Сравнение памяти: 2х8ГБ и 1х16ГБ, XMP и ручной тюнинг таймингов

Оперативная память — это важнейший элемент современных компьютеров, который напрямую влияет на их производительность. В некоторых случаях, если её разогнать или заменить, можно значительно ускорить работу системы. Более того, в современных условиях разгон памяти может дать больший эффект, чем разгон центрального процессора.

Причина кроется в особенностях современных процессоров: они уже разогнаны почти до максимума или имеют возможность автоматического разгона до максимальной частоты при условии хорошей системы охлаждения. Больший разгон возможен только при использовании жидкого азота или специализированных систем охлаждения. Память же, в отличие от процессоров, обладает более широким диапазоном частот и таймингов, что позволяет добиться от неё большего, чем заявлено на упаковке. И после небольшой настройки памяти можно избежать некоторых просадок и даже в некоторых случаях повысить производительность.

Теперь непосредственно к теме данного материала. В данной статье я не собираюсь проверять «…действительно ли двухканальная память быстрее одноканальной?» Это утверждение — аксиома, которая сегодня уже не требует доказательств. Да и я этого делать не собираюсь, меня интересует два других момента: смогут ли два разноранговых, но разогнанных руками модуля оказаться быстрее одной одноранговой плашки с XMP-профилем на той же самой частоте, и как на это дело повлияет ручная корректировка таймингов. Супертонкой настройки во втором случае ждать не стоит, ибо в плане разгона памяти есть своя специфика. А сейчас, пожалуй, краткий анонс: в первом разделе небольшая теоретическая выжимка, после чего во второй главе поговорим о самой памяти, после чего в рамках третьей главы запустим несколько синтетических тестов, а четвёртая, заключительная, глава будет посвящена играм, причём в двух режимах.

Теория

Оперативная память — это довольно важный, но при этом необязательный компонент компьютеров. Да, формально ПК не запустится без установки рабочей планки памяти, но в теории система будет работать: в самом процессоре уже имеются регистры, которые являются обязательной памятью, и кэши, которые создают иерархию памяти. В данной иерархии ОЗУ — это добавочное звено, которое, как и все уровни кэшей, не являющиеся обязательным. Данные для вычислительных блоков могут быть запрошены хоть с накопителя, хоть с диска или удалённого устройства, вопрос будет лишь в скорости доступа к данным. Собственно, для этого в компьютерах и создаётся иерархия памяти, в которой ОЗУ отведено особое место: это промежуточный буфер, располагающийся между памятью процессора и накопителями, в который помещается запущенная программа с данными для дальнейшей работы, в случае с играми это могут быть игровые ресурсы или текстуры. Причина заключается в скоростях работы: запросить данный из RAM будет значительно быстрее, чем с накопителей, хотя всё ещё медленнее чем обратиться в регистры и кэши, которые значительно быстрее. И меньше.

Далее можно много говорить про различные параметры памяти, такие как частота, тайминги, ранги… Но каждая из этих тем довольно глубока, так что обсудим только некоторые общие моменты.

1. Частота памяти или кол-во транзакций в секунду, можно сказать, что основная характеристика памяти. В последнее время указывают именно кол-во транзакций, что более верно, но может вызвать некоторые вопросы у несведущих людей. Это происходит из-за того, что реальная частота памяти для DDR-стандарта в два раза меньше, чем указывается на коробке. Собственно, DDR так и расшифровывается: Double data rate, удвоенная скорость передачи данных. Таким образом, цифры, указанные на коробке, как раз означают кол-во передач информации за секунду.
2. Канальность. В десктопах используются один или два канала памяти, и установка памяти в разные каналы позволяет значительно увеличить ПСП (пропускная способность памяти) за счёт параллельного обращения к двум независимым каналам памяти.
3. Тайминги. Ныне не столь важная характеристика после появления в процессорах вместительного кэша, но всё равно влияющая на производительность. Тайминги — это настройки памяти: с их помощью регулируют циклы обновления ячеек, время доступа к определённым банкам и многие другие параметры. В итоге в BIOS (да-да-да, в современных платах UEFI) можно увидеть несколько десятков параметров, которые контролируют множество аспектов работы памяти. Понижая тайминги, можно повысить скорость доступа к определённым ячейкам памяти или снизить задержки при обращении к памяти, что и позволяет ускорить работу подсистемы памяти.
4. Ранг. Более интересная тема, ведь если планка памяти двухранговая, то это значит, что на одной физической планке распаяно два одноранговых модуля памяти. Но важно понимать, что двухранговая память это не то же самое, что и двухсторонняя чиповка памяти. И такое строение, в теории, может повысить скорость работы, однако из-за этого же могут возникнуть проблемы с разгонным потенциалом. Таким образом, одноранговая память может получить прибавку за счёт разгона, но это всё ещё надо проверять.

Оперативная память

Исходный комплект представляет из себя два «зелёных» модуля памяти от Crucial по 8 ГБ каждый, про которые уже шла речь в двух материалах (материал 1 и материал 2), текущие настройки и внешний вид памяти можно увидеть на фотографиях ниже:

На замену этим плашкам был взят комплект от Patriot: два модуля по 16 ГБ с XMP-профилем на 3200 MT/s серии Viper Elite II. Собственно, на момент покупки это был один из самых дешёвых комплектов объёмом 32 ГБ, который оценивался в 6800 руб., но с учётом бонусов и скидок от магазина и того меньше. Что же мы получаем за эту цену? Два модуля с простенькими радиаторами, довольно замысловатой формы, и никакой подсветки. Под радиатором скрывается планка с чёрным текстолитом, односторонняя и одноранговая компоновка, со второй стороны прослойка, соединяющая текстолит с радиатором. В коробке кроме модулей нет ничего: ни макулатуры, ни наклеек, ничего. Ниже можете увидеть упаковку, внешний вид модулей, а также фото одной из планок на просвет, где, собственно, видно, что с одной стороны сплошная прокладка, а все чипы с другой.

Как была разогнана память. Ниже можете увидеть настройки нового модуля согласно XMP, а также вручную скорректированные тайминги. Кроме этого, разумеется, скриншоты с информацией о плашке памяти из CPU-Z:

В итоге модуль на 16 ГБ при ручном разгоне сравнялся по таймингам с исходными модулями. Изначально было желание запустить память на таймингах 16, но в тестах выпадала ошибка. Продолжить крутить тайминги, подкручивая напряжение, конечно, можно было бы, но сегодня в этом нет необходимости, сразу по нескольким причинам: даже с текущими настройками удалось найти интересные результаты; разгон памяти — дело неблагодарное, ведь после каждого изменения приходится больше часа гонять стресс-тесты; повышать напряжение выше 1,35 В на постоянку… Нет, сделать это можно, можно гнать чуть ли не до 1,5 В, тем более что на плашках есть какие-никакие радиаторы, но встаёт вопрос обдува для отвода тепла. Корпус AeroCool Cylon — это непродуваемый ящик, который годится только для красивых фотографий и холодных сборок, а всё из-за отсутствия вентиляционных отверстий спереди корпуса. Так что оставляем это на потом, а сейчас переходим к остальному железу.

Тестовая система состоит из R5 5500 и RTX 3050. Видеокарта имеет 8 ГБ собственной памяти, поэтому упираться мы скорее будем в мощность чипа или ПСП, а не в объём видеопамяти. Процессор же относится к поколению Zen 3, но создан на основе мобильного чипа, что создаёт определённые тонкости: монокристальная компоновка может улучшить межъядерное взаимодействие, но кэш урезан до 16 Мб против 32 Мб в R5 5600. А для шести довольно быстрых ядер с многопоточностью столь малый размер кэша может оказать пагубное влияние, так что скорость работы с ОЗУ имеет несколько большее значение.

И просто немного информации. Платы от Gigabyte поддерживают предустановленные производителями памяти профили разгона, те самые XMP, но в BIOS их нет. Для них используется название D.O.C.P., и зачем его было выдумывать, не совсем понятно. Если это название от AMD для конкуренции с Intel XMP, то зачем было менять название на EXPO при переходе к новому стандарту DDR5? А если это Asus, то зачем выдумывать название для технологии, которая больше используется производителями ОЗУ и ЦП?

Тесты в синтетических задачах

Начнём с CPU-Z и встроенного в него бенчмарка. Для трёх режимов: 2х8 ГБ на 3200 ОС; 1х16 на 3200 XMP и 1х16 на 3200 ОС, проведём три прогона и вычислим среднеарифметическое:

Собственно, про этот тест говорить особо нечего, ибо результат колеблется в разные стороны от прогона к прогону сильнее, чем разница между усреднёнными вариантами трёх систем. Ну и данному хватает кэша процессора, в следствии чего влияние памяти тут заметить крайне сложно. Так что не будем задерживаться и проверим работу в архиваторе 7z:

Как видно по результатам данного бенчмарка, для архиватора важно ПСП, что выводит вперёд парочку зелёных модулей. При этом ужимание таймингов дало небольшой прирост, но с чем он связан? Для этого обратимся к тесту кэша и памяти AIDA64, что позволит нам оценить различие в скоростях и задержках:

Скорости упали более чем в два раза, что является следствием работы «зелёных» модулей в двухканальном режиме, при этом, ужав тайминги, можно отыграть всего 200-300 Мб/с. Но это же действие снижает задержки памяти почти на 10 ns, при этом более тонкая и качественная настройка позволит выиграть ещё несколько процентов. Ну и из этого уже можно сделать первый вывод: вшитый XMP-профиль явно создавался с хорошим запасом, и нацелен он на стабильность работы и простоту выставления, а не для получения максимальной производительности. Но вернёмся к тестам, и на очереди тест процессора в 3DMark, который выдал следующие результаты:

В общем и целом, различия не слишком значительны. Если исключить погрешность тестирования, путём проведении нескольких тестов, то можно сказать, что разница в результатах составляет не более двух процентов. Вероятно, этот тест больше зависит от вычислительных ядер, чем от памяти, хотя она всё же оказывает некоторое влияние. Возможно, новый тест Steel Nomad, который должен заменить устаревший TimeSpy при тестировании современных компьютеров, покажет какие-то отличия при изменении памяти? Кстати, этот тест можно запустить в режимах DX12 и Vulkan, так что проверим оба API.

Различия в результатах, опять же, в пределах погрешности. И этот тест тут специально, дабы подвести к факту: в большинстве реальных задач, не в последнюю очередь в играх, будет упор в видеокарту, и найти влияние памяти в таких тестах будет очень сложно.

Подведём промежуточный итог: в рабочих задачах, требовательных к памяти, как, например, архивация, разница будет довольно заметна. Однако если в дело вступает упор в одно ядро, или процессору будет хватать кэша для прохождения тестов, то разница от смены памяти будет укладываться в погрешность. Ну и не стоит забывать, что большинство современного софта позволяет использовать ускорение на GPU, и в частности на CUDA от Nvidia. Собственно, из-за этого было так мало синтетических тестов: используемое мной ПО либо опираются на GPU (DaVinci Resolve), либо упирается в возможности одного ядра, и текущего уровня более чем достаточно (QtCreator и SIQuester). Но ведь есть ещё и игры, но в них ситуация аналогичная. Так что, дабы получить некоторое влияние, проведём две группы тестов: реальные настройки в FHD для упора в RTX 3050, что покажет картину как есть, а также сниженное до HD разрешение и выключенное сглаживание для максимального упора в CPU, и в таких тестах память должна влиять на кадровую частоту.

Игровые тесты

В тестах будет 3 игры с бенчмарками: Cyberpunk 2077, Sid Meier's Civilization VI и Counter-Strike 2. Все игры, как и 3DMark, запускаются через Steam, для тех, кто не понимает, почему я это уточняю, рекомендую к ознакомлению данный материал.

Начнём с Sid Meier's Civilization VI. И, в связи с тем что используется Steam-версия, есть возможность запустить не просто тест, а тест «ИИ Gathering Storm», который использует более сложные правила и локации на основании дополнения Gathering Storm. В данном бенчмарке нет возможности использовать средства мониторинга из-за регулярных просадок, которые существенно искажают показатели, так что остановимся только на значениях «Время на ход», которые выдаётся по итогам теста.

Собственно, в данной игре результаты процессора с двухканальной памятью оказались лучше, что очевидно, а одноканал показал очень схожие результаты. Исходя из этого, можно сделать вывод, что данной игре важнее ПСП, чем задержки. И хотя разница в 1 секунду, или в процентном отношении около 2,2%, несущественна, результат повторяем. В целом, данный результат без подбора особых настроек можно получить и в других играх, но не во всех. Для этого игра должна быть требовательной к процессору, как Starfield. В данной игре процессор должен подготовить сцену с несколькими миллионами полигонов, параллельно занимаясь декомпрессией данных и обработкой различных взаимодействий в мире, не забывая о фоновых процессах, происходящих в ОС… В итоге на слабых компьютерах игра может задыхаться из-за сложных вызовов на отрисовку, как в своё время Watch Dogs 2. Так что в играх, которым требуются большие объёмы данных, ускорение подсистемы памяти может оказать влияние на итоговый FPS. Но если взять более простую для ЦП игру, или более видеокартоориентированную, например Alan Wake 2, где полигоны обрабатываются с помощью мешшейдеров, а максимум вычислений перенесено на ГПУ, то процессор будет прохлаждаться, вследствие чего ОЗУ будет минимально влиять на производительность, хотя при недостаточности видеопамяти, конечно, можно поискать разницу. Но сценариев можно придумать множество, так что важно понимать суть: большинство современных игр, особенно на высоких или ультра настройках, довольно требовательны к видеокарте, и при достаточности процессора и ОЗУ разница от их разгона будет минимальной, хотя отличия можно найти, и я их собираюсь далее продемонстрировать. Возьмём для этого бенчмарк Cyberpunk'а:

Разница в пределах пары кадров, что, опять же, укладывается в единицы процентов падения производительности. В реальном геймплее такое отличие вряд ли удастся заметить, но некоторые проблемы могут возникнуть в ситуациях, когда будет необходимо подгрузить большой массив данных, например при подходе к новой локации, из-за чего подсистема памяти может повлиять на итоговую частоту кадров. Но аналогичная ситуация возможна и при другом раскледе: видеокарта в системе современная и довольно мощная, а процессор уже устарел. При таком раскладе система будет упираться в производительность ЦП, для которого более быстрая память станет просто необходима. Для проверки этого запустим тестирование на аналогичных настройках, но снизив разрешение до HD:

Почему не отключено сглаживание? В данной игре используется TAA, отключение которого игроку недоступно, да и данный метод сглаживания сам по себе довольно лёгкий. И даже без этого удалось добиться упора в процессор, ну или удалось это сделать на протяжении почти всего теста без снижения настроек в минимум, ведь некоторые из них также могут влиять на процессор. В таблицах выше сравнивается разница по среднему FPS, но обратите внимание на разницу в максимальном FPS: при снижении задержек при почти неизменной скорости этой самой памяти увеличивается максимальный фпс. А уже из этого мы можем сделать вывод, что в некоторых ситуациях требования могут предъявляться не только к ПСП, но и к задержкам. Собственно, это и есть та интересная закономерность, про которую речь шла в начале. Ну и для полноты картины нужна новая игра, но которая будет показывать больше кадров в секунду. И для этого пойдёт довольно графонистый CS2 и тестовая карта FPS_Benchmark:

В этот раз я не мудрил с настройками, как в материале с тестами и графическим обзором на данную игру, и просто выставил максимальный пресет, ну, а во втором случае отключил сглаживание и снизил разрешение до 720р. В результате я получил то, что хотел, так что переходим к выводу.

Вывод

Начну с выводов для тех, кто пропустил весь текст и прыгнул сразу сюда. В данном материале не сравнивался двухканал и одноканал как таковой, набор памяти 2х8 использовался скорее как эталон, который был в системе изначально. Само же тестирование я проводил скорее для себя, чтобы понять профит после замены памяти, но, найдя несколько интересных деталей, решил поделиться найденными фактами. В результате я ответил для себя на следующие вопросы:

• Когда настройки памяти сильнее влияют на производительность?
• Позволяет ли более низкая задержка компенсировать снижение ПСП?

Ну и некоторые общеизвестные факты я проверял для себя: насколько двухканал решает, и насколько разгон одного модуля лучше разгона нескольких модулей. После тестов я установил второй модуль из комплекта, а чего ему пылиться, и попробовал запустить их с настройками при которых проводил тесты. Как итог они не прошли стрес-тест, и на текущей момент они работают с настройками XMP профиля и показывают следующие результаты:

Довольно неплохие циферки, которые в будущем можно улучшить дополнительным разгоном и ужиманием таймингов, а пока вернёмся в текущий материал и ответим на поставленные выше вопросы.

Когда настройки памяти сильнее влияют на производительность? Настройки памяти больше влияния оказывают в ситуациях, когда система ограничивается ПСП или процессором, которому необходимо производить максимум вычислений за такт. В качестве примера в данной статье используется архиватор 7z, который довольно сильно зависит от памяти, а в играх можно обратить внимание на Civilization VI, где большее ПСП позволило несколько оторваться от памяти с более низкими задержками. Однако если упор будет в производительность одного ядра, то разница в производительности будет минимальна из-за достаточности кэша, в который будут успевать попадать все необходимые данные. Кроме того, не стоит забывать о производительности видеокарты, которая позволяет ускорить выполнение многих задач за счёт распараллеливания вычислений. Собственно, архитектура графических чипов и используется для обработки множества однотипных команд. Данные операции можно было бы исполнить и на ЦП, но это бы многократно снизило скорость работы, к тому же потеряв в эффективности. Но всё же роль процессора остаётся довольно значимой, ведь наличие у него в сотню раз меньше ядер не делает это проблемой: архитектура CPU позволяет исполнять довольно длинный перечень команд, среди которых и отрисовка графики в играх, пускай и с очень низкой производительностью.

Позволяет ли более низкая задержка компенсировать снижение ПСП? Частично. Как Вы могли наблюдать выше, в строках с максимальным FPS, кадровая частота системы с ручной настройкой памяти довольно близко подбиралась к значениям с двухканальной памятью. И я не считаю это ошибкой, ведь данный феномен можно легко объяснить: в случаях, когда на подготовку кадра отводится мало времени, например при высоком fps, задержки при обращении в память начинают оказывать влияние. Для примера займёмся математикой: увеличив время кадра на 1ms при 60fps, мы увеличим время кадров с 16,667ms до 17,667ms, что соответствует снижению кадровой частоты на 3 FPS (потеря 5% производительности), а если фпс находится на отметке в 100 кадров, то, увеличение времени кадра на ту же 1 миллисекунду соответствует потере 9 кадров или 9% производительности. При увеличении числа кадров время кадра уменьшается пропорционально, из-за чего на доставку данных отводится всё меньше и меньше времени. И в ситуациях, когда важен каждый такт, снижение латентности памяти на 10ns будет значить достаточно и, может, даже несколько сократит отставание от двухканала с большим числом данных за раз. Так что банальное повышение частоты памяти без корректировки таймингов может в один момент потерять эффективность из-за возрастания задержек при обращении к этой самой памяти.

Ну и как задел на будущее: два этих зелёных модуля никуда не исчезают, и в будущем можно сравнить одноранговую и двухранговую память, их разгонный потенциал и показатели в тестах.