Что значит разогнать оперативную память
Где прогресс в оперативной памяти и зачем её разгонять?
Привет, GT! Все мы любим новое железо — приятно работать за быстрым компьютером, а не смотреть на всякие прогрессбары и прочие песочные часики. Если с процессорами и видеокартами всё более-менее понятно: вот новое поколение, получите ваши 10-20-30-50% производительности, то с оперативкой всё не так просто.
Где прогресс в модулях памяти, почему цена на гигабайт почти не падает и чем порадовать свой компьютер — в нашем железном ликбезе.
Стандарт памяти DDR4 имеет ряд преимуществ перед DDR3: большие максимальные частоты (то есть пропускная способность), меньшее напряжение (и тепловыделение), и, само собой, удвоенная ёмкость на один модуль.
Комитет инженерной стандартизации полупроводниковой продукции при Electronic Industries Alliance (более известный как JEDEC) трудится над тем, чтобы ваша оперативная память Kingston подходила к материнской плате ASUS или Gigabyte, и по этим правилам играют все. По части электрики, физики и разъёмов всё жёстко (оно и понятно, нужно обеспечить физическую совместимость), а вот в отношении рабочих частот, объёмов модулей и задержек в работе правила допускают некоторую волатильность: хотите сделать лучше — делайте, главное, чтобы на стандартных настройках у пользователей не было проблем.
Именно так получились в своё время модули DDR3 с частотой выше, чем 1600 МГц, и DDR4 с частотами выше 3200 МГц: они превышают базовые спецификации, и могут работать как на «стандартных» параметрах, совместимых со всеми материнскими платами, так и с экстремальными профилями (X.M.P.), протестированными на заводе и зашитыми в BIOS памяти.
Прогресс
Основные улучшения в этой сфере ведутся сразу в нескольких направлениях. Во-первых, производители непосредственно микросхем памяти (Hynix, Samsung, Micron и Toshiba) постоянно улучшают внутреннюю архитектуру чипов в пределах одного техпроцесса. От ревизии к ревизии внутреннюю топологию доводят до совершенства, обеспечивая равномерность нагрева и надёжность работы.
Во-вторых, память потихоньку переходит на новый техпроцесс. К сожалению, здесь нельзя проводить улучшения также быстро, как делают (делали последние лет 10) производители видеокарт или центральных процессоров: грубое уменьшение размеров рабочих частей, то есть транзисторов, потребует соответствующего снижения рабочих напряжений, которые ограничены стандартом JEDEC и встроенными в CPU контроллерами памяти.
Поэтому единственное, что остаётся — не только «поджимать» производственные нормы, но ещё и параллельно увеличивать скорость работы каждой микросхемы, что потребует соответствующего повышения напряжения. В итоге и частоты растут, и объёмы одного модуля.
Примеров такого развития много. В 2009-2010 году нормальным был выбор между 2/4 гигабайтами DDR3 1066 МГц и DDR3 1333 МГц на один модуль (обе были выполнены по 90-нм техпроцессу). Сегодня же умирающий стандарт готов предложить вам 1600, 1866, 2000 и даже 2133 МГц рабочих частот на модулях в 4, 8 и 16 ГБ, правда внутри уже 32, 30 и даже 28 нм.
К сожалению, подобный апгрейд стоит немалых денег (в первую очередь на исследования, закупку оборудования и отладку производственного процесса), так что ждать радикального уменьшения цены 1 ГБ оперативки до выхода DDR5 не придётся: ну а там нас ждёт очередное удвоение полезных характеристик при той же цене производства.
Цена улучшений, разгон и поиски баланса
Растущий объём и скорость работы напрямую влияет на ещё один параметр оперативной памяти — задержки (они же тайминги). Работа микросхем на высоких частотах до сих пор не желает нарушать законы физики, и на различные операции (поиск информации на микросхеме, чтение, запись, обновление ячейки) требуются определённые временные интервалы. Уменьшение техпроцесса даёт свои плоды, и тайминги растут медленнее, чем рабочие частоты, но здесь необходимо соблюдать баланс между скоростью линейного чтения и скоростью отклика.
Например, память может работать на профилях 2133 МГц и 2400 МГц с одинаковым набором таймингов (15-15-15-29) — в таком случае разгон оправдан: при большей частоте задержки в несколько тактов только уменьшатся, и вы получите не только увеличение линейной скорости чтения, но и скорости отклика. А вот если следующий порог (2666 МГц) требует увеличения задержек на 1-2, а то и 3 единицы, стоит задуматься. Проведём простые вычисления.
Делим рабочую частоту на первый тайминг (CAS). Чем выше соотношение — тем лучше:
2133 / 15 = 142,2
2400 / 15 = 160
2666 / 16 = 166,625
2666 / 17 = 156,823
Полученное значение — знаменатель в дроби 1 секунда / Х * 1 000 000. То есть чем выше число, тем ниже будет задержка между получением информации от контроллера памяти и отправкой данных назад.
Как видно из расчётов, наибольший прирост — апгрейд с 2133 до 2400 МГц при тех же таймингах. Увеличение задержки на 1 такт, необходимое для стабильной работы на частоте 2666 МГц всё ещё даёт преимущества (но уже не такие серьёзные), а если ваша память работает на повышенной частоте только с увеличением тайминга на 2 единицы — производительность даже немного снизится относительно 2400 МГц.
Верно и обратное: если модули совершенно не хотят увеличивать частоты (то есть вы нащупали предел для конкретно вашего комплекта памяти) — можно попытаться отыграть немного «бесплатной» производительности, снизив задержки.
На самом деле факторов несколько больше, но даже эти простые расчёты помогу не напортачить с разгоном памяти: нет смысла выжимать максимальную скорость из модулей, если результаты станут хуже, чем на средних показателях.
Практическое применение разгона памяти
В плане софта от подобных манипуляций в первую очередь выигрывают задачи, постоянно эксплуатирующие память не в режиме потокового чтения, а дёргающие случайные данные. То есть игры, фотошоп и всякие программистские задачи.
Аппаратно же системы со встроенной в процессор графикой (и лишённые собственной видеопамяти) получают значительный прирост производительности как при снижении задержек, так и при увеличении рабочих частот: простенький контроллер и невысокая пропускная способность очень часто становится бутылочным горлышком интегрированных GPU. Так что если ваши любимые «Цистерны» еле-еле ползают на встроенной графике старенького компа — вы знаете, что можно попробовать предпринять для улучшения ситуации.
Мэйнстрим
Как не странно, больше всего от подобных улучшений выигрывают среднестатистические пользователи. Нет, безусловно, оверклокеры, профессионалы и игроки с полным кошельком получают свои 0.5% производительности, применяя экстремальные модули с запредельными частотами, но их доля на рынке мала.
Что под капотом?
Шаг первый: прогреваем модуль памяти феном или активными нагрузками на чтение-запись (во втором случае вам надо быстренько выключить ПК, обесточить его и снять оперативку, пока она ещё горячая).
Шаг второй: находим сторону без наклейки и аккуратно подцепляем радиатор чем-нибудь в центре и по краям. Использовать печатную плату как основание для рычага можно, но с осторожностью. Внимательно выбираем точку опоры, стараемся избегать давления на на хрупкие элементы. Действовать лучше по принципу «медленно, но верно».
Шаг третий: открываем радиатор и разъединяем замки. Вот они, драгоценные чипы. Распаяны с одной стороны. Производитель — Micron, модель чипов 6XA77 D9SRJ.
8 штук по 1 Гб каждый, заводской профиль — 2400 МГц @ CL16.
Правда, дома снимать теплораспределители не стоит — сорвёте пломбу и плакала ваша пожизненная 1 гарантия. Да и родные радиаторы отлично справляются с возложенными на них функциями.
Попробуем измерить эффект от разгона оперативки на примере комплекта HyperX Fury HX426C16FW2K4/32. Расшифровка названия даёт нам следующую информацию: HX4 — DDR4, 26 — заводская частота 2666 МГц, C16 — задержки CL16. Далее идёт код цвета радиаторов (в нашем случае — белый), и описание комплекта K4/32 — набор из 4 модулей суммарным объёмом 32 ГБ. То есть уже сейчас видно, что оперативка незначительно разогнана ещё при производстве: вместо штатных 2400 прошит профиль 2666 МГц с теми же таймингами.
Помимо эстетического удовольствия от созерцания четырёх «Белоснежек» в корпусе вашего ПК этот набор готов предложить весомых 32 гига памяти и нацелен на пользователей обычных процессоров, не особо балующихся разгоном CPU. Современные Intel’ы без буквы K на конце окончательно лишились всех возможных способов получения бесплатной производительности, и практически не получают никаких бонусов от памяти с частотой выше 2400 МГц.
В качестве тестовых стендов мы взяли два компьютера. Один на базе Intel Core i7-6800K и материнской плате ASUS X99 (он представляет платформу для энтузиастов с четырёхканальным контроллером памяти), второй с Core i5-7600 внутри (этот будет отдуваться за мэйнстримовое железо со встроенной графикой и отсутствующим разгоном). На первом проверим разгонный потенциал памяти, а на втором будем измерять реальную производительность в играх и рабочем софте.
Разгонный потенциал
DDR4-2666 CL15-17-17 @1.2V
DDR4-2400 CL14-16-16 @1.2V
DDR4-2133 CL12-14-14 @1.2V
2133 / 12 = 177.75
2400 / 14 = 171.428
2666 / 15 = 177.7(3)
Попытки завести память на частоте 2900 МГц с повышением задержек до 16-17-18, 17-18-18, 17-19-19 и даже с подъёмом напряжения до 1.3 Вольта ничего не дали. Без серьёзных нагрузок компьютер работает, но фотошоп, архиватор или бенчмарк плюются ошибками или сваливают систему в BSOD. Похоже, что частотный потенциал модулей выбран до конца, и единственное, что нам остаётся — уменьшать задержки.
Лучший результат, который удалось достичь с тестовым комплектом из 4 модулей — 2666 МГц при таймингах CL13-14-13. Это существенно увеличит скорость доступа к случайным данным (2666 / 13 = 205.07) и должно показать неплохое улучшение результатов в игровом бенчмарке. В двухканальном режиме память разгоняется лучше: специалисты из oclab ухитрились довести комплект из двух 16 Гб модулей до частоты 3000 МГц @ CL14-15-15-28 с подъёмом напряжения до 1.4 Вольта — отличный результат.
Натурные испытания
Для нашего i5 со встроенной графикой в качестве бенчмарка мы выбрали GTA V. Игра не молодая, использует API DirectX 11, который давно известен и отлично вылизан в драйверах Intel, любит потреблять оперативную память и нагружает систему сразу по всем фронтам: GPU, CPU, Ram, чтение с диска. Классика. Вместе с этим GTA V использует т.н. «отложенный рендеринг», благодаря которому время расчёта кадра меньше зависит от сложности сцены, то есть методика испытания будет чище, а результаты — нагляднее.
За средний FPS возьмём значения, укладывающиеся в нормальное течение игры: пролёт самолёта, езда в городе, уничтожение супостатов имеют равномерный профиль нагрузки. По таким сценам (отбросив 1% лучших и худших результатов из массива данных) и получим средне-игровой FPS.
Просадки определим по сценам со взрывами и сложными эффектами (водопад под мостом, закатные пейзажи) аналогичным образом.
Подлагивания и неприятные фризы при резкой смене окружения (переключение от одного тестируемого случая к другому) случаются даже на монструозной GTX 1080Ti, постараемся их отметить, но в результаты не возьмём: в игре оно не встречается, и это, скорее, косяк самого бенчмарка.
CPU: Intel Core i5-7500 (4c4t @ 3.8 ГГц)
GPU: Intel HD530
RAM: 32 GB HyperX Fury White (2133 МГц CL12, 2666 МГц CL15 и 2666 МГц CL13)
MB: ASUS B250M
SSD: Kingston A400 240 GB
Для начала выставим стандартные частоты X.M.P.-профиля: 2666 МГц с таймингами 15-17-17. Встроенный бенчмарк GTA V выдаёт идентичный FPS и одинаковые просадки на минимальных и средних настройках в разрешении 720p: в большинстве сцен счётчик колеблется в районе 30–32, а в тяжёлых сценах и при смене одной локации на другую FPS проседает.
Причина очевидна — мощностей GPU достаточно, а вот блоки растеризации просто не успевают собрать и отрисовать большее число кадров в секунду. На «высоких» настройках графики результаты стремительно ухудшаются: игра начинает упираться непосредственно в скромные вычислительные возможности интегрированной графики.
2133 МГц CL12
Собственной памяти у GPU нет, и он вынужден постоянно дёргать системную. Пропускная способность DDR4 в двухканальном режиме на частоте 2133 МГц составит 64 бит (8 байт) × 2 133 000 000 МГц × 2 канала — порядка 34 Гб/с, с небольшими (до 10%) накладными потерями.
Для сравнения, пропускная способность подсистемы памяти у самой скромной дискретной карточки NVIDIA GTX 1030 — 48 Гб/с, а GTX 1050 Ti (которая легко выдаёт в GTA V 60 FPS на максимальных настройках в FullHD) — уже 112 Гб/с.
На заднем плане виден тот самый водопад под мостом, просаживающий FPS во внутриигровом бенчмарке.
Результаты бенчмарка просели до 28 FPS в среднем, а лаги при смене локаций и взрывах их ненапряжных просадок превратились в неприятные микрофризы.
2666 МГц CL13
40 Гб/с, сравнимо с младшей NVIDIA.
Максимальный FPS практически не вырос (0.1 не показатель и находится на грани погрешности измерений) — здесь мы всё ещё упираемся в скромные возможности ROP’ов, а вот все просадки стали менее заметны. В сценах с водопадом из-за высокой вычислительной нагрузки результат не изменился, во всех остальных — то есть на прогрузках, взрывах и прочих радостях, замедлявших работу видеоядра вырос в среднем на 10-15%. Вместо 25–27 кадров в нагруженных событиями эпизодах — уверенные 28–29. В целом игра стала ощущаться значительно комфортнее.
TL;DR и результаты
Нельзя оценивать скорость работы оперативной памяти по одной только частоте. У DDR4 достаточно большие тактовые задержки, и при прочих равных стоит выбирать память не только удовлетворяющую потребности вашего железа по рабочей частоте и объёму, но и уделять внимание этому параметру.
Проведённые тесты показали, что компьютеры на базе Intel Core i-серии со встроенной графикой получают заметный прирост производительности при использовании высокоскоростной памяти с низкими задержками. Видеоядро не имеет собственных ресурсов для хранения и обработки данных и пользуется системными отлично отвечает (до определённого предела) на рост частоты и снижение таймингов, так как от скорости доступа к памяти напрямую зависит время отрисовки кадра со множеством объектов.
Самое важное! Линейка Fury выпускается в нескольких цветах: белом, красном и чёрном — можно подобрать не только быструю память, но и подходящую по стилю к остальным комплектующим, как делают специалисты из HyperPC.
Закон Кирхгоффа и немного магии школьного образования позволяют утверждать, что память с чёрными радиаторами несколько будет холоднее в работе, чем другие варианты. Ну а для неверующих в свяфтую Физику есть замечательный пруф на образовательном канале МИФИ.
Если с мэйнстримовыми решениями всё понятно, то в топовом сегменте, где каждый системник — маленькое произведение искусства применение памяти и накопителей HyperX из обычных продуктовых линеек — как знак качества. При создании каждого кастомного проекта приходится учитывать множество факторов: тепловые нагрузки, пожелания капризного клиента, распределение воздушных потоков, акустические вопросы (мощный компьютер и тихий мощный компьютер — задачи, отличающиеся по сложности на порядок). HyperPC постоянно совершенствуют свои технологические процессы и остаются верны надёжным комплектующим — отсюда и превосходные результаты в их уникальных сборках. Но если вы предпочитаете готовым компьютерам — самобсор, то подобный комплект или одиночные модули HyperX Fury DDR4 можно приобрести в сети Юлмарт.
На этом всё, но мы не прощаемся. Прохладному лету — горячие темы, подписывайтесь на наш блог и все интересности не пройдут мимо.
1 — Из-за особенностей российского законодательства «пожизненная» гарантия будет действовать всего 10 лет со дня приобретения. Впрочем, в масштабах компьютерного железа с текущими темпами развития технологий и 10 лет срок не малый, а там и законодательство может измениться.
Почему вам стоит разгонять оперативную память (это легко!)
Любая программа на ПК использует для работы оперативную память, RAM. Ваша RAM работает на определённой скорости, заданной производителем, но несколько минут копания в BIOS могут вывести её за пределы стандартных спецификаций.
Да, скорость работы памяти имеет значение
Каждая запускаемая вами программа загружается в память с вашего SSD или жёсткого диска, скорость работы которых гораздо ниже, чем у памяти. После загрузки программа обычно остаётся в памяти некоторое время, и CPU получает к ней доступ по необходимости.
Улучшение скорости работы памяти может напрямую улучшить эффективность работы CPU в определённых ситуациях, хотя существует и точка насыщения, после которой CPU уже не в состоянии использовать память достаточно быстро. В повседневных задачах несколько дополнительных наносекунд не принесут вам особой пользы, но если вы занимаетесь обработкой больших массивов чисел, вам может помочь любое небольшое увеличение эффективности.
В играх скорость RAM может ощущаться гораздо сильнее. У каждого кадра есть только несколько миллисекунд на обработку кучи данных, поэтому если вы играете в игру, зависящую от скорости CPU (к примеру, CSGO), ускорение памяти может увеличить частоту кадров. Посмотрите на это измерение скорости от Linus Tech Tips:
Средняя частота кадров вырастает на несколько процентов с увеличением скорости RAM, когда большую часть работы делает CPU. Сильнее всего скорость памяти проявляется на минимальном показателе частоты; когда загрузка новой области или нового объекта должна произойти за один кадр, он будет прорисовываться дольше обычного, если будет ожидать загрузки данных в память. Это называется «микрозаикание», или «фриз», и игра может производить впечатление заторможенности даже при хороших показателях средней частоты кадров.
Разгонять память не страшно
Разгонять память совсем не так страшно, как разгонять CPU или GPU. Разгоняя CPU, вы должны следить за его охлаждением, за тем, справится ли охлаждение с увеличением частоты. Работать CPU или GPU могут гораздо громче, чем обычно [видимо, имеется в виду работа кулеров / прим. перев.].
Память не особенно перегревается, поэтому разгонять её довольно безопасно. Даже на нестабильных частотах худшее, что может произойти – это выявление ошибки при тесте на стабильность. Однако если вы проводите эти эксперименты на ноутбуке, вам нужно убедиться, что вы сможете очистить CMOS (восстановив настройки в BIOS по умолчанию), если что-то пойдёт не так.
Скорость, тайминги и CAS-латентность
Скорость работы памяти обычно измеряют в мегагерцах, МГц [так в оригинале; конечно, в герцах измеряют частоту, а частота влияет на скорость работы / прим. перев.]. Это мера тактовой частоты (сколько раз в секунду можно получить доступ в память), совпадающая с мерой скорости CPU. Стоковая частота DDR4 (современного типа памяти) обычно составляет 2133 МГц или 2400 МГц. Однако на самом деле это немного маркетинг: DDR обозначает «удвоенную скорость данных», то есть что память читает и пишет дважды за один такт. Так что на самом деле её скорость составляет 1200 МГц, или 2400 мегатактов в секунду.
Но большая часть DDR4 RAM работает на 3000 МГц, 3400 МГц или выше – благодаря XMP (Extreme Memory Profile). XMP, по сути, позволяет памяти сообщить системе: «Да, я знаю, что DDR4 должна поддерживать частоту до 2666 МГц, но почему бы тебе не ускорить меня?» Это ускорение из коробки, предварительно настроенное, проверенное и готовое к запуску. Оно достигается на уровне железа, при помощи чипа на памяти под названием Serial Presence Detect (SPD), поэтому на одну планку может быть только один профиль XMP:
У каждой планки памяти есть несколько встроенных вариантов тактовой частоты; стоковый вариант использует ту же самую систему SPD под названием JEDEC. Любая частота, превышающая скорость JEDEC, считается разгоном – то есть, XMP получается просто профилем JEDEC, разогнанным на заводе.
Тайминги RAM и CAS-латентность – два разных способа измерять скорость памяти. Они измеряют задержку (то, насколько быстро RAM реагирует на запросы). CAS-латентность – это мера того, сколько тактов проходит между командой READ, отправленной в память, и получением процессором ответа. Её обычно обозначают «CL» и указывают после частоты памяти, например: 3200 Mhz CL16.
Она обычно связана со скоростью работы памяти – чем больше скорость, тем больше CAS-латентность. Но CAS-латентность – лишь один из множества разных таймингов и таймеров, с которыми работает RAM; все остальные обычно просто называются таймингами памяти. Чем меньше тайминги, тем быстрее будет ваша память. Если вам захочется подробнее узнать о каждом из таймингов, прочитайте руководство от Gamers Nexus.
XMP не будет делать всё за вас
Вы можете купить планку памяти от G.Skill, Crucial или Corsair, но эти компании не производят сами чипы DDR4, лежащие в основе RAM. Они покупают чипы у фабрик, изготавливающих полупроводниковые устройства, что означает, что вся память на рынке происходит из небольшого количества главных точек: Samsung, Micron и Hynix.
Кроме того, модные планки памяти, которые помечаются как 4000 МГц и выше, и у которых заявлена низкая CAS-латентность, на самом деле не отличаются от «медленной» памяти, стоящей в два раза дешевле. Оба варианта используют чипы памяти Samsung B-die DDR4, просто у одного из них золотистый радиатор, цветные огоньки и украшенный стразами верх (да, это реально можно купить).
Приходя с фабрики, чипы подвергаются проверкам при помощи процесса под названием «биннинг». И не вся память показывает наилучшие результаты. Некоторые чипы хорошо ведут себя на частотах 4000 МГц и выше с низкой CAS-латентностью, а некоторые не работают выше 3000 МГц. Это называется кремниевой лотереей, и именно она повышает цену на высокоскоростные планки.
Но заявленная скорость не обязательно ограничивает реальный потенциал вашей памяти. Скорость XMP – это просто рейтинг, гарантирующий, что планка памяти будет работать на указанной скорости 100% времени. Тут играют большую роль маркетинг и сегментация продуктов, чем ограничения RAM; никто не запрещает вашей памяти работать за пределами спецификаций, просто включить XMP легче, чем разгонять память самому.
Также XMP ограничен определённым набором таймингов. Согласно представителям Kingston, в памяти «настраиваются только ’основные’ тайминги (CL,RCD,RP,RAS)», и поскольку у SPD есть ограниченное место для хранения профилей XMP, всё остальное решает материнская плата, которая не всегда делает верный выбор. В моём случае материнка Asus в режиме «авто» установила очень странные значения некоторых таймингов. Моя планка памяти отказалась работать по умолчанию, пока я не исправил эти тайминги вручную.
Кроме того, биннинг на фабрике жёстко задаёт диапазон напряжения, в котором должна работать память. К примеру, фабрика протестирует память с напряжением в 1,35 В, не будет продолжать тест, если память не покажет максимальных результатов, и даст ей метку «3200 МГц», под которую попадает большинство планок. Но что, если запустить память с напряжением в 1,375 В? А 1,39 В? Эти цифры еще очень далеки от опасных для DDR4 напряжений, но даже небольшой прирост напряжения может помочь значительно увеличить частоту памяти.
Как разгонять память
Самое сложное в разгоне памяти – определить, какие частоты и тайминги нужно использовать, поскольку в BIOS есть более 30 различных настроек. К счастью, четыре из них считаются «основными» таймингами, и их можно подсчитать при помощи программы Ryzen DRAM Calculator. Она предназначена для систем на базе AMD, но будет работать и для пользователей Intel, поскольку в основном предназначена для расчётов таймингов памяти, а не CPU.
Скачайте программу, введите скорость памяти и тип (если он вам неизвестен, то быстрый поиск серийного номера в Google может выдать вам результаты). Нажмите кнопку R-XMP для загрузки спецификаций, и нажмите Calculate SAFE [безопасный вариант] или Calculate FAST [быстрый вариант], чтобы получить новые тайминги.
Эти тайминги можно сравнить с прописанными спецификации при помощи кнопки Compare timings – тогда вы увидите, что на безопасных настройках всё немножечко подкручено, а основная CAS-латентность уменьшена на быстрых настройках. Будут ли у вас работать быстрые настройки – вопрос удачи, поскольку это зависит от конкретной планки, но у вас, вероятно, получится заставить память работать с ними в безопасном диапазоне напряжений.
Скриншот программы лучше отправить на другое устройство, поскольку вам понадобится редактировать настройки таймингов в BIOS компьютера. Затем, когда всё работает, вам нужно будет проверить стабильность разгона при помощи встроенного в калькулятор инструмента. Это процесс долгий, и вы можете прочитать наше руководство по разгону памяти, чтобы узнать все его подробности.