной способности и уменьшить практическую латентность. При этом достаточно любопытно, что наибольший рост скорости памяти наблюдается при увеличении частоты DDR3 SDRAM до 2133 МГц, в дальнейшем же влияние высокой частоты немного ослабляется. Но наиболее заметный скачок в результатах происходит на самом первом этапе, при переходе к 1600-мегагерцевой памяти, и это как бы намекает, что DDR3-1333 в современных условиях пора отнести к устаревшим предложениям. В целом же двукратное увеличение частоты памяти с 1333 до 2666 МГц выливается в не превышающий и 50 процентов рост реально наблюдаемой пропускной способности. Примерно в тех же масштабах изменяется и практическая латентность.

Впрочем, бенчмарк подсистемы памяти из Aida64 отличается тем, что носит однопоточный характер, из-за чего он раскрывает потенциал современных контроллеров памяти не в полной мере. Поэтому дополнительно мы воспользовались и бенчмарком Stream в однопоточном и четырёхпоточном (по числу процессорных ядер) режиме.

Действительно, здесь зависимость пропускной способности от частоты памяти проявляется более отчётливо, нежели в бенчмарке Aida64. Разгон памяти с 2133 МГц до 2400 МГц даёт очень заметный эффект, но следующая 266-мегагерцевая ступенька частоты уже не выглядит столь же полезной. Тем не менее итоговый прирост практической скорости обработки данных при переходе с DDR3-1333 на DDR3-2400 или на DDR3-2666 достигает уже 64 процентов.

Синтетические тесты рисуют «идеальную» картину, но не дают представления о том, как будет зависеть от частоты памяти скорость работы системы в привычных программах. Поэтому далее мы перешли к тестам в комплексных бенчмарках и реальных приложениях.

В синтетических тестах памяти всё выглядело очень красиво, но бенчмарки Futuremark рисуют более приземлённую картину. Частота памяти продолжает оказывать влияние на производительность системы, но разница в результатах не слишком впечатляет. Увеличение частоты памяти на 266 МГц поднимает интегральные показатели PCMark 7 и 3DMark 11 менее чем на один процент, заметную же чувствительность к параметрам подсистемы памяти демонстрирует лишь физический подтест графического бенчмарка. В нём за счёт разгона DDR3 SDRAM можно получить до 14 процентов дополнительного быстродействия.

Наибольшая зависимость производительности от частоты работы памяти наблюдается в архиваторе WinRAR. В прочих же приложениях быстрая DDR3 SDRAM способна обеспечить прибавку к быстродействию в пределах единиц процентов.

Однако ситуация, складывающаяся в игровых приложениях, от общей картины всё-таки несколько отличается. В геймерских системах скорость подсистемы памяти имеет большее, чем обычно, значение. И выбор для платформы, построенной на базе процессора Ivy Bridge, DDR3-памяти с высокой пропускной способностью может дать дополнительные 5-10 процентов производительности в играх, получить которые не всегда удаётся даже установкой более быстрых моделей процессоров.

⇡#Частота памяти и производительность встроенной графики

Встраиваемые в современные процессоры видеоядра задействуют для своих нужд системную память наряду с вычислительными ресурсами CPU. Поэтому их графическая производительность также должна зависеть от скорости работы установленной в платформе DDR3 SDRAM. Более того, в процессе 3D-рендеринга происходит весьма интенсивный обмен с памятью текстурной информацией, поэтому влияние её скорости должно быть как минимум не менее заметным, чем в случае традиционной вычислительной производительности. Именно поэтому мы и решили уделить отдельное внимание изучению производительности графического ядра Intel HD Graphics 4000 при работе системной памяти на различной частоте.

Началось исследование, естественно, с измерения графической производительности в популярном бенчмарке 3DMark 11.

Любопытно, но 3DMark 11 не выявляет существенного подчинения индекса графического быстродействия пропускной способности подсистемы памяти. Разница между самым лучшим (с DDR3-2666 SDRAM) и самым худшим (с DDR3-1333) результатом составляет всего лишь 2,5 процента, что даже меньше разницы в вычислительной производительности во многих неграфических приложениях. Судя по всему, микроархитектура Ivy Bridge, в которой видеоядро не только обладает собственной кеш-памятью, но и может пользоваться процессорным L3-кешем, нивелирует влияние пропускной способности подсистемы памяти на скорость работы графического ядра HD Graphics 4000/2500.

Впрочем, в реальных играх можно наблюдать несколько отличающуюся картину.

Скорость работы игр на встроенной в процессоры Ivy Bridge графике от частоты памяти всё-таки зависит. Влияние этого параметра весьма существенно: каждые дополнительные 266 МГц выливаются в повышение количества кадров в секунду на несколько процентов, а в целом разгон памяти способен дать прирост, достигающий порой 25-процентной величины. Однако такая прибавка характеризует увеличение скорости именно графического ядра лишь отчасти, ведь, как мы видели ранее, повышение производительности подсистемы памяти влечёт за собой рост игрового быстродействия и при использовании внешней видеокарты. Тем не менее если вы намереваетесь активно пользоваться встроенным в процессор Ivy Bridge графическим ядром, пренебрегать возможностью увеличения эффективности его работы посредством установки более быстрой DDR3 SDRAM явно не следует.