JEDEC vs. Intel DDR5 Specs – Timings tRRD_S, tRRD_L, tFAW und tRTP im Benchmark-Praxistest mit Alder Lake

1 - Prämisse und Testmethodik 2 - Activates (tRRD_S, tRRD_L, tFAW) in der Theorie 3 - Activates (tRRD_S, tRRD_L, tFAW) in Benchmarks 4 - tRTP / tRDPRE in der Theorie 5 - tRTP / tRDPRE in Benchmarks 6 - Zusammenfassung und Fazit

Heute soll es mal wieder um ein Steckenpferd von mir gehen, die Übertaktung von Arbeitsspeicher, genauer gesagt DDR5 und dessen Timings. Hier gibt es nämlich eine seltsame Differenz zwischen den Spezifikationen der JEDEC, also dem Gremium des Standards, und den Spezifikationen der Intel Alder Lake CPUs der 12ten Generation. Und auch wenn die genaue Funktionsweise der einzelnen Timings wahrscheinlich für die Allermeisten ein rotes Tuch ist, lässt sich durch einfache Vergleichstests doch trotzdem ein Rückschluss auf deren Einfluss auf die Rechenleistung ziehen. Und genau das machen wir heute.

Prämisse und Methodik

Konkret geht es in diesem Artikel um die „Activate“ Timings tRRD_S, tRRD_L und tFAW, sowie das Timing tRTP bzw. tRDPRE. Hier bedeuten grundsätzlich möglichst niedrige Werte möglichst viel Performance und entsprechend ist der Minimalwert der Timings von besonderem Interesse. Genau dabei unterscheiden sich aber die Dokumente zu den Spezifikationen – während Intel beispielsweise für die tRRD Timings ein Minimum von 4 angibt, spezifiziert JEDEC 8 bzw. ein zeitliches Equivalent von 7,5 Nanosekunden, unabhängig von der Taktrate. Was stimmt den aber nun, welche Werte funktionieren tatsächlich noch und bis zu welchem Punkt skaliert zudem die Performance? Die Antworten bringen nur Tests, viele viele Tests.

Hierfür verwende ich exemplarisch das Gigabyte Z690 Tachyon Mainboard, zum einen weil ich hierfür parallel noch an einem Review arbeite und zum anderen, weil sich fast alle Performance-relevanten Timings im BIOS konfigurieren lassen, was leider nicht bei allen Z690 Boards selbstverständlich ist. CPU ist ein i9-12900K mit 5,1 GHz auf den P-Kernen, 4,9 GHz auf den E-Kernen, deaktivierten E-Kernen und einem Microcode ohne AVX512, da ich mich möglichst nahe an den offiziell unterstützen Spezifikationen orientieren möchte, auch um womöglich unvorhergesehene Wechselwirkungen auszuschließen.

Zur Veranschaulichung der Timings und deren Funktion beziehe ich mich auf die Dokumente von Intel und JEDEC, die ich im folgenden auch nur übersetze bzw. interpretiere. Wer also die ungefilterten Informationen bevorzugt, möge bitte direkt zu den Quelle gehen, die ich hier verlinke. Während Intel’s Dokumentation frei erhältlich ist, muss man bei JEDEC offiziell einige hundert USD für die Einsicht der Dokumente zollen. Geübte Googler werden aber mit Sicherheit auch auf anderen Wegen eine Kopie ausfindig machen können.

Zum Vergleich der Rechenleistung kommen mehrere synthetische Benchmarks zum Einsatz, die als besonders sensibel für RAM-Timings bekannt sind: Geekbench 3, SuperPi mod 1.5XS 32M, Linpack Xtreme 1.1.5 und Y-Cruncher 2.5b. Um die Messungen noch konstanter zu bekommen, wird für SuperPi Hyperthreading deaktiviert und für Linpack Xtreme ein eigenes Linux-basiertes Betriebssystem verwendet, das möglichst wenig Hintergrundrauschen mit sich bringt und damit die Ergebnisse noch reproduzierbarer machen sollte. Für die anderen Tests kommt ein Windows 11 Image zum Einsatz, welches von den meisten unnötigen Hintergrund Aufgaben befreit wurde, auch um hier zumindest etwas konstanter bei den Ergebnissen zu werden. Natürlich wäre Windows 7 oder Windows XP für SuperPi noch optimaler, allerdings hätte dies den Rahmen von Zeit und Aufwand gesprengt.

Zudem wurde jeder Benchmark mit jeder RAM Einstellung mindestens 3 mal getestet und anschließend der Durchschnitt gebildet. Nur so lassen sich wirklich verlässlich Rückschlüsse auf den Impact der einzelnen Timings ziehen und andere Einflüsse zumindest größtenteils ausschließen. Falls ein Ergebnis zu stark vom bisherigen Durchschnitt abweicht bzw. offensichtlich nicht zu den anderen passt, wird es manuell aussortiert. Alle RAM-Timings werden für die Tests manuell fixiert, wobei relativ konservative und JEDEC-nahe Timings verwendet werden. Als Taktrate kommt DDR5-4800 zum Einsatz, da dies in der mir zugänglichen Version der DDR5 Dokumentation die höchste mit festgelegten Timing-Spezifikationen ist. Folgende Timings dienen als Baseline für die Tests:

Die restliche Testhardware gibt’s wie immer noch als Übersicht: