Пам’ять DDR4 vs DDR5: чи варто оновлюватися вже зараз?

З виходом процесорів Core 13, вже другого покоління Intel з підтримкою DDR5, а також Ryzen 7000, першого від AMD, затребуваність новітнього стандарту оперативної пам’яті істотно підвищиться. Але поточний стандарт DDR4 не перетвориться одномоментно на гарбуз, як мінімум через його поки що відчутно нижчу ціну. Тим більше, Intel 12 і 13 поколінь підтримують обидва типи пам’яті (зрозуміло, окремо, а не разом). То ж які переваги приносить DDR5 в порівнянні з DDR4? Відповідаємо на це питання на прикладі модулів пам’яті Patriot Viper.

Знижене споживання енергії. Кожна наступна ітерація оперативної пам’яті DDR працює при нижчій напрузі живлення, ніж минула. Наприклад, DDR3 та DDR3L працюють на 1.5 та 1.35 вольта, DDR4 та DDR5 — на 1.2 та 1.1 відповідно, а ноутбучна LPDDR5 – взагалі на 1.05. Це несе зниження енергоспоживання, але не завжди зниження нагріву, адже суттєво зросла частота. До того ж, якщо DDR4 з частотою до 3200 МГц працює на стандартних 1.2 В, то DDR4-4400 МГц вимагає вже 1.45 В. Аналогічна ситуація з DDR5: 4800 МГц при 1.1 В і 6200 МГц при 1.35 В.

Керуючий контролер. Головним конструктивним нововведенням модулів DDR5 став чип синхронізації роботи двох віртуальних половинок одного фізичного модуля. Він також відповідає за керуванням живленням пам’яті, тоді як раніше цим займалися процесор і материнка. Опціонально може застосовуватися окремий контролер RGB підсвічування, який проте зустрічався і у DDR4. Термодатчиків у DDR5 стало обов’язково два, по одному на кожну половину. У випадку DDR4 термодатчиків часто могло не бути жодного.

Банки пам’яті. Банками називають віртуальні осередки пам’яті, кількість яких у DDR5 збільшилася до 32 штук, порівняно з лише 16 у DDR4. Це дозволило вже зараз збільшити обсяг одного модуля пам’яті до 64 гігабайт, а найближчим часом — до 128 ГБ. Але для цього потрібно збільшити щільність одного чипа, що стане можливим лише після зниження розміру транзисторів. Зараз чипи DDR5 випускаються компаніями Samsung, Micron і Hynix по 15-нанометровому техпроцесу. Для порівняння, DDR4 виготовляється з 20-нм кремнієвих пластин.

Ранги пам’яті. Віртуальні канали пам’яті всередині одного модуля називають рангами: у DDR4 їх один чи два. Другий варіант швидший за рівної частоти, але гірше розганяється. Ширина шини одного модуля DDR4 незалежно від кількості рангів строго 64-біта. У DDR5 де-юре відсутній поділ на ранги — це завжди два віртуальні модулі пам’яті на одному фізичному. Навіть в операційній системі один модуль DDR5 відображається як двоканальна пам’ять, а два модулі як чотириканальна. Але шина одного модуля залишилася незмінно 64-бітною.

Viper Steel — флагманська серія оперативної пам’яті DDR4 від американської компанії Patriot Memory. Моделі серії починаються з 3000 МГц та закінчуються 4400 МГц. Причому це зручний автоматичний розгін XMP, але є ще й потенціал для додаткового ручного розгону. Товстостінні металеві радіатори помірної висоти позбавлені світлодіодного підсвічування, яке втім часто лише шкодить оверклокінгу. Найбільш універсальною є частота 3600 МГц (таймінги варіюють від CL18 до CL14). Ця частота запуститься практично на будь-якому сучасному процесорі Intel Core чи AMD Ryzen. Продаються парні комплекти 3600 МГц об’ємом 2х8, 2х16 і навіть 2х32 ГБ — як кажуть, щоб задовольнити кожного.

Частотні профілі. Ще один чип під назвою SPD призначений для зберігання частотних профілів. Для бюджетної пам’яті профіль стандартизований організацією JEDEC: наприклад 3200 МГц з таймінгами CL22 і напругою 1.2 В. У разі ж оверклокерської або як її зараз частіше називають геймерської пам’яті, частоту підбирає вже безпосередньо виробник модулів. Часто готових профілів бути два: перший із високою частотою 3600 МГц @ CL20, другий із низькими таймінгами 3200 МГц @ CL16.

Автоматичний розгін. Для інтегрованої відеокарти важливіше частота, а для процесорних ядер — навпаки таймінги (затримки). Ідеальним варіантом буде баланс між частотою і таймінгами, але його вже доведеться підбирати вручну, наприклад 3466 МГц @ CL18. У випадку DDR5 чип SPD може зберігати вже цілих п’ять профілів: JEDEC, два авторозгони Intel XMP або AMD EXPO, і ще дві порожні комірки, куди можна зберегти результати ручного оверклокінгу.

Viper Venom DDR5 — нова серія оперативної пам’яті Patriot Memory, вже прогресивного стандарту DDR5. Починається з частоти 5200 і закінчується поки що на рівні 6200 МГц. Але, ймовірно, пізніше вийдуть і більш швидкі модифікації, як це неодноразово траплялося раніше. Саме частота 5200 МГц є мінімально рекомендованою для нових процесорів Core 13-покоління та Ryzen 7000-серії. А в порівнянні з базовим JEDEC профілем 4800 МГц, у XMP профілю 5200 ще й таймінги нижчі: CL36 проти CL40. Напруга живлення при цьому лише трохи вища — 1.2 проти 1.1 В. Ручний розгін додається. Крім класичної Venom DDR5, що не світиться, існує ще й яскрава Venom RGB для збірок ПК з прозорим бічним вікном.

Частотний потенціал. Пам’ять DDR4, що стартувала зі скромної частоти 2133 МГц, пізніше отримала офіційний JEDEC-профіль 3200 МГц, а оверклокерськими вважаються модулі від 3600 до 4400 МГц. Зрідка зустрічається навіть DDR4-5000 МГц, але вона запускається лише на флагманських материнських платах. У свою чергу, єдиним офіційним JEDEC-профілем DDR5 поки є 4800 МГц. А оверклокерські модулі стартують з 5200 до 6200 МГц. Але вже зараз зрозуміло, що це не межа: точно буде взято позначку 7000 МГц і швидше за все 8000 МГц.

Асинхронний режим. Варто враховувати, що DDR4 до 3600 МГц працює у синхронному режимі 1:1 (він же Gear 1). При подальшому зростанні частоти контролер пам’яті, вбудований процесор, переключається в асинхронний режим 1:2 (Gear 2). Швидкість читання та запису пам’яті зростає пропорційно до частоти, але при цьому різко підвищується латентність (затримки). Тому пам’ять DDR5-4800 у півтора рази швидша за DDR4-3200, а лише приблизно на чверть. Щоб збільшити відрив, потрібно не стільки підвищувати частоту, скільки знижувати таймінги.

Висновки. Коротко резюмуючи, DDR5 безперечно швидша, особливо для флагманських процесорів. Але DDR4 все ще вигідніша за ціною: як пам’ять, так і материнки. Якщо у вас вже є комп’ютер з DDR4, на ньому цілком можна просидіти ще кілька років, просто додавши все тієї ж DDR4 у вільні слоти DIMM. У разі ж складання нового ПК з нуля, DDR5 все ж таки бачиться перспективнішою. Якщо поточне покоління процесорів підтримує обидва типи пам’яті, через рік-два DDR5 стане безальтернативною. Отже, трохи доплативши за DDR5 зараз, не доведеться купувати нову пам’ять потім.

DDR5: все що потрібно знати про нову версію оперативної пам’яті

Через два роки від початку розробки, в листопаді 2020 року відомий виробник чіпів пам’яті Hynix відрапортував про те, що у них на руках є готова планка пам’яті DDR5. Перша у світі, на хвилиночку. У пресрелізі Hynix новинку описали як «високошвидкісний і високощільний продукт, оптимізований для великих масивів даних, штучного інтелекту і машинного навчання як наступний стандарт пам’яті DRAM». Аналітики компанії TrendForce прогнозують, що перші споживчі моделі з’являться на ринку вже в наступному році, а 2021-й рік стане офіційним початком ери DDR5. А це значить, що саме познайомитися з новим форматом пам’яті, який прийде на зміну DDR4 і буде заправляти балом найближчі 5 – 7 років.

Основи ОЗП

ОЗП (оперативний запам’ятовувальний пристрій) ― це пам’ять з довільним доступом, життєво важлива для тимчасового зберігання системних даних. Вона виконує роль швидкого тимчасового буфера даних поміж класичним накопичувачем і процесором. ОЗП кешує, зберігає тимчасові файли та програмний код: дані спершу потрапляють з накопичувача в саму ОЗП, а вже потім обробляються центральним процесором. На відміну від постійної пам’яті жорсткого диска чи твердотільника, для зберігання даних в оперативній пам’яті необхідна електроенергія, а при її відключенні дані стираються. Фізично, оперативна пам’ять в системі являє собою набір мікросхем або модулів (що містять мікросхеми), які зазвичай підключаються до системної плати.

Історія сучасної оперативної пам’яті почалася з SDRAM в 1992, а через 8 років формат DDR SDRAM зайняв провідну позицію на ринку, витіснивши з нього інші різновиди DRAM. З часом комітет інженерної стандартизації напівпровідникової продукції JEDEC викотив новий стандарт, який міг приймати ту ж одну команду за цикл, але при цьому міг зчитувати по два слова за такт. Друге покоління DDR реорганізувало внутрішню структуру пам’яті так, щоб вона могла працювати з чотирма словами одночасно при тій же тактовій частоті. DDR3 знову подвоїла внутрішній розмір даних, але при цьому збільшила затримки в їх передачі.

Через це JEDEC вирішили піти іншою дорогою і з переходом на стандарт DDR4 замість подвоєння шини пам’яті було вирішено покращити доступ до внутрішніх банків пам’яті. Це дозволило збільшити пропускну здатність та нарощувати тактові частоти, при цьому знизивши напругу. Проблема була в тому, що паралельно прискоренню оперативки семимильними кроками збільшувалася кількість ядер в процесорах (спасибі, AMD), тому пропускна спроможність в перерахунку на одне ядро на середньостатистичному комп’ютері залишалася на тому ж рівні. Попри те, що тільки у 2016 році ми тільки почали звикати до DDR4, виробники пам’яті вже тоді розуміли необхідність нового стандарту ОЗП.

Специфікації DDR5: ключові особливості і наскільки вона швидше DDR4?

Основна увага при розробленні стандарту DDR5 було приділена збільшенню щільності і пам’яті, і швидкості обміну даними. Згідно з офіційними специфікаціями Hynix, нові модулі будуть побудовані на мікросхемах 10-нм класу (1Znm) і забезпечать майже дворазовий приріст продуктивності підсистеми пам’яті у порівнянні з DDR4.

Пропускна здатність робочої планки від Hynix становить 4800 – 5600 Мбіт/с на лінію, що у 1.8 рази перевищує показник DDR4. Максимальна швидкість пам’яті збільшиться з 3.2 до 6.4 Гбіт/с, коли ж щільність ядра підніметься в 4 рази (з 16 до 64 Гбіт). Оскільки тактова частота застрягла на декількох сотнях мегагерців і підвищити її поки не виходить, розробникам доводиться проробляти той самий фокус, що й з нинішніми процесорами, просто додаючи більше ядер і збільшуючи здатність до паралельної обробки більшої кількості завдань. Замість одного 64-бітного каналу даних, DDR5 використовує пару незалежних 32-бітних, які працюють з 16-байтними пакетами даних, дозволяючи доставляти 64 байти інформації за одну операцію.

Запуск DDR5 відбудеться на швидкості 4.8 Гбіт/с, а пікових 6.4 Гбіт/с і ефективної частоти в районі 8400 МГц доведеться почекати, доки не буде оптимізований техпроцес. Щоб розбавити абстрактні цифри конкретикою, в пресреліз Hynix приводиться цікавий факт, що при наявності досить швидкого SSD подібне збільшення швидкості ОЗП дозволить передати дев’ять фільмів в Full HD об’ємом 5 ГБ всього за секунду.

Але це ще не все. Завдяки тому, що DDR5 зможе використовувати окремі чипи пам’яті щільністю 64 Гбіт та складати до 8 ядер в рамках одного чіпа, об’єм однієї планки може досягати значних 128 ГБ! Для порівняння максимальний об’єм DDR4 становить 32 ГБ, а оптимальною зв’язкою на момент написання статті є 2 планки по 8 ГБ, що працюють у двоканальному режимі.

Також поряд зі збільшенням щільності ядра і пропускної здатності шини, DDR5 демонструє кращу енергоефективність ― робоча напруга нових планок становить 1.1 В. Також варто відзначити поліпшену систему корекції помилок ECC ― в Hynix заявляють, що новий стандарт буде у 20 разів надійніше попередника, що вкрай важливо для техніки майбутнього. Зрештою, все це затівалося з оглядкою на так звану 4-у індустріальну революцію (це слова провідного інженера Hynix), яка принесла нам 5G, доповнену і віртуальну реальність, біг дата, інтернет речей і зачатки штучного інтелекту.

Які комплектуючі підтримують новий формат?

Після тестів на виробництві DDR5 добереться до споживчих ПК. Станеться це не раніше другої половини 2021 року, коли Intel і AMD анонсують нові платформи LGA1700 і AM5 з підтримкою нового формату. Intel хотіла зробити це раніше, разом з анонсом процесорів сімейства Tiger Lake-H, але плани довелося змінити, оскільки виробництво DDR5 перебуває на ранніх стадіях і обходиться досить дорого.

Коли чекати?

Спочатку планувалося, що вихід нових продуктів на ринок відбудеться ще до кінця 2019 року, а вже до 2021 року DDR5 займе чверть ринку. Однак процес затягнувся ― перші прототипи від Rambus і Micron були анонсовані у 2017 році, однак першою до фінішу прийшла саме Hynix. Тепер аналітики прогнозують, що найближчим часом інші провідні гравці в особі Samsung і Micron також об’являть про старт виробництва нової оперативної пам’яті. Однак, на питання «коли чекати» немає однозначної відповіді. Спочатку нова пам’ять пройде обкатку в дата-центрах ― виробники серверів готові переплачувати.

Згідно з прогнозами аналітичного центру IDC, до кінця 2021 року п’яте покоління ОЗП займе майже чверть ринку. Через рік — до кінця 2022 року — вийде практично урівень зі своїм попередником DDR4, а її частка досягне значних 43% в загальному об’ємі. Прогнози аналітиків з TrendForce не настільки райдужні. На їхню думку, AMD нікуди поспішати, після виходу процесорів Ryzen справи у них йдуть чудово, платформа AM4 ще не вичерпала свої можливості, а нові чипи сімейства Vermeer на ядрі Zen 3 тільки починають захоплювати ринок. Тому на їх думку перші 5-нм процесори AMD з підтримкою DDR5 вийдуть тільки у 2022 році. Що стосується Intel, то у них і так вистачає проблем, і перехід на новий стандарт ОЗП їх ніяк не вирішить, а швидше створить нові.

Замість післямови

Як показує досвід впровадження DDR3 і DDR4, правими швидше за все будуть хлопці з TrendForce. Нинішні модулі одночасно дешевшають і нарощують частоти, і якщо декілька років тому нормою були 2400 МГц, то зараз за ті ж гроші можна купити планки на 3200 МГц калібру HyperX Black Fury. А для ентузіастів є варіанти на кшталт Patriot Viper Steel і HyperX Predator, що працюють на частотах 4266 – 4400 МГц. Додайте сюди масові 8-ядерні процесори (а в перспективі і 16-ядерні) і відповідь на питання «навіщо поспішати з оновленням» здасться не такою вже й очевидною. На зв’язці з 16-ядерного «каменя» і пари високотактових планок напевно можна буде досидіти до анонсу DDR6. Тим більше, що перший рік після виходу на споживчий ринок, коштувати вона буде дорого, а в норму ціни через півтора-два роки.