Co warto mieć w pamięci – krótki poradnik podkręcania RAM-u

• taktowanie – czyli prędkość, z jaką „tyka” zegar wyznaczający, jak prędko można zmieniać stan różnych sygnałów elektrycznych, z których składa się magistrala pamięci. Taktowanie jest określone w megahercach, milionach cykli na sekundę (MHz).
• opóźnienia lub timingi – czyli czas, jaki musi upłynąć pomiędzy różnymi etapami komunikacji lub stanami pracy komórek pamięci. Ten czas jest zwykle określony w cyklach zegara, a nie w sekundach!

Opóźnienia (timingi)

Wpływają przede wszystkim na czas, jaki upływa od wydania komendy przez kontroler pamięci („poproszę dane spod adresu X”) do realizacji komendy. Im krótsze główne opóźnienia (mierzone w czasie, nie w cyklach!), tym szybciej procesor może dostać dane potrzebne do dalszych obliczeń.

Opóźnienia (timingi) sterujące pracą magistrali DDR4 to nie to samo, co opóźnienie rozumiane jako czas w sekundach upływający między żądaniem danych a otrzymaniem danych przez procesor. Te pierwsze są podawane jako bezwymiarowa wielkość (na przykład 17), ustalane i wybierane jeszcze przed uruchomieniem magistrali pamięci. To drugie jest cechą całego podsystemu pamięci w komputerze i może być zmierzone np. przez programy diagnostyczne. Oczywiście dotyczy wtedy tylko tego specyficznego wzorca dostępu do pamięci, jaki stosuje program diagnostyczny.

Ponieważ działanie pamięci RAM i protokół komunikacji są bardzo skomplikowane, potrzeba bardzo dużo opóźnień (timingów), żeby regulować ich działanie. Kontroler pamięci ustala je pod kierunkiem oprogramowania płyty głównej. Niektóre opóźnienia zależą od konstrukcji modułu pamięci i od wykorzystanych do jego budowy kości. Inne dotyczą głównie kontrolera pamięci w procesorze, a jeszcze inne zależą od topologii systemu pamięci, czyli od tego, ile i jakich modułów zainstalowaliśmy. Wydajność komputera w grach i programach użytkowych nie zależy od każdego z nich tak samo: większość opóźnień ma jakikolwiek wpływ na wydajność tylko w specyficznych sekwencjach dostępu do RAM-u.

W większości przypadków opóźnienia są wybierane automatycznie na podstawie wielu reguł przez oprogramowanie płyty głównej. Czasem możemy (albo nawet powinniśmy) ustawić je ręcznie, ale nawet wtedy regulujemy tylko najważniejsze, pozostawiając pozostałe szczegóły kontrolerowi pamięci.

Taktowanie

Taktowanie ma zasadniczy wpływ na przepustowość podsystemu pamięci, czyli maksymalną ilość danych, jaką można w optymalnych warunkach przesłać pomiędzy pamięcią a procesorem. Im więcej cykli komunikacji na sekundę, tym więcej danych w sekundzie można przesłać. Oczywiście nie wszystkie cykle komunikacji służą owocnemu przesyłaniu potrzebnych danych (na to mają wpływ również opóźnienia), ale przepustowość jest w przybliżeniu wprost proporcjonalna do prędkości taktowania.

Komórki pamięci, które przechowują dane, oraz magistrala DDR4, przez którą moduł pamięci komunikuje się z procesorem, pracują synchronicznie, czyli prędkości ich taktowania są ściśle związane. Producenci i sprzedawcy pamięci często podają taktowanie nie w megahercach, ale w liczbie transferów na sekundę, na przykład „DDR-3600”, co oznacza 3600 milionów transferów na sekundę. Komórki pamięci nie mogą pracować tak szybko; nie nadążyłyby gromadzić i rozpraszać ładunku elektrycznego w takim tempie. Pamięć DDR4 wykonuje 2 transfery w jednym cyklu zegara. W zestawie pamięci DDR-3600 komórki pamięci pracują z taktowaniem 1800 MHz – takie taktowanie zobaczymy na przykład w programie CPU-Z. Oznaczenie „3600 MHz” jest błędne (tak szybkiej pamięci RAM nie ma!), ale niestety często się je spotyka.

Wydajność

Taktowanie i opóźnienia pamięci mają pośredni wpływ na wydajność komputera. Bardzo dużo zależy od oprogramowania. Jeśli program ma stosunkowo prosty, równoległy kod bez wielu rozgałęzień i zależności, a przy tym przetwarza bardzo dużo danych, będzie działał tym szybciej, im większa jest przepustowość podsystemu pamięci. Programy, które mają nieprzewidywalny przebieg, wiele wewnętrznych zależności i również obrabiają wiele danych, wyraźnie skorzystają na krótszych opóźnieniach – przestoje związane z oczekiwaniem na dane będą krótsze. Wiele programów przetwarza porcje kodu i danych mieszczące się w pamięci podręcznej i rzadko potrzebuje sięgać do RAM-u – ich prędkość działania nie zależy w dużym stopniu od prędkości pamięci.

Większość programów nie jest jednolita, ale składa się z wielu procedur i podsystemów o różnej charakterystyce, dlatego trudno jest przewidzieć, jaki wpływ może mieć przyspieszenie pamięci na komfort pracy w danym zastosowaniu.

Podczas wybierania zestawów pamięci, ustawiania parametrów pamięci po złożeniu komputera oraz podczas podkręcania pamięci zwykle skupiamy się na kilku parametrach, które mogą mieć największy wpływ na wydajność. Są to:

• prędkość taktowania – na przykład DDR-3600 albo 1800 MHz,
• główne opóźnienia, zwykle podawane jako seria czterech wartości, z których najważniejsza jest pierwsza (CL) – na przykład 18-19-19-39.

Oczywiście przy zakupie pamięci jeszcze ważniejsza od powyższych jest pojemność całego zestawu. To ona ma największy wpływ na cenę zestawu pamięci, ale w większości zastosowań nie ma bezpośredniego wpływu na wydajność komputera.

Pamięć RAM – dla dociekliwych: opóźnienia, SPD, XMP

Cztery główne opóźnienia pamięci

Na pudełkach, na stronach producentów i w specyfikacjach technicznych zestawów pamięci zwykle są podawane cztery główne opóźnienia, na przykład 16-18-18-36. Są to kolejno:

• CL – CAS Latency – określa liczbę cykli zegara, jakie upływają od otrzymania adresu kolumny zawierającej żądane dane do wysłania tych danych z modułu pamięci
• RCD – RAS to CAS Delay – określa, ile cykli zegara musi odczekać kontroler pamięci po nadaniu adresu wiersza, zanim będzie mógł nadać adres kolumny
• RP – Row Precharge Time – określa, ile cykli musi upłynąć po odczytaniu lub zapisaniu danych w wierszu, zanim będzie można aktywować inny wiersz
• RAS – Row Access Strobe – określa, ile cykli musi upłynąć od aktywacji wiersza, zanim będzie można nadać komendę zamknięcia tego wiersza.

Opóźnienia są podawane w cyklach zegara, a czas trwania jednego cyklu zależy od taktowania.

Łatwo zauważyć, że czas trwania na przykład opóźnienia CL jest taki sam, około 14 nanosekund, kiedy ustawimy CL 15 przy taktowaniu DDR-2133 oraz gdy ustawimy CL 21 i taktowanie DDR-3000. Za to w tym drugim przypadku przepustowość pamięci jest o około 40% wyższa!

Ponieważ opóźnienia sterują pracą kości pamięci oraz magistrali DDR4, nie każda kombinacja, jaką możemy wybrać, pozwoli na poprawne działanie podsystemu pamięci, a nawet na uruchomienie komputera. Komórki pamięci i układy sterujące potrzebują pewnego czasu na naładowanie i rozładowanie kondensatorów, których ładunek reprezentuje dane zapisane w pamięci, na odświeżenie zawartości powoli rozładowujących się komórek czy na to, żeby sygnały, które mają być rozpoznane przez kontroler pamięci, osiągnęły pożądany poziom. Jeśli ustawimy zbyt krótkie opóźnienia przy zbyt szybkim taktowaniu, po prostu zabraknie tego czasu i kontroler pamięci nie będzie mógł się skomunikować z pamięcią. Zbyt szybkie taktowanie może również spowodować, że sygnały biegnące przez niedoskonały kanał komunikacyjny (laminat płyty głównej, złącza w gnieździe pamięci i procesora) będą zbyt zakłócone, żeby mogły być zrozumiane przez kontroler pamięci.

SPD i profile XMP

Po uruchomieniu komputera, o ile użytkownik nie zapisze w UEFI innej konfiguracji, płyta główna ustawia opóźnienia i taktowanie według wskazówek zapisanych w SPD: niewielkiej pamięci konfiguracyjnej zamontowanej na każdym module RAM-u. Zwykle są to bezpieczne wartości: standardowe napięcie zasilania, stosunkowo niskie taktowanie (na przykład DDR-2133) i stosunkowo długie opóźnienia. Jeśli pamięć jest zaprojektowana do działania z prędkością większą, niż dopuszcza standard JEDEC lub zalecenia producenta procesora, to zwykle ma zapisany drugi zestaw tych wskazówek w postaci profilu XMP (Extreme Memory Profile). Profil XMP zawiera alternatywny zestaw opóźnień, informację o najszybszym pożądanym taktowaniu oraz pożądane napięcie zasilania. Kiedy ręcznie aktywujemy ten profil w UEFI, płyta główna zmienia najważniejsze opóźnienia według podanych w nim wartości, a pozostałe ustawia według zaprogramowanych w UEFI reguł.

Podkręcanie pamięci RAM – poradnik, jak wczytać profil XMP

Znamy już teorię, pora przejść do praktyki. A ta jest dużo prostsza, niż można by się spodziewać po takim wstępie. W poradniku skorzystamy z płyty Asusa, model ROG STRIX Z370-F GAMING − na jej przykładzie będziemy opisywać kolejne kroki. Pierwszym jest wejście do UEFI (następcy BIOS-u), czyli do środowiska, w którym możemy zmienić ustawienia oprogramowania układowego naszego sprzętu, w tym pojedynczych komponentów, jak właśnie pamięć RAM. Oto co należy w tym celu zrobić:

1. Po włączeniu komputera, tuż po naciśnięciu przycisku Power, a przed rozpoczęciem uruchamiania systemu operacyjnego musimy nacisnąć przycisk Delete lub F2, o czym na ogół informuje nas wyświetlany przez krótki czas ekran z logiem producenta płyty głównej. Gdy nam się to uda, powinniśmy zobaczyć ekran mniej więcej taki jak poniżej, zależny oczywiście od płyty głównej. W przypadku płyt Asusa interesuje nas zakładka Ai Tweaker.

2. Następnie przechodzimy do ustawień o nazwie Ai Overclock Tuner. Z rozwijanej listy wybieramy opcję XMP, a po wyświetleniu komunikatu informacyjnego potwierdzamy nasz wybór, klikając na OK.

3. Następnie poniżej powinno pojawić się kolejne pole wyboru, XMP, w którym wskazujemy dostępny profil pracy pamięci. W naszym wypadku jest to XMP DDR4-3597 16-18-18-36-1.35V.

4. Po wczytaniu profilu odpowiednie ustawienia powinny ulec zmianie, jednak warto to sprawdzić. W tym celu szukamy pola DRAM Frequency i potwierdzamy (ustawiamy) odpowiednią wartość. W naszym przypadku jest to DDR4-3600MHz.

5. Kolejne ustawienia, które należy sprawdzić, to wartości opóźnień. Żeby to zrobić, trzeba odszukać i wybrać opcję DRAM Timing Control (w przypadku płyt Asusa).

6. W tym miejscu możemy sprawdzić, czy wartości pierwszorzędowych opóźnień (primary timings) zostały poprawnie wczytane z profilu XMP. W naszym wypadku wszystko jest tak, jak producent pamięci przewidział, czyli CL (CAS Latency) ustawiony na 16, tRCD (RAS to CAS Delay) oraz tRP (Row Precharge Time) na 18 oraz tRAS (RAS ACT Time) na 36. Trzeba koniecznie pamiętać, że te wartości zależą od kupionych pamięci i w przypadku innych modułów mogą się różnić!

7. Kolejną wartością, która zmienia się po wczytaniu profilu XMP, jest napięcie, na którym pamięci powinny pracować z zadeklarowaną przez producenta prędkością. Żeby sprawdzić, czy zostało poprawnie ustawione, musimy odszukać parametr DRAM Voltage, który w przypadku pamięci w naszym przykładzie ma wynosić 1,35 volta.

8. Jeżeli powyższe parametry zostały ustawione poprawnie, możemy, naciskając przycisk F10 i Enter, zapisać ustawienia, wyjść z UEFI i poczekać, aż komputer uruchomi się ponownie. Po zalogowaniu się do systemu operacyjnego, aby sprawdzić stabilność pracy, dobrze jest uruchomić kilka obciążających aplikacji lub benchmarków.

Jeśli system się nie uruchamia lub podczas testów stabilności komputer się zacina albo resetuje, to znaczy, że płyta główna i pamięci nie są w stanie współpracować przy takich ustawieniach. W takim przypadku konieczne będzie zmodyfikowanie kilku z powyższych parametrów. Najlepiej zacząć od napięcia, ponieważ zmiana jego parametrów, w przeciwieństwie do obniżenia częstotliwości lub zwiększenia opóźnień, nie wpłynie negatywnie na wydajność pamięci. Wchodzimy do UEFI i w miejscu omówionym w punkcie 7 zwiększamy wartość o 0,1 volta, po czym ponownie zapisujemy ustawienia i uruchamiamy komputer. Jeżeli problem nadal występuje, możemy dalej zwiększać napięcie. Bezpieczna górna granica to 1,45 volta.

Jeżeli to nie zadziała, należy wrócić do domyślnego napięcia z profilu XPM i spróbować zwiększyć opóźnienia pamięci. W UEFI przechodzimy do miejsca z punktu 6 i zwiększamy CL o 1, a pozostałe wartości dobieramy metodą prób i błędów, na przykład 12-12-12-28 (15-17-17-35, 16-18-18-36, 18-21-21-39). To bardzo indywidualne ustawienia i trudno przewidzieć, jakie wartości zadziałają. Potem ponownie zapisujemy ustawienia i uruchamiamy komputer.

Jeśli to również nie pomoże, ostatnia możliwość to obniżenie częstotliwości taktowania pamięci. Po wejściu do UEFI przywracamy timingi z profilu XMP, po czym przechodzimy do miejsca opisanego w punkcie 4 i ustawiamy wartość o jeden stopień niższą niż domyślna, na przykład zamiast 2933 wybieramy 2800. Zapisujemy i restartujemy.

Podkręcanie pamięci RAM – procedura i platforma testowa

Ponieważ docelowymi klientami producentów pamięci o wysokim taktowaniu i niskich opóźnieniach są głównie gracze, dlatego wpływ omówionych wcześniej parametrów zdecydowaliśmy się przetestować właśnie w grach. Pierwszą pozycją, jaką wybraliśmy, jest Counter Strike: Global Offensive, który od lat jest najpopularniejszą grą e-sportową. Drugi tytuł to ciągle ogromnie popularne i mające rzeszę oddanych graczy Grand Theft Auto V, w którym również dostępny jest tryb wieloosobowy. Kolejną grą, której wyboru nie trzeba tłumaczyć, jest Wiedźmin 3, czyli niezwykle klimatyczny RPG akcji, który odniósł ogromny sukces nie tylko w Polsce, ale też poza granicami naszego kraju. Czwartą grą jest Shadow of the Tomb Raider, czyli całkiem nowa (od premiery minęło zaledwie pół roku) przygodowa gra akcji, która w odróżnieniu od dwóch pierwszych, tak jak Wiedźmin skupia się na rozgrywce jednoosobowej. Taki wybór gier pozwala nam zróżnicować spektrum testu, a docelowo pomoże wyciągnąć z niego wnioski. Jednak już tutaj trzeba zaznaczyć, że to tylko znikomy ułamek dostępnych na rynku gier i jesteśmy świadomi, że w innych tytułach lub zastosowaniach wyniki mogą być różne. Naszym celem było jednak wskazanie samego istnienia i skali lub ewentualnego braku zależności między wydajnością komputera w grach, a szybkością i opóźnieniami pamięci.

To, że wpływ parametrów RAM-u na wydajność komputera zdecydowaliśmy się sprawdzać pod kątem korzyści dla graczy, implikowało kolejne założenia. Ponieważ większość zestawów przeznaczonych do grania opiera się na układach Intela, dlatego też i my wybraliśmy taki procesor. Model, który wykorzystaliśmy do testów, to Core i7-8700K. Pozostałe komponenty to między innymi płyta główna Asus ROG STRIX Z370-F GAMING oraz karta graficzna Nvidia RTX 2080 FE. Testy przeprowadzane były w rozdzielczości 1920 x 1080 i przy maksymalnej jakości oprawy wizualnej. Takie ustawienia i tak wydajne podzespoły zapewniają liczbę klatek na sekundę na tyle dużą, że możliwe jest zauważenie czasami bardzo subtelnych wzrostów lub spadków wydajności.

Pamięci były testowane w pięciu często spotykanych na rynku szybkościach:

• DDR-2400
• DDR-2666
• DDR-2933
• DDR-3200
• DDR-3600

Każda z nich przy czterech różnych wartościach głównych opóźnień:

• 12 – 12 – 12 – 28
• 15 – 17 – 17 – 35
• 16 – 18 – 18 – 36
• 18 – 21 – 21 – 39

Dla porównania uwzględniliśmy również wydajność przy szybkości DDR-2133 i CL15, czyli podstawowych parametrach SPD. Aby zwiększyć precyzję pomiarów, każdy test był kilkunastokrotnie powtarzany (co dało ponad tysiąc powtórzeń, a wliczając wczytywanie map, zmiany ustawień i restarty komputera − 40 godzin ciągłych testów!), skrajne wyniki były odrzucane, a dopiero z pozostałych wyciągana była średnia.

Podkręcanie pamięci RAM – Corsair Dominator Platinum RGB

Kiedy już znamy procedurę oraz platformę, na której prowadziliśmy testy, pora napisać kilka słów o pamięciach, z których korzystaliśmy, czyli Corsair Dominator Platinum RGB. Ich sugerowana przez producenta szybkość pracy to 3600 MHz (jeżeli przeczytaliśmy wstęp, to powinniśmy już wiedzieć, że jest to liczba transferów na sekundę) przy opóźnieniach 16-18-18-36. Dzięki temu te pamięci dobrze pozwolą nam pokazać różnice między kolejnymi progami taktowania, od bardzo niskich do bardzo wysokich, oraz większymi i mniejszymi opóźnieniami, a to być może pozwoli też dostrzec, czy przyrost wydajności jest liniowy i proporcjonalny.

Warto też wspomnieć, że podobnie jak większość pamięci przeznaczonych dla graczy Dominatory poza szybkością działania i niewielkimi opóźnieniami cechują się też przykuwającymi wzrok rozpraszaczami ciepła. W tym przypadku solidne radiatory okalające kości pamięci wykonane zostały z matowego, czarnego anodyzowanego aluminium, a na ich wierzchu umieszczono diody LED RGB.

Diody dające intensywne, nasycone światło wraz z zastosowanymi dyfuzorami sprawiają, że podświetlenie jest równomierne i soczyste, nawet na tle innych świecących elementów.

Natomiast to, że diody mogą świecić niezależnie, daje ogromne możliwości konfiguracji. W oprogramowaniu Corsair iCUE mamy możliwość wyboru kilkunastu trybów, od statycznego koloru, przez kolor zależny od temperatury wybranego podzespołu, aż po złożone animacje, jak fala rozchodząca się po tafli wody czy spadające kolorowe klocki przypominające Tetrisa.

Do testów dostarczył: Corsair

Cena w dniu publikacji (z VAT): ok. 2000 zł

Podkręcanie pamięci RAM – wyniki: Counter Strike: Global Offensive

Wpływ prędkości taktowania

Wpływ opóźnień

Podkręcanie pamięci RAM – wyniki: Grand Theft Auto V

Wpływ prędkości taktowania

Wpływ opóźnień

Podkręcanie pamięci RAM – wyniki: Wiedźmin 3: Dziki Gon

Wpływ prędkości taktowania

Wpływ opóźnień

Podkręcanie pamięci RAM – wyniki: Shadow of the Tomb Raider

Wpływ prędkości taktowania

Wpływ opóźnień

Podkręcanie pamięci RAM – podsumowanie wyników

Na poniższych wykresach zestawiliśmy względną wydajność pamięci pracujących z poszczególnymi sprawdzanymi ustawieniami. Punktem odniesienia była dla nas wydajność pamięci, jaką uzyskaliśmy przy prędkości DDR-2133 oraz opóźnieniu CL15, czyli domyślnych parametrach SPD, z jakimi pracują testowane moduły w przypadku niewczytania profilu XMP.

Pierwsze, co rzuca się w oczy, to brak wyników dla opóźnień CL12 i prędkości DDR-3200 i DDR-3600. Niestety, zgodnie z tym, co pisaliśmy we wstępie, przy tak krótkich opóźnieniach i dużych prędkościach pamięci nie chciały działać poprawnie, nawet przy podwyższonym napięciu. Kolejnym faktem wartym odnotowania jest to, że przy ustawieniach CL15 i prędkości DDR-3600 oraz CL12 i DDR-2933, aby pamięci pracowały stabilnie, konieczne było poniesienie napięcia do 1,39 V. Trzecim ważnym aspektem jest to, że przy znacznie zwiększonej szybkości i skróconych opóźnieniach zachowanie stabilności dla czterech modułów pamięci jednocześnie jest zdecydowanie trudniejsze niż dla dwóch. W naszym przypadku, aby móc przeprowadzić testy na większej liczbie ustawień, zmuszeni byliśmy zrezygnować z dwóch modułów i musieliśmy ograniczyć się do połowy zestawu.

Pokręcanie pamięci RAM – wnioski

Jak widać w powyższym zestawieniu, włączenie profilu XMP lub ręczne przetaktowanie pamięci może spowodować wymierny i istotny wzrost wydajności komputera. W najkorzystniejszym przypadku w naszym teście, czyli w Wiedźminie, wzrost wydajności wyniósł niemal aż 25%, a w najgorszym, czyli w Counter Strike’u, prawie 10%.

Niestety, kupując tanie pamięci, raczej nie można oczekiwać, że będą mogły pracować z dużo wyższymi parametrami. Osoby decydujące się na kupno drogich i szybkich modułów zapewne są świadome, za co płacą, i będą zdeterminowane, aby pamięci pracowały z deklarowaną przez producenta szybkością.

Chociaż przyrost wydajności między profilem SPD a XMP jest duży, to różnice w wydajności między samymi pamięciami o zbliżonych prędkościach i opóźnieniach są już raczej mało istotne. Dobrze jest zdawać sobie z tego sprawę, szczególnie podczas wyboru nowych modułów. Szybsze pamięci DDR-3600 potrafią kosztować o kilkanaście procent więcej niż te o szybkości DDR-3200, a różnica wydajności to zaledwie 1 – 2 punkty procentowe. W takim wypadku zdecydowanie nie warto dopłacać, a zaoszczędzone pieniądze lepiej przeznaczyć na droższy procesor lub kartę graficzną. Co więcej, w większości testów największy przyrost wydajności możemy zaobserwować między DDR-2666 a DDR-2933 oraz między DDR-2933 a DDR-3200. Między DDR-3200 a DDR-3600, mimo większej różnicy prędkości, wzrost wydajności był mniejszy. Dlatego jeżeli pamięci, które chcemy kupić, pracują z szybkością DDR-3600, ale przy wysokich opóźnieniach, zdecydowanie lepiej jest zdecydować się na moduły DDR-3200, ale o niższych timingach.

Należy też zauważyć, że nieumiejętne zmienienie parametrów działania pamięci może przynieść skutek odwrotny od zamierzonego. W dwóch testowanych przez nas grach zwiększenie prędkości pamięci względem wartości domyślnej, ale przy jednoczesnym zwiększeniu opóźnień powodowało spadek wydajności. Taka sytuacja miała miejsce w Counter Strike’u oraz GTA V, gdy ustawiliśmy szybkość na DDR-2400, a timingi na CL18. Można z tego wyciągnąć wniosek, że nie warto za wszelką cenę starać się zwiększyć taktowania pamięci. Jeżeli posiadane przez nas moduły, aby móc pracować z większą częstotliwością, wymagają znacznego zwiększenia opóźnień, trzeba sprawdzić, czy nie ma to negatywnego wpływu na wydajność.

Mamy nadzieje, że nasz test pomoże wam dokonać optymalnego wyboru i zaoszczędzić kilkadziesiąt lub kilkaset złotych, a poradnik pomoże samodzielnie zmienić parametry już posiadanej pamięci i zyskać kilka procent wydajności za darmo.