Чем DDR4 лучше DDR3 — основные отличия. Железный эксперимент: сравнение оперативной памяти DDR3 и DDR4 для процессоров Intel Skylake

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.

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.

Память DDR3 постепенно сдает свои позиции как наиболее массовая и для сборки новых систем уже не рекомендуется. Другое дело, если стоит задача модернизировать слегка устаревший компьютер, причем в рамках ограниченного бюджета. Понятное дело, подобные условия исключают из перечня вариантов максимально разогнанные комплекты памяти, и в нашем обзоре они не рассматриваются.

Примечательно, что в рамках платформы Intel гонка за мегагерцами особого смысла также не имеет. Исключением здесь являются достаточно специфические задачи, которые для большинства пользователей интереса не представляют. С другой стороны, разница в цене комплектов памяти одного объема, но с разной тактовой частотой исчезающе мала (в диапазоне от 2133 до 3000 МГц, разумеется). Так почему бы и не выбрать набор оперативной памяти пошустрее, на перспективу?

Совершенно иначе обстоит дело с новейшей платформой AMD . Из-за особенностей своей внутренней архитектуры, производительность процессоров Ryzen напрямую зависит от рабочей частоты шины памяти Infinity Fabric, следовательно, и ее контроллера. В свою очередь, частота последнего «привязана» к характеристикам установленных модулей и может быть увеличена за счет разгона.

Крайне неприятный нюанс выбора модулей памяти для Ryzen заключается в том, что далеко не любой комплект заработает в такой системе даже на своей номинальной тактовой частоте. Здесь уже проблема в особенностях архитектуры самих модулей. Кратко, рекомендации можно свести к двум советам: ориентируйтесь на одноранговые планки памяти и на самую свежую ревизию BIOS для материнской платы. Чем новее в ней протокол AGESA — тем лучше. Имейте в виду, двухранговая память с Ryzen всегда будет работать на пониженных частотах, а ранние версии указанного протокола «дружелюбно» воспринимают только модули, построенные на основе чипов Samsung. Причем не любых, а исключительно поколения B-Die.

Удачного апгрейда!

Появление на рынке ОЗУ DDR4 пошатнуло незыблемые позиции ее предшественника. Она обладает более высокими техническими характеристиками и у многих пользователей возник закономерный вопрос, какая планка ОЗУ лучше? Многочисленные тесты и сравнения оперативной памяти четвертого поколения с DDR3 показывают, в чем заключается разница между ними. При выборе модуля памяти формата DDR3 следует учитывать, что у него отсутствует совместимость с DDR4.

Компьютера — один из компонентов, который отвечает за его производительность: скорость обработки информации и максимальный объем данных, обрабатываемых в данный момент. До 2015 года первые позиции прочно удерживало ОЗУ третьего поколения DDR3, но с появлением DDR4 ситуация начала меняться в сторону последней модификации. Появление оперативной памяти четвертого поколения вызвало большой ажиотаж на рынке компьютерной техники, одновременно с этим возник закономерный вопрос, что лучше DDR3 или DDR4 и не является ли появление последней модели обычным маркетинговым ходом?

История развития DDR4

Разработкой ОЗУ четвертого поколения компания JEDEK занялась еще в далеком 2005 году, когда самой современной модификацией была DDR2. Инженеры компании уже в то время осознали, что второе поколение оперативной памяти не сможет отвечать требованиям, стремительно развивающимся процессорам и остальным комплектующим ПК. Даже анонсированный выход ОЗУ третьего поколения не сможет в полной мере справиться с поставленной задачей. Для решения проблемы не достаточно простого увлечения скорости обработки данных как это было сделано в DDR3. Необходимо учитывать такие параметры как энергопотребление и объем, которые влияют на пропускную способность устройства.

Внимание! Для работы со специализированными программами: пакеты для объемного проектирования, редакторы фото или видео главным параметром выбора оперативной памяти является ее пропускная способность, т. е. скорость обработки информации.

В 2015 году с появлением на рынке платформ Socket LGA1151 пользователям ПК представилась возможность произвести сравнительный анализ ОЗУ третьего и четвертого поколения в одинаковых условиях.

Технические характеристики

Прежде чем говорить, что лучше DDR3 или DDR4 и проводить их сравнения следует подробно ознакомиться с их техническими характеристиками и возможностями, а также их преимуществами и недостатками. Данный подход позволит правильно и точно определить будущее модулей памяти и выявить перспективный образец.

DDR3

Основными характеристиками для оперативной памяти не зависимо от ее поколения являются следующие характеристики:

• Частота. ОЗУ третьей модели выпускается с частотой 1066 МГц, 1333 МГц и 1600 МГц, а последняя модификация имеет 1866 МГц. При помощи разгона памяти ее частоту можно повысить до 2400 – 2666 МГц. Максимальное значение этого параметра при разгоне, которое было получено в лабораторных условиях, составляет 4620 МГц.
• Напряжение. Энергопотребление варьируется в диапазоне 1,5 – 1,8 В. Последняя версия DDR3L способна работать при низком напряжении 1,25 – 1,35 В. Индекс L означает Low Power (с англ. – малая мощность).
• Время простоя. Для определения производительности планки памяти одним из важных параметров являются тайминги или латентность (CL), т. е. задержка при передаче информации. DDR3 1600 МГц имеет задержку равную 9 тактам, для получения временного значения необходимо 1 сек. разделить на 1600 млн. тактов и получаем 0,625 мс на 1 такт. Результат умножаем на 9 тактов и получаем 5,625 нс. Далее умножаем на 2 (количество потоков передачи данных) и время задержки составляет 11,25 нс.

Совет. Значение латентности можно определить из маркировки оперативной памяти после букв CL. Соответственно, чем ее значение меньше, тем выше производительность устройства.

DDR4

ОЗУ четвертого поколения обладает более высокими параметрами технических характеристик, за счет которых оно обходит своего предшественника.

Сравнение DDR3 и DDR4

Исходя из технических характеристик видно, что время задержки у DDR4 выше, чем у ее предшественника. Однако при линейном чтении данных или их сохранении за счет практически не меняющихся таймингов эта разница компенсируется, и ОЗУ четвертой модели выигрывает. При работе в многопоточном режиме за счет меньшей латентности выигрывает DDR3 в пределах статистической погрешности. Выполняя сжатие файлов большого размера (объем от 1,5 ГБ и выше), потраченное время на операцию у DDR4 на 3 % меньше, чем у DDR3. Спецификация оперативной памяти третьего поколения предусматривает использование Vddr напряжение. При осуществлении энергозатратных операций оно повышается за счет встроенных преобразователей, тем самым происходит обильное излучение тепла. Модуль DDR4 получает необходимое напряжение от внешнего источника питания (Vpp).

В ОЗУ четвертой модели реализована технология Pseudo-Open Draid, она позволила полностью устранить утечки тока, что наблюдалось в предыдущей версии, где используется Series-Stub Terminated Logic. Применение данного интерфейса для ввода и вывода данных позволило снизить потребление энергии до 30 %. Что касается объема памяти планки DDR4, то минимальное значение составляет 4 ГБ, а для DDR3 оно является оптимальным т. к. максимальное равно 8 ГБ. Структура оперативной памяти третьего поколения позволяет разместить до 8 банков памяти с длиной строки 2048 байт. Последняя модификация ОЗУ имеет 16 банков и длину строки 512 байт, что увеличивает скорость переключения между строками и банками.

Из сравнения DDR3 и DDR4 можно сделать вывод, что последнее поколение ОЗУ обходит своего предшественника практически по всем параметрам, но эта разница мало заметна для обычного пользователя. DDR3L 1600 МГц в сочетании с Intel Core i5 практически не уступают DDR4. ОЗУ четвертого поколения рекомендуется устанавливать для современных игр или работы в специализированных программах, которые требуют большого объема памяти и высокой скорости обработки данных.

Сравнение оперативной памяти DDR 3 и DDR 4: видео

Собирая новый компьютер многие задумываются о целесообразности выбора платформы с поддержкой нового типа оперативной памяти - DDR4. Выясним, стоит ли переплачивать за DDR4 или DDR3 ещё конкурентоспособна и не сильно уступает в быстродействии, в чём принципиальная разница между этими типами памяти.

DDR4 работает при более низком напряжении. 1.2 вольта по сравнению с 1.5 у DDR3. Это не много и экономия для домашнего компьютера выйдет незначительной. Но в серверных решениях и data-центрах даже экономия в 15 Вт с одной платформы может дать хороший результат.

Большая разница между типами памяти в частоте работы. В DDR3 она начиналась с 800 Мгц и достигала 2133 Мгц. Модули DDR4 начинают работать с 2133 Мгц. К сожалению, есть и обратная сторона повышения частоты - увеличение временной задержки сигнала (тайминг).

Тайминг указывает время за которое оперативная память записывает, считывает или проводит операцию обслуживания модуля. Записывается обычно в виде 9-9-9-24, где первая цифра относится к считыванию, вторая - записи, третья - к выполнению действия, а четвёртая - показывает время полного цикла выполнения всех операций. Чаще всего в качестве тайминга указывают только цифру чтения.

Для примера, память DDR3-1600 имеет тайминг 13.75 наносекунд при чтении, а DDR4-2133 - 14.06.

Совместимость памяти DDR4 и DDR3

Данные типы памяти несовместимы по причинам технического характера. Стандарт нового поколения имеет больше входов и требует меньшее напряжение. Соответственно, материнская плата имеет поддержку только одного типа памяти.

Насечки на DDR3 и DDR4 находятся в разных местах что исключает возможность установки на материнскую плату неподдерживаемого модуля памяти.

Основные отличия между DDR3 и DDR4

Рассмотрим основные различия:

• DDR3 поддерживает плотность памяти только до 8 ГБ, а DDR4 до 16 ГБ.
• Частоты DDR4 намного выше, чем у модулей DDR3. Это делает модули DDR4 быстрее благодаря повышению скорости передачи.
• Наименьший порог напряжения у версии DDR3 1.35 В, а у DDR4 - 1.05.
• Модули DDR3 имеют 240 контактов, а DDR4 - 288.
• Насечки на модулях находятся в разных местах.
• Память DDR3 поддерживает только 8 внутренних банков памяти, а DDR4 - 16 банков.

Несмотря на преимущества нового типа памяти, разница в производительности системы с DDR3-2133 Мгц и DDR4-2133 Мгц в ряде приложений и игр составляет всего пару процентов, в то время как цена на новую платформу обойдется намного дороже.