Кто хочет самостоятельно собрать себе компьютер с процессором производства компании Intel или модернизировать уже имеющийся, сталкивается с важным вопросом: DDR3 или DDR4? Актуальное поколение процессоров Skylake с сокетом LGA1151 поддерживает оба типа памяти. Что может подойти вам - зависит от материнской платы. Мы взяли две практически идентичные системы и сравнили их друг с другом с помощью бенчмарков. Единственным различием был тип оперативной памяти.

DDR3 и DDR4: преимущества и недостатки

Оперативная память стандарта DDR4 не так уж и нова. Некоторые материнские платы (Socket 2011-3) поддерживают его уже на протяжении несколько лет, и в настоящее время такие платы начального уровня вы можете приобрести по ценам, начинающимся примерно от 3800 рублей.

DDR4 отличается от DDR3 «плотностью» чипа, тактовой частотой и напряжением: теоретически DDR4 может адресовать больше Гбайт памяти и достигать более высоких тактовых частот. Однако тайминги у DDR4, как правило, выше, чем у DDR3. Суть вот в чем: для геймеров такой важный параметр, как латентность памяти, рассчитывается исходя из таймингов и тактовой частоты. Чем меньше латентность, тем быстрее система передает данные из памяти. Таким образом, более высокая тактовая частота DDR4 по сути противопоставляется лучшим таймингам DDR3. По этой причине на практике DDR3 может быть быстрее DDR4.

Какие тайминги у вашей оперативной памяти, можно узнать, как правило, посмотрев на числа после аббревиатуры «CL» (Column Address Strobe Latency) - чем они меньше, тем лучше.

Тестируемая система

В теории наша планка памяти DDR 3 с ее короткими таймингами, несмотря на меньшую тактовую частоту, должна быть чуть-чуть быстрее, чем DDR4. Как оказалось, в данном случае тип памяти почти никак не повлияет на игры: результаты как синтетических бенчмарков (3DMark), так и подсчета частоты обновления картинки в игре, оказались практически одинаковыми. В системных тестах (PCMark) небольшие различия есть. Cinebench 15 показал прибавку примерно на 15 fps при использовании DDR4.

DDR3 против DDR4

Что происходит?

В DX11 Feature Test память DDR4 прибавляет количество Draw Calls ощутимо - при DX12 на 6,5 %, при DX11 аж на 29,21 %. Feature-Test должен показывать, насколько эффективен API DirectX. Для этого ведется проверка - сколько инструкций процессор может отправить в течение одного периода к графической подсистеме. Высокое значение означает, что CPU не замедляет работу GPU.

На момент проведения теста мы не можем назвать преимущества DDR4 над DDR3 какими-то особенными. Поскольку мы протестировали только одну аппаратную комбинацию, предположим, что контроллер памяти процессоров более эффективно работает со стандартом DDR4. Это явление мы будем более внимательно исследовать с другими планками памяти стандартов DDR3 и DDR4.

На DDR4 SDRAM – оперативную память нового поколения. Стандарт во всех деталях описывает устройство памяти, но о том, в чём, собственно, отличия от памяти предыдущего поколения, или какие преимущества сулит переход на DDR4 сказано или совсем немного или не сказано вообще (вероятно, в надежде на фантазию читателей:-)).
В этом посте я постараюсь изложить основные отличия DDR3 от DDR4, и какие преимущества несет для конечных пользователей новый стандарт памяти.

Увеличение объема и производительности

Одно тонкое, но в то же время важное отличие, заключается в том, как организованы чипы памяти.
8Gb x4 DDR4 чип обычно состоит из 4 групп банков, по 4 банка в каждой группе. Каждый банк такого чипа содержит 131.072 (2 17) строк (rows), по 512 байтов каждая. Для сравнения 8Gb x4 DDR3 чип содержит 8 независимых банков, 65.536 (2 16) строк на банк, по 2048 байтов в каждой строке. При равном объеме, у DDR4 чипа в два раза больше банков и гораздо короче строки памяти. Это означает, что новая память может переключаться между банками памяти гораздо быстрее, чем это делала DDR3. В частности, для 8Gb x4 DDR4 чипов, заявленных как 1600 MT/s compatible, показатель tFAW(Four-bank Activation Window) равен 20ns, что вдвое меньше, чем у DDR3 (40ns). Это означает, что DDR4 чипы памяти могут открывать произвольные строки в разных банках в два раза быстрее, чем DDR3.

Сравнение DDR3 и DDR4 показывает, что наибольший модуль DDR3, который теоретически может быть сконструирован, будет иметь размер 128GB (используя QDP (quad die package – упаковка четырех чипов в один корпус) и 8Gb кристаллы) (рис. 1). Для DDR4, используя 16Gb кристаллы, и восьмислойную упаковку кристаллов в чип, теоретически можно создать модуль памяти объемом до 512GB. Количество контактов на модулях DDR4 увеличилось до 284, чтобы адресовать такой объем памяти. Каждый чип DDR4 памяти может представлять собой стек из 2, 4 или 8 кристаллов DRAM. Стек из 8 слоёв описан в дополнениях к спецификации и скорее всего потребует использования TSV (through silicon via) для своей практической реализации.
В целом все эти изменения направлены на создание модулей памяти большей ёмкости и увеличение производительности.

Рисунок 1. Сравнение модулей DDR3 и DDR4

Улучшенная энергоэффективность

Другая важная часть спецификации DDR4 – повышение энергоэффективности по сравнению с DDR3. Кроме снижения напряжения на I/O с 1.35V до 1.2V, новый стандарт также специфицирует использование более высокого уровня напряжения внутри чипов (DRAM word line 2.5V), что обеспечивает быстрый доступ в активном режиме и малый ток утечки в пассивном.

Изменилась и электрическая реализация интерфейса ввода-вывода данных. Новый интерфейс носит название pseudo-open drain (POD, «псевдо-открытый сток») и его основное отличие в том, что в схеме не протекает ток, когда на линии установлен высокий уровень напряжения. Электрические интерфейсы DDR3 и DDR4 показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Электрические интерфейсы data I/O для DDR3 и DDR4.

Уменьшение напряжение на I/O, изменения электрического интерфейса и уменьшение длины строк в банках памяти приводят к существенному сокращению энергопотребления по сравнению с DDR3. Предварительные оценки говорят о 30% выигрыше. Хотя, разумеется, это зависит от характера обращений к памяти, техпроцесса и многих других факторов. Такой выигрыш может использоваться для того, чтобы увеличить тактовую частоту и, соответственно, скорость работы, или для того, чтобы сэкономить немного энергии при той же производительности.

Надежность

Также, много немаловажных изменений относятся к надежности (RAS) DDR4. Например, спецификация говорит об обнаружении и коррекции чипами памяти ошибок, связанных с контролем четности команд и адресов.

Другой пример – то, что чипы DDR4 имеют режим тестирования соединений. Этот режим позволяет контроллеру памяти проверять электрические связи (и находить «обрыв» линий), гораздо быстрее, чем раньше, и без использования инициализирующих последовательностей.
Также модуль DDR4 может быть сконфигурирован так, чтобы отбрасывать команды, содержащие ошибки контроля четности. В DDR3 такие команды пропускались и доходили до чипов памяти, многократно усложняя восстановление после сбоев.
А как пример одной из необязательных «фич», которые содержит спецификация можно привести проверку контрольных сумм для записываемых в память данных.

Все эти и другие возможности направлены на то, чтобы обеспечить рост рабочих частот и объемов памяти (связанные с ростом количества ошибок в работе), при этом гарантируя стабильную работу.

С более высокой производительностью и энергоэффективностью, DDR4 память уже в 2014 году должна без труда занять своё место в многоядерных серверных и настольных системах. А затем, за счет меньшей цены за единицу объема в дополнение к другим преимуществам, DDR4 должна добраться и в другие устройства.

После использования стандарта DDR3 в течение восьми лет, производители оперативной памяти по всему миру начали процесс выпуска новейших чипов памяти в форме DDR4. Но в чём заключается преимущество (если оно вообще есть) DDR4 над DDR3 в реальных задачах, и стоит ли переходить на новый, более дорогой стандарт?

Технические улучшения DDR4 RAM

На данный момент существует три основных типа оперативной памяти для компьютеров потребительского класса: DDR3, DDR3L и DDR4.

Основными преимуществами DDR4 над своим предшественником DDR3 являются: более широкий диапазон тактовых частот и таймингов, низкое энергопотребление и уменьшенная задержка. У DDR3 есть четыре основных диапазона тактовой частоты (она определяет, насколько быстро оперативная память способна считывать и записывать данные): 1333 МГц, 1600 МГц, 1866 МГц и 2133 МГц. При этом 2133 МГц — максимальный предел возможностей такой памяти. Конфигурации на 800 МГц и 1066 МГц теоретически всё ещё существуют, но, по большей части, были вытеснены более современными вариантами.

DDR4, с другой стороны, похоже, не имеет ограничений в плане тактовой частоты. По крайне мере, ни один производитель пока не уткнулся в потолок. Каждый раз, когда кто-то достигает показателей, кажущихся пределом, другая компания устанавливает новый стандарт экстремальной производительности. В этом месяце сотрудники G.Skill представили конфигурацию с DDR4 на 128 Гб, состоящую из четырёх планок памяти по 32 Гб с тактовой частотой 3000 МГц. Тем временем, до полок магазинов уже добралась серия G.Skill TridentZ на 8 Гб, работающая на частоте 4266 МГц.

Далее, потребляемая мощность большинства моделей DDR3 варьируется в пределах от 1,5 вольт в стандартных конфигурациях, до 1,975 вольт в разогнанных машинах. Оперативная память DDR4 работает гораздо эффективнее, требуя всего 1,2 вольта. Вдобавок, количество потребляемой энергии можно снизить до 1,05 вольт, в зависимости от производителя и объёма памяти. Конечно, стандарт DDR3L тоже может похвастаться определёнными успехами в этом плане, опускаясь до 1,35 вольт (буква «L» означает «Низкое напряжение»), но эффективность DDR4 находится на совершенно другом уровне.

С точки зрения непрофессионала, это значит, что память DDR4 способна передавать данные быстрее, потребляя при этом меньше энергии, что увеличивает стабильность системы в долгосрочной перспективе. Это помогает снизить риск повреждения памяти во время разгона, а также уменьшает нагрузку особо требовательных программ на систему в целом.

Ну и наконец, последним преимуществом DDR4 над DDR3 является увеличение максимального лимита памяти, который можно установить на одной материнской плате. В наилучшем возможном сценарии, теоретический лимит конфигурации с памятью DDR3 составляет 128 Гб, тогда так верхний предел DDR4 в четыре раза выше и равняется 512 Гб. Впрочем, системы с таким количеством памяти пока не тестировались в реальных условиях.

Haswell-E против Skylake

Лишь ограниченно число процессоров сейчас поддерживает DDR4. К ним относится линейка Haswell-E от Intel, а также новейший четырёхъядерный процессор Skylake той же компании.

Оперативная память DDR4 впервые появилась на рынке в прошлом году, вместе с релизом Haswell-E. Согласно независимым тестам издания Anandtech, которое сравнивало DDR3 с DDR4 на совместимой с Haswell игровой конфигурации, разница между этими типами памяти была минимальной или вообще нулевой.

Хотя Skylake лучше Haswell справляется с приложениями, нагружающими ЦПУ, разница между DDR3 и DDR4 всё равно не слишком ощутима. Когда сотрудники Anandtech провели похожие тесты в GTA V, воспользовавшись процессором Skylake i7-6700k и 16 Гб оперативной памяти DDR4, работающей на частоте 2133 МГц, показатель кадров в секунду увеличился лишь на несколько десятичных долей по сравнению с аналогичной конфигурацией, оборудованной DDR3.

К счастью, разрыв в производительности оказался более очевиден, когда дело дошло до профессиональных приложений, работающих в системе на базе Skylake. При извлечении архива с помощью утилиты WinRar (как известно, этот процесс очень сильно нагружает память), DDR4 смогла показать лучшие результаты. Объектом тестирования был архив объёмом 1,52 Гб, содержащий различные файлы, включая изображения, программы и видео в разрешении 720p.

Невооружённому глазу подобный рост производительности может показаться незначительным. Однако для специалистов, работающих с приложениями такого типа практически ежедневно, экономия времени благодаря использованию DDR4 может оказаться весьма значительной.

Таким образом, хотя Skylake и не даёт ощутимых преимуществ над Haswell в плане компьютерных игр, совершенно ясно, что DDR4 позволяет увеличить скорость работы программ вроде WinRar или Photoshop, активно использующих оперативную память, на любом поколении ЦПУ.

Как и продукты любой новой технологии, плашки памяти DDR4, очевидно, будут стоить дороже своих аналогов класса DDR3. Сравнивая две модели оперативной памяти одного и того же производителя, мы обнаружили, что пара плашек DDR3 Savage на 8Гб (16 Гб в общем) с тактовой частотой 2400 МГц стоит 103,99 долларов на Newegg, тогда как такая же память DDR4 обойдётся вам уже в 129,99 долларов — почти на 21% дороже. Не слишком плохо, но всё же ощутимо. К счастью, стоимость DDR4 за последний год сильно упала, и такая тенденция будет продолжаться по мере массового распространения данного стандарта.

Впрочем, не забывайте, что это цена лишь самих плашек памяти. Мы не учитываем стоимость дополнительных компонентов, которые могут вам понадобиться для обеспечения полной совместимости своей системы с DDR4. Если ваш компьютер оборудован устаревшей материнской платой или несовместимым процессором (например, старой моделью Haswells или её аналогом от AMD), вам придётся заменить их, чтобы воспользоваться памятью DDR4.

Стоит ли обновлять компьютер?

На данный момент нет.

В случае компьютерных игр, преимущество DDR4 над своим предшественником в лучшем случае минимально (пока). Похоже, что на рынке сейчас просто недостаточно игр AAA класса, способных использовать DDR4 на полную мощность. А вот для специалистов, работающих с графическими приложениями вроде Photoshop, уменьшенная задержка и лучшее время отклика вполне могут оправдать переход с уже устаревающих стандартов DDR3 и DDR3L.

Если при сборке следующего ПК вы хотите, чтобы он оставался конкурентоспособным как можно дольше, нет никаких явных причин отказываться от использования DDR4 в конфигурации на базе Skylake. Тем не менее, если вы недавно собрали компьютер с DDR3 или DDR3L, а также процессором Haswell, либо хотите сэкономить немного денег, вполне возможно, увеличенная цена остальных компонентов того не стоит.

Итак, процессоры Intel Skylake работают и с DDR3-памятью, и с DDR4. Но не все так просто. Встроенный контроллер официально поддерживает память DDR4-1866/2133 при напряжении 1,2 В или DDR3L-1333/1600. Буква L в названии означает Low Power. То есть напряжение не должно превышать 1,35 В. Большинство «старой» DDR3-памяти работает при 1,5/1,65 В. Получается, что такие «мозги» не подходят для чипов Skylake. Вот и Intel рекомендует использовать исключительно DDR3L-1333/1600. Применение обычной DDR3, по заявлению чипмейкера, со временем выведет центральный процессор из строя.

Как вы сами понимаете, в краткосрочной перспективе проверить этот факт не представляется возможным. Тем не менее некоторые материнские платы поддерживают установку обыкновенной DDR3-памяти с напряжением 1,5 В и выше. Существуют подводные камни. Например, ASUS Z170-P D3 при установке кита DDR3-2133 (1,65 В) автоматически выставила этому набору напряжение 1,48 В. Разность потенциалов в размере 1,5 В и выше BIOS платы помечает ярко-красным цветом - сигнализирует, что достигнут критический параметр, способный повредить железо. Одновременно в списке поддерживаемой памяти ASUS Z170-P D3 есть большое количество модулей, работающих с напряжением 1,5/1,65 В. У MSI нет плат на чипсете Z170 Express с поддержкой DDR3. У ASRock и GIGABYTE, подобно решениям ASUS, тоже есть устройства с гарантированно совместимой высоковольтной памятью.

Так кто же лукавит: Intel, которая всевозможными способами старается склонить покупателя к покупке DDR4, или производители материнских плат, цепляющиеся за любую возможность продать еще немного технологичного текстолита? Боюсь, что на этот вопрос ответит лишь время.

В 2016 году оперативная память поколения DDR4 прочно закрепилась на рынке, став не перспективной, но дороговатой технологией, а вполне доступным решением. Цены на чипы DDR3 и DDR4 почти сравнились, при этом, последняя привлекательна тем, что имеет более высокие тактовые частоты. Чем отличается память DDR3 от DDR4 — знают немногие, однако часто продавцы выставляют новинку, как явное преимуществом. Так ли это — попробуем разобраться.

Разработки памяти DDR4 были начаты пусть и не в годы бородатой древности, но относительно давно. Первые движения в этом плане предпринимались JEDEC в 2005-2006 годах, когда большинство домашних ПК еще было на базе DDR первого поколения. Однако в массовую продажу новые чипы (и платы, их поддерживающие) поступили лишь в 2014-2015 годах, когда Intel представили процессоры под сокет 1151. С тех пор не утихают споры, какая память лучше — DDR3 или DDR4.

Цифры и попугаи

Основным аргументом в пользу новой памяти DDR4 являются ее теоретические характеристики. Так, предел скоростей памяти увеличился: в массовом сегменте ранее царила память DDR3 с частотами 1333, 1600 и 1866 МГц (точнее, не мегагерц, а миллионов трансферов в секунду, так как все типы памяти DDR одновременно могут передавать по 2 байта данных за такт), а более высокие частоты поддерживались лишь в режиме разгона, и не всеми процессорами. Память DDR4 имеет минимальные скорости на уровне тех же 1866 или даже 2133 МГц (МТ/с). Нехитрая арифметика показывает, что DDR4 1866 передает за один момент времени в 1,5 раза больше данных, чем DDR3 1333.

А теперь — о латентности

При учете скоростных параметров важно помнить, что полное название памяти (аббревиатура) выглядит как DDR3/DDR4 SDRAM. Сокращение RAM в данном случае указывает, что это Random Access Memory или Память Случайного Доступа. Выражаясь общепонятно, эти заумные слова означают, что память ориентирована на случайный доступ к данным по всему массиву памяти, всем ячейкам. То есть, контроллер может в любой момент обратиться к любой пустой ячейке, чтобы записать туда данные, или к любой занятой ячейке — чтобы считать их оттуда. Происходит это не мгновенно, а определенное время, которое измеряется в тактах. Это значение указывается в характеристиках, как CAS-латентность (CL), а в просторечии именуется таймингами.

Важной особенностью (и важным недостатком) памяти является тот факт, что с остом тактовой частоты — вырастает и задержка. К примеру, для памяти DDR 1-го поколения, частотой 400 МГц, типичным значением CL было 2,5 такта. Если разделить время (1 секунда) на количество тактов (400 миллионов) — длительность такта получается на уровне 2,5 нс (наносекунд). 2,5 такта по 2,5 нс — это 6,25 нс суммарно. Результат нужно умножить на 2, так как задержка, как и передача, происходит по 2 фронтам. Таким образом, между подачей запроса на чтение ячейки и ее чтением у памяти DDR 400 проходит 12,5 нс.

Самая популярная тактовая частота памяти DDR3 составляет 1600 МГц, а типичная задержка — 9 тактов. Если секунду разделить на 1600 млн тактов — получается, что на такт уходит 0,625 мс. Умножив данное число на 9, получаем 5,625 нс, и умножаем на 2. То есть, задержка у памяти DDR3 1600 составляет 11,25 нс — всего на 10 % меньше, чем у древней DDR.

Типичная частота памяти DDR4, поддерживаемой современными процессорами, составляет 2133 МГц. Наиболее распространенная величина CAS-латентности — 15 тактов. 2133 миллиона тактов за секунду означают, что на один такт тратится 0,469 нс. Если умножить длительность такта на 15 (задержка), и умножить на 2 — получается, что у популярной памяти DDR4 2133 время задержки достигает 14 нс. Это больше (на те же 10 %), чем у покрытой мхом и шагающей на свалку истории DDR 400!

Конечно, на задержки, как единственную характеристику, полагаться нельзя. В линейном режиме записи и чтения новая память DDR4 существенно быстрее предшественников. Этим частично нивелируется почти не меняющееся время задержек, однако именно из-за них при росте скоростей — производительность системы не растет пропорционально, а разница между ddr3 и ddr4 остается не очень значительной.

А что на практике

Сравнение DDR3 и DDR4 в теории показывает, что новая память заметно быстрее предшественников в режиме линейных (последовательных) чтения и записи, но не отличается от них существенно в плане временных задержек доступа (5-7 нс). Однако голые цифры не всегда отражают реальную картину.

Тестирование DDR3 vs DDR4 проводились неоднократно с того момента, как появились процессоры Intel SkyLake, поддерживающие оба типа памяти. К сожалению, у нас сейчас нет под рукой материнской платы на сокете 1151 под память DDR3, но тесты с ресурса anandtech.com позволяют наглядно сравнить на практике оба типа памяти. Для тестирования использовались чипы памяти DDR4 2133 CL15 и DDR3 1866 CL9. Процессор испытательного стенда — актуальный Intel Core i7 6700K .

Тест в однопоточном режиме в бенчмарке Cinerbench показал практически равные результаты, с перевесом в 1 балл победила DDR3, но и это — в пределах статистической погрешности.

В многопоточном тестировании, в той же программе, разрыв составил 3 балла, показывая, что DDR3 лучше DDR4, но и это — несущественная разница.