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Was bedeutet im Detail "Double Data Rate"?
Während der EDO- und SD-RAM nur den anliegenden Takt 1:1 boten, muss bei den DDR-SDRAM-Standards zwischen der tatsächlichen I/O- (Input / Output) und effektiven Taktfrequenz unterschieden werden. Die tatsächliche Taktfrequenz muss nämlich mit dem Wert 2 multipliziert werden, damit man die effektive Taktfrequenz erhält. Als Beispiel nehmen wir vom aktuellen DDR4-SDRAM-Standard mit einer tatsächlichen Frequenz von 1.600 MHz. Effektiv jedoch sind es eben 3.200 MHz. DDR5-4800 arbeitet mit 2.400 MHz – also auch hier wird der Unterschied zwischen der effektiven und tatsächlichen Taktfrequenz deutlich.
Der Grund für die "Verdopplung" liegt darin begründet, dass bei jedem DDR-SDRAM-Standard sowohl bei der ansteigenden als auch bei der absteigenden Flanke des Taktsignals gültige Datenbits übertragen werden. Im Vergleich dazu werden beim EDO- und SD-RAM lediglich aufsteigend Daten übertragen, was natürlich erheblich langsamer ist.
Welche Bauformen gibt es?
Beim EDO-RAM wurden die Speicherriegel als SIMM (Single In-Line Memory Module) bezeichnet, wohingegen ab dem SD-RAM-Standard DIMMs (Dual In-Line Memory Module) verwendet werden und die SIMM-Bauform ersetzt hat. Während bei SIMMs die Kontakte auf beiden Seiten ein identisches Layout vorweisen, sind die Kontakte bei den DIMMs unterschiedlich angeordnet. Ferner wurde die Bitrate beim Datenkanal pro Modul von 32 auf 64 Bit verdoppelt.
Um auch die Notebooks mit möglichst platzsparendem Arbeitsspeicher ausstatten zu können, gibt es schließlich noch die SO-DIMM-Bauform (Small Outline Dual In-Line Memory Module) mit wesentlich kürzeren Abmessungen. Des Weiteren gab es bis zum DDR3-SDRAM auch noch die Micro-DIMM-Bauform für einen ähnlichen Einsatz in mobilen Geräten, seit dem DDR4-SDRAM-Standard gibt es jedoch ausschließlich die DIMM- und SO-DIMM-Bauform. Für DDR5 wurde diese Bauform ebenfalls nicht mehr vorgesehen.
Erwähnt werden muss zudem, dass sämtliche genannten RAM-Standards zueinander sowohl mechanisch als auch elektrisch inkompatibel sind. Um die Kompatibilitätsunterschiede entsprechend zu verdeutlichen, besitzen die DIMMs bei den vier DDR-SDRAM-Standards eine Einkerbung an unterschiedlicher Position, sodass ohne Gewalteinwirkung eine versehentliche Begegnung unterschiedlicher Standards vermieden wird. Die SD-RAM-DIMMs besitzen hingegen sogar zwei Einkerbungen.
DDR5 ist allerdings zu DDR4 in seiner Bauform weitestgehend identisch. Die physikalischen Dimensionen unterscheiden sich kaum bis gar nicht. DDR5-Module würden dennoch nicht in DIMM-Steckplätze für DDR4-Speicher und umgekehrt passen, da die Einkerbung einmal mehr versetzt wurde. Die Anzahl der Kontakte ist mit 288 für den Standard-DIMM und 260 für den SO-DIMM hingegen identisch.
An dieser Stelle ein Verweis auf einige Module bzw. Kits an DDR4 und DDR5:
- Kingston DDR4 DIMM DDR4-3200
- Kingston DDR4 SO-DIMM DDR4-3200
- Kingston DDR5 DIMM DDR5-4800
- Kingston DDR5 SO-DIMM DDR5-4800
Was hat es mit den RAM-Kanälen (Channel) auf sich?
Aktuelle Mainstream-Plattformen von Intel und AMD bieten insgesamt vier DIMM-Steckplätze an, die kombiniert im Dual-Channel- (DDR4) oder Quad-Channel-Modus (DDR5) arbeiten können. Hierbei werden häufig zwei DIMM-Steckplätze pro Kanal bereitgestellt.
Für DDR5 hat die JEDEC die Anzahl der Speicherkanäle pro Modul von eins auf zwei erhöht. Jedes DDR5-Speichermodul ist also bereits über zwei (Sub)-Kanäle angebunden – arbeitet für sich bereits im Dual-Channel-Modus. Dies ist die wichtigste Maßnahme zur höheren Speicherbandbreite bei DDR5, der in der Lage ist mehr Daten parallel zu übertragen.
Wenn auf dem Mainboard nur ein DIMM installiert wird, arbeitet es bei DDR4 stets im Single-Channel-Modus, bei DDR5 bereits im Dual-Channel-Betrieb bzw. mit zwei Sub-Kanälen. Wird ein zweites (bestenfalls identisches) DIMM in den entsprechenden Steckplatz im zweiten Kanal installiert, so wird der Dual/Quad-Channel-Modus aktiviert.
Der Sinn und Zweck der RAM-Kanäle liegt darin begründet, dass die Speicher-Bandbreite gesteigert werden kann, wovon diverse Software-Anwendungen profitieren. Als Beispiel nehmen wir an, dass die Speicher-Bandbreite bei einem einzelnen RAM-Modul bei 25,6 GB/s liegt. Mit zwei Modulen im Dual-Channel-Modus verdoppelt sich die Bandbreite theoretisch auf 51,2 GB/s. In Verbindung mit dem Quad-Channel-Modus würde sich dann der Speicher-Durchsatz auf 102,4 GB/s abermals verdoppeln.
Im Server-Segment kommen bereits acht, zukünftig sogar zwölf Speicherkanäle zum Einsatz. Entsprechend steigt die Speicherbandbreite auf mehrere hundert GB/s an.
Welche Komponente verwaltet den Arbeitsspeicher?
Der installierte Arbeitsspeicher wird vom "Integrated Memory Controller" (kurz: IMC) kontrolliert, der bei älteren Plattformen noch in der Northbridge auf dem Mainboard untergebracht war, bei modernen Systemen hingegen im Prozessor integriert ist. Der Speichercontroller bestimmt, welcher Speicher überhaupt angesprochen werden kann, welcher Channel-Modus maximal möglich ist und mit welchen Taktfrequenzen er nativ arbeiten kann.
Je nach CPU-Serie unterstützen die IMCs mehrere DRAM-Typen. Im Falle von Alder Lake beispielsweise werden auf dem Desktop DDR4 und DDR5 unterstützt. Für die Notebooks-Chips kommen auch noch LPDDR4 und LPDDR5 hinzu. AMD soll für die kommenden AM5-Prozessoren auf Basis der Zen-4-Architektur nur noch DDR5 unterstützen.
Wieviel RAM kann verbaut werden?
Die maximale Bestückung und Speicherkapazität hängt davon ab, wieviele DIMM-Steckplätze das Mainboard bietet und wieviel RAM der Memory-Controller maximal adressieren kann. Mit jeder Speichergeneration wurde für den Endverbraucher die maximale Arbeitsspeicher-Kapazität erhöht, was auch damit begründet ist, dass stets die Kapazität pro DIMM erhöht wurde. Währenddessen mit der ersten DDR-SDRAM-Generation bei maximal 1 GB pro Modul Schluss war, ging es mit der zweiten Generation bereits auf höchstens 4 GB pro Modul. Mit dem DDR3-SDRAM-Standard war eine Kapazität pro DIMM von 8 GB als Maximalwert typisch und mit der DDR4-SDRAM-Spezifikation sind es mittlerweile 16 GB pro Modul, wenngleich ab einem späteren Zeitpunkt 32-GB-Modelle als Normalität betrachtet werden können. DDR5 soll die Kapazität auf bis zu 512 GB pro Modul hochschrauben. Aktuell erhältlich ist DDR5 für Endkunden bis 32 GB pro Modul. Erste Module mit 64 GB sollen in Kürze erscheinen. Für das Server-Segment werden Module mit deutlich größere Kapazitäten erscheinen – bis hin zu den besagten 512 GB.
Bei den aktuellen Mainstream-Plattformen von Intel (LGA1700) und AMD (AM4) ist eine maximale Arbeitsspeicher-Kapazität bis 128 GB möglich. Moderne Server-Systeme aus dem professionellen Bereich können dagegen bis zu 4 TB und mehr an Arbeitsspeicher aufnehmen.
Wichtiger Hinweis: Es wird empfohlen, unterschiedliche Module nicht zu mischen, sondern stets baugleiche zu verwenden mit identischer Taktfrequenz und Timings. Das Optimum stellt natürlich der Kauf von Speicherkits dar, mit denen man eventuellen Inkompatibilitäten aus dem Weg geht.
Mit welcher Frequenz sollte der Arbeitsspeicher laufen?
Generell wird empfohlen, mindestens die native Taktfrequenz zu verwenden, die der IMC im Prozessor beherrscht. Dies kann je nach Prozessor DDR4-2933, DDR4-3200 oder eben DDR5-4800 sein. Davon ab, schadet es jedoch auch nicht, wenn der Arbeitsspeicher darüber hinaus getaktet ist. Gerade bei AMDs Ryzen-Prozessoren führt schneller taktender Arbeitsspeicher zu einer deutlich gesteigerten Performance – vor allem im Zusammenspiel mit einem synchron arbeitenden Infinity Fabric (interner Interconnect des Prozessors). Doch auch bei den Intel-Plattformen wird der Performancezuwachs gern angenommen und kann je nach Anwendung zu mehr Leistung verhelfen. Zum Start der ersten Alder-Lake-Prozessoren haben wir dies mit Kingston Fury Beast DDR5-5200 im Vergleich zu DDR5-4800 bereits darstellen können. Inzwischen sind wir bei DDR5-6000 angekommen.
Wofür sind die Timings zuständig?
Unter den Timings versteht man die Latenzzeiten der Module, ohne die ein ordentlicher und vor allem stabiler Betrieb nicht möglich ist. Besonders wichtig und interessant sind die ersten vier Timing-Werte, welche von den Herstellern oft mit angegeben werden: CAS Latency (kurz: CL; lang: Column Address Strobe Latency), tRCD (RAS (Row Address Strobe) To CAS Delay), tRP (Row Precharge Time) und tRAS (Active Time).
Während der CL-Wert angibt, wieviel Zeit verstreichen sein muss, bis eine neue Adressierung einer Spalte im Speicherchip erfolgt, bedeutet die tRCD-Angabe hingegen die minimale Zeit, bevor der Lesevorgang in Gang gesetzt wird. Mit tRP ist die Zeit gemeint, welche nach einer erfolgten Precharge-Aktivierung verstrichen sein muss, bis eine neue Precharge-Aktivierung im selben Speicherbereich erfolgen darf. Das Gegenteil beschreibt hingegen der tRAS-Wert und gibt die Zeit an, die nach einer erfolgten Zeilen-Aktivierung verstrichen sein muss, bis ein Schließ-Befehl zur Deaktivierung der Zeile gesendet wird.
Ein Beispiel für die vier Timings bei DDR5 wäre CL40-40-40-77. Ein weiterer, wichtiger Wert ist oftmals auch die Command Rate, dessen Wert oftmals bei 2T liegt und mit 1T etwas straffer ist und theoretisch ebenfalls mehr Performance bedeutet.
Dabei gilt generell: Je niedriger der jeweilige Wert ist, desto schneller arbeitet der RAM in der Theorie. Aber nicht immer bringt es im praktischen Bereich auch eine spürbare Performancesteigerung mit sich. Bei der manuellen Auslotung der möglichst niedrigen Latenzen stößt der RAM dann auch ab einem Wert an die Grenze und der PC arbeitet nicht mehr stabil.
Warum besitzen einige DIMMs einen Heatspreader?
Der Heatspreader hat die Aufgabe, die entstehende Abwärme auf die Fläche hinaus zu verteilen und gleichmäßig an die Umluft weiterzugeben. Allerdings machen die Heatspreader nur in begrenzten Fällen einen Sinn, denn wenn die DDR5-SDRAM-DIMMs mit lediglich 1,1 V arbeiten, entsteht keine nennenswerte Abwärme. Ein leichter Luftstrom vom CPU-Kühler reicht schon aus um die Module zu kühlen. Erst ab einer DIMM-Spannung von 1,35 V und mehr sieht es dann schon anders aus. DDR5-Kits mit hohen Taktraten werden allesamt mit 1,35 V und mehr betrieben und sind dann auch auf eine gewisse Kühlung angewiesen.
DDR5-Speicher bzw. die Module verfügen über integrierte Temperatursensoren, die sich über Tools wie HWINFO auslesen lassen. Ob mit oder ohne Heatspreader – ein Blick auf die Temperaturen lohnt sich immer, um eventuelle Fehler frühzeitig zu erkennen.
Gibt es Arbeitsspeicher mit RGB-LED-Beleuchtung?
Diese Frage kann mit einem ganz klaren "Ja" beantwortet werden. Der RGB-LED-Trend macht auch vor der RAM-Branche nicht Halt und es werden zahlreiche Module von zahlreichen Herstellen, wie Kingston, zum Kauf angeboten werden. Oftmals lassen sich die DIMMs dann mit den Mainboards von ASUS, MSI, ASRock und Gigabyte kontrollieren und synchronisieren. Das jedoch sollte am besten vor dem Kauf in Erfahrung gebracht werden.
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