CPU DDR-RAM Practice Reviews

Single- vs. dual-rank, DDR4 vs. DDR5 – What is the ideal RAM config for Intel Alder Lake? | Synthetics and Gaming

DDR5 is known to be rarer and harder to come by than some GPUs at the moment. Therefore, the question arose for me: Does an Intel CPU of the 12th generation, codename Alder Lake, really need the new memory standard, or is the performance with DDR4 on a similar level? Alder Lake now also uses two separate memory controllers (IMCs) for DDR4, one for each memory channel, where the 11th generation only used one in total. For this I again recommend our interview with Kingston, where exactly these fine differences are explained in detail.

We could already prove that Alder Lake’s memory interface is used more efficiently in benchmarks in a previous article. But now I was also interested in the effects of this on single- or dual-rank topologies. Since I am one of the lucky few with several DDR5 kits, I just tested this and of course I don’t want to withhold the results from you.

A 4-DIMM motherboard from MSI serves as the base in each case, the Z690 Carbon WIFI for DDR5 and the Pro Z690-A DDR4. When it came to RAM settings, I was looking for a good compromise between performance and affordability. Because even if you can achieve clock speeds of up to 4400 Mbps with Alder Lake in the Gear 1, assuming appropriate RAM and BIOS optimizations, that’s probably out of reach for most users. Accordingly, DDR4-4000 is operated with timings 15-15-15-30 at 1.5 V, which also works without problems in the dual-rank. The exact settings including subtimings and stability test I have here as a screenshot:

With DDR5, I aimed for a similar compromise, although much higher clock speeds are possible here due to the inevitable Gear 2, depending on the memory IC. While Micron 16 Gbit RevA can be clocked up to a maximum of 5600 Mbps, the Hynix 16 Gbit “M-Die”, which I have not yet been able to test myself, manages close to 7000 Mbps and Samsung’s 16 Gbit B-Die is somewhere in between. Since my configuration is supposed to work in dual-rank mode, I finally settled on DDR5-5600 36-36-36-72 at 1.3V. For this purpose, 2 kits with a total of 4 single-rank modules are used, which are divided between the two channels and effectively operated in dual-rank mode. The details about subtimings and voltages are again available as screenshots:

After DDR4 and DDR5 configs are set, only the CPU remains. An i9-12900K is used here again, with the “efficiency” cores disabled, the performance cores set to 5.1 GHz, and the cache set to 4.6 GHz, both staticly. Also these settings are not the absolute maximum of what can be achieved on the Alder Lake platform with good cooling and luck in the silicon lottery, but are relatively straightforward to achieve for most CPUs and users. As always, a complete listing of the hardware and software used is still available as a table:

Test systems

Hardware:
  • CPU: Intel Core i9-12900K (5.1 GHz P-Core, E-Cores disabled, 4.6 GHz cache)
  • Mainboard:
    • DDR4: MSI Pro Z690-A DDR4 (BIOS 115U3)
    • DDR5: MSI Z690 Carbon WIFI (BIOS 115)
  • RAM kits:
    • DDR4:
      • G.Skill Trident Z Royal DDR4-4000 CL16 2x 16 GB Kit
      • G.Skill Ripjaws V DDR4-4000 CL15 2x 8 GB Kit
    • DDR5:
      • Corsair Dominator Platinum DDR5-5600 CL36 2x 16 GB Kit
      • G.Skill Trident Z5 DDR5-6000 CL40 2x 16 GB Kit
      • Kingston Fury Beast DDR5-5200 CL40 2x 16 GB Kit
  • Power supply: Superflower Leadex Gold 1600 W
  • SSD: Crucial MX500 2 TB (SATA 3, OS)
  • Graphics card: Nvidia GeForce RTX 3090 Founders Edition (Game Ready Driver 496.94)
  • Operating system: Windows 11 Pro 64-bit (up-to-date)
Cooling:
  • CPU Block: Corsair XC7 RGB Pro
  • CPU TIM: Arctic MX-5
  • Radiators: Alphacool NexXxoS ST30 480mm + HardwareLabs Black Ice GTX 240mm
  • Fans: 4x Phobya NB-eLoop 120mm 1600rpm + 2x Noiseblocker NB eLoop B12-4 120mm
  • Pump: XSPC D5 PWM
Housing:
  • Open Benchtable
Periphery:
  • Monitor: Benq XL2720
  • Keyboard: KBC Poker 2 (Cherry MX Brown)
  • Mouse Zowie FK1
Measuring devices:
  • Thermometer: Elmorlabs KTH (calibrated)
  • Power meter: Elmorlabs PMD
  • USB-to-I2C Adapter: Elmorlabs EVC2
  • Flow meter / thermometer: Alphacool high flow NEXT
  • Software: HWInfo64 7.15-4620

For better clarity, the following abbreviations are used in the diagrams:

  • 12900K: Intel Core i9-12900K CPU
  • 51/0/46: Multipliers for P-cores x51, E-cores 0 (disabled), cache x46 at BCLK 100 MHz
  • SR, DR: Single-Rank, Dual-Rank
  • 4000c15: DDR4 configuration with 4000 Mbps, see screenshot above for subtimings
  • 5600c36 DDR5 configuration with 5600 Mbps, see screenshot above for subtimings
  • 2T: Command rate 2T
  • G1, G2: Gear 1, Gear2 – ratio between IMC clock and RAM clock, Gear 1 = 1:1, Gear 2 = 1:2

 

Kommentar

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l
lablaka

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41 Kommentare 28 Likes

Sehr interessanter Artikel, aber 2 Titel sind etwas mager und 1080p könnte in manchen Szenen nach wie vor im GPU-Limit sein.

Gerade bei einfacheren E-Sports Titeln sieht man noch deutlichere Vorteile für DDR4. Die scheinen mit dem Durchsatz von DDR5 nicht so viel anfangen zu können, Latenz skaliert jedoch quasi immer.

Ich verstehe natürlich, wenn zeitlich nicht mehr drin ist, aber wenn man sich den ganzen Aufwand für die 4 Testsetups anschaut, fallen ein paar mehr Titel im Verhältnis nicht ins Gewicht. Zumal man auch eine Auflösung hätte streichen können, spart direkt die Hälfte der Versuchsreihen und schafft Zeit für mehr Titel. CPU Tests in 1440p braucht's doch nicht unbedingt.

Also Setups und Idee 10/10, Prioritätensetzung ist etwas merkwürdig geworden.

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s
scotch

Veteran

149 Kommentare 100 Likes

Aber wenn man mal vernünftig bleibt, für die paar Prozentchen lohnt es nicht wirklich groß zu investieren. Zumindest im Moment. Bei mir wird der 12700K weiter auf den alten DDR4s laufen und erst mal ein Jährchen abgewartet, oder gar länger.

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Megaone

Urgestein

1,739 Kommentare 1,637 Likes

Welcher Durchschnittsuser blickt eigentlich noch durch den ganzen CPU-Board-Ram wust durch?

Von den möglichen Kombinationen mit allen spezifischen Vor- und Nachteilen mal ganz abgesehen.

Produktionsprobleme, aber alle paar Monate wird eine neue Sau durchs Dorf gejagd.

Bei mir hat sich folgende Erkenntnis durchgesetzt. Rechner A bekommt bei erscheinen der 6000serie von AMD einen neuen 5950x spendiert und Rechner B bekommt entweder den alten 3900er auf einem günstigen Board oder alternativ wird der 1920er wegen Windows 11 durch einen günstigen 2920er ersetzt. Falls Windows 11 doch auf dem alten Threadripper läuft, bleibt alles so wie es ist.

Der Nutzen hält sich sowieso für Leute mit normalen Büroanwendungen und Spielern über QHD in engen Grenzen.

Und ob das Stromsparpotenzial einen Neukauf rechnet, lassen wir mal dahin gestellt und wird durch den ständig steigen Strombedarf der Grakas eh ad absurdum geführt.

Dann lieber das Geld, wie schon geschrieben in Grafikkarten oder falls schon vorhanden in hochwertige SSd`s investieren.

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P
Phoenixxl

Veteran

157 Kommentare 118 Likes

Ich finde das so gut, denn es zeigt sehr deutlich: Der theoretische Gewinn (1080p) ist praktisch (WQHD +) nicht vorhanden.
Wer spielt, dem kann es mehr oder weniger egal sein, welchen Typ RAM er hat.
Der Mehrpreis von DDR5 ist immer besser investiert, wenn mehr RAM oder eine bessere CPU/GPU gekauft wird.

Für alle anderen User gibt's ja die Test mit Geekbench etc.

Als 4K Spieler wären die Mehrkosten für schnellen DDR5 Arbeitsspeicher quasi verbranntes Geld. Denn wann machen 2 fps schon die Unterschied zwischen spielbar und nicht spielbar aus?

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Igor Wallossek

1

10,155 Kommentare 18,726 Likes
M
McFly_76

Veteran

395 Kommentare 136 Likes

Jetzt wissen wir dass es beim Gaming dem Intel Prozessor egal ist welcher Speicher ( Rank ) verbaut ist.

Neben dem Benchmark würde mich auch interessieren wie stabil das System mit Vollbestückung läuft ( single / dual Rank ),
bzw. wird die SSD Performance dadurch beeinflusst und wie reagieren die Anwendungen darauf ?
Aber diesen Test könnte Igor separat übernehmen :coffee:

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skullbringer

Veteran

306 Kommentare 328 Likes

Mal gucken, was noch so passende Spieletitel für RAM Benchmarks wären, vielleicht CSGO? Mehr als 3 werden es aber langfristig bei meinen Tests wahrscheinlich nicht werden.

Ob wir nun 1, 3 oder 10 Games testen, es wird immer eines geben, das sich anders verhält als die getesteten. Wenn jemand wirklich für sein Lieblingsgame die letzten 2-3 FPS rausholen will, dann hilft nur selbst testen und mit Verhältnissen zu Geekbench und Aida64 auf die Vorlieben der Engine für Bandbreite und Latenz schließen.

Man könnte das ja beliebig weit spinnen und sogar analysieren ob es bestimmte wiederkehrende Speicherzugriffs-Folgen bei einzelnen Anwendungen/Spielen gibt und daher bestimmte Timings einen besonders großen Impact haben. Dann könnte man wiederum bestimmte IC Typen und PCB Layouts als besonders gut geeignet für einzelne Anwendungen benennen... aber wie vielen Lesern hilft das am Ende wirklich und zu welchem zeitlichen Preis...

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s
sch4kal

Neuling

2 Kommentare 2 Likes

Bei den Taktraten keine Chance. Vollbestückung ist normal so bei 3600/3733MHz Schicht im Schacht für SR, bei DR kann ich es nicht sagen.
Vollbestückung mögen die Intel Boards seit Z490 schon nicht mehr (siehe Daisy-Chain vs. T-Topologie).

Kann der eingänglichen Prämisse des Tests leider nicht ganz zustimmen, das 4000MHz DR bei jedem Alderlake problemlos zu erreichen wären. Ich hab hier sowohl das Strix D4 Board von Asus als auch das im Test verwendete MSI Pro Z690-A DDR4 und hab damit jedes BIOS (selbst inoffizielle Beta-BIOSe von Shamino aus dem OCN Forum) ausprobiert, mit meinem derzeitigen 12900KF lässt sich 4000MHz DR nicht POSTen, keine Chance. Egal wie hoch die VCCSA/VDDQ-Spannung eingestellt ist. Das schaffen afaik nur die Early Retail Badges (und Reviewer Samples). Die können das dann auch bis 4133MHz. Mein voriger 12700K konnte es auch nicht, wobei die Tendenz aus dem HWLuxx bisher so ist, das die 12900K/KF Modelle generell besser gebinnte IMC zu haben scheinen als die 12700K(F)/12600K(F).

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RedF

Urgestein

4,640 Kommentare 2,540 Likes

COD soll gut auf RAM reagieren, habe es aber selber noch nicht getestet.

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Alkbert

Urgestein

929 Kommentare 704 Likes

Also ist DDR 5 aktuell eine Geldvernichtungsmaschine für meßbaren Mehrwert bei fehlendem Nutzwert. Damit wäre für mich die Entscheidung klar. Und die Leute, die ohnehin alle 3-4 Jahre spätestens umrüsten, aufrüsten oder ersetzen reicht es dicke aus, DDR 5 bei der nächsten Iteration in ca. 3 Jahren zu berücksichtigen. Dann hoffentlich ausgereift, mit besseren Latenzen und zu weniger geistesgestörten Preisen.

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A
Atent123

Neuling

1 Kommentare 0 Likes

Das DDR4 Kit ist mal eben 11ns Reaktionsfreudiger als meine 3800 CL16-18-18-38 Micron E-Dies auf Alder Lake. :oops:

@sch4kal Auf meinem 12700KF und Pro Z690-A DDR4 liefen 4000MTs tatsächlich auch mit Stock Spannungen ohne Probleme.
Nur waren die Latenzen so hoch, dass es sich nicht lohnt. Vielleicht sind die KFs wirklich dahingehend besser gebinnt.

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S
Staarfury

Veteran

257 Kommentare 206 Likes

Natürlich bei 58 oder 118 fps :p

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s
sch4kal

Neuling

2 Kommentare 2 Likes

Sicher das sie in Gear 1 liefen ?

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Z
Zazz

Mitglied

15 Kommentare 3 Likes

Why no REAL workstation benchmarks? l want to se what DDR5 6000MT does to Solidworks, if any

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RX480

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1,839 Kommentare 839 Likes

This!

... würde an nem ollen 60Hz-TV ohne Freesync echt stören
(je nachdem wie oft die Dips sind)

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skullbringer

Veteran

306 Kommentare 328 Likes

Thanks for suggesting that! It's difficult to find the right balance between representative and time-effective benchmarking for these tests.

I'm currently debating if we split ram kit reviews from these ram benchmarking pieces all together and do them seperately. So in one you would get the info about synthetic performance firgures for a given kit. In the other you could extrapolate from the synthetic numbers to all benchmarks in our suite, including workstation, gaming, math etc., but still questioning how practical that really would be. 🤔

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Onkel.Tom

Mitglied

55 Kommentare 8 Likes

Hi, danke für den Test...

Die "Wievele RANKs braucht man für die optimale Performace?" Frage ist aber nicht wirklich geklärt.

Es gibt ja viele Möglichkeiten bei DDR4:

2 Module je SR
2 Module je DR
4 Module je SR
4 Module je DR

Laut meines Wissens bringen 2 Module DR bei einem ZEN1,2,3 die Beste Performace. Denn die CPU kann nur 4 Ranks optimal anprechen. Stimmt das soweit?

Bei DDR5 sieht es ja noch komplizierter aus, da man je Modul auch noch 2 Speicherkanäle hat. Gibt es auch DDR5 Module mit nur einem Speicherkanal, oder vier?

VG;

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skullbringer

Veteran

306 Kommentare 328 Likes

Bei DDR4 ist Dual-Rank Betrieb, in welcher Form auch immer, die effizienteste Ausbaustufe, also 4 Single-Rank Module oder 2 Dual-Rank Module auf einer Dual-Channel Plattform wie Zen 3 oder Alder Lake, wobei man mit 2 Dual-Rank Modulen weniger vom Mainboard und dessen Kompatibilität abhängig ist. 4 Dual-Rank Module bringt zwar auch noch einen minimalen Performance-Zuwachs, ist aber meistens den Aufwand nicht wert. Ich glaube, genau das, was du meinst, haben wir früher schon mal getestet: https://www.igorslab.de/performance...s-in-theorie-und-praxis-mit-cyberpunk-2077/2/

Bei DDR5 ist es ähnlich, wobei 4 Single-Rank Module aktuell auf den meisten Boards nur sehr schlecht funktionieren. DDR5-5600 mit viel manuellem Tuning scheint aktuell hier das Maximum zu sein. Also einfach zwei identische Single-Rank XMP Kits mit jeweils 2 Modulen zu kaufen und zusammen in ein 4 DIMM-Mainboard zu stecken, ist aktuell keine gute Idee. Es gibt aber auch bereits ein paar dual-rank Module (32 GB), die auch auf 4 DIMM Mainboards ziemlich gut funktionieren.

Also Dual-Rank Betrieb bringt mehr Performance und weniger Module bessere Kompatibilität. Natürlich immer vorausgesetzt, dass man alle Channels voll ausnutzt. Diese Unterteilung bei DDR5 in die 32-bit Subchannels ist diesbezüglich aber irrelevant, Alder Lake ist in dem Sinne genauso eine Dual-Channel Plattform wie frühere Intel Mainstream oder AMD Ryzen CPUs, dass zwei DDR Module verwendet werden sollten.

32-bit (single sub-channel) oder 128-bit (quad sub-channel) Module gibt es also in diesem Sinne auch bei DDR5 nicht. Man könnte jetzt zwar argumentieren, dass ein dual-rank Modul ja zwei 64-bit Ranks, somit 128-bit insgesamt und 4 32-bit Subchannel hat, aber so ist der Begriff Channel einfach nicht definiert.

Mainstream CPUs haben weiterhin eine 128-bit breite Anbindung zum Arbeitsspeicher und die physische Unterteilung dessen erfolgt in 64-bit breite Anschlüsse, das ist jeweils ein Channel. Und auch wenn man mehrere Ranks an einen einzelnen Channel anschließt, können diese Ranks nur abwechselnd über diesen Channel kommunizieren (Interleaving). Hoffe das ergibt Sinn 😅

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Klicke zum Ausklappem
Y
YSC

Neuling

5 Kommentare 2 Likes

interesting one, but just one question, saw your vccsa on DDR4 reaches 1.35v while ddr5 @ 1.20v, will you consider this being safe for prolonged usage?

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Xaver Amberger (skullbringer)

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