Arbeitsspeicher Praxis System Testberichte

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

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:

Testsysteme

Hardware:
  • CPU: Intel Core i9-12900K (5,1 GHz P-Core, E-Cores disabled, 4,9 GHz Cache)
  • Mainboard: Gigabyte Z690 Aorus Tachyon (BIOS x3i)
  • RAM-Kit: Teamgroup T-Force Delta DDR5-6400 CL40 2x 16 GB Kit
  • Netzteil: Superflower Leadex Gold 1600 W
  • SSD: Crucial MX500 2 TB (SATA 3, OS)
  • Grafikkarte: Nvidia GeForce RTX 3090 Founders Edition (Game Ready Driver 512.59)
  • Betriebssystem: Windows 11 Pro 64-bit (up-to-date), Porteus Linpack Xtreme 
Kühlung:
  • CPU: Corsair iCUE H150i RGB PRO XT 360 mm AIO, Corsair XC7 RGB Pro, Alphacool Eisblock XPX Aurora 
  • CPU-TIM: Alphacool Subzero
  • Radiatoren: Alphacool NexXxoS ST30 480 mm + HardwareLabs Black Ice GTX 240 mm + Watercool MO-RA3 360 Pro
  • Lüfter: 4x Phobya NB-eLoop 120 mm 1600 rpm + 2x Noiseblocker NB eLoop B12-4 120 mm + 9x XPG Vento Pro 120 mm
  • Pumpe: 2x Alphacool D5 VPP655
Gehäuse:
  • Open Benchtable
Peripherie:
  • Monitor: EVGA XR1 Lite, Benq XL2720
  • Tastatur: KBC Poker 2 (Cherry MX Brown)
  • Maus: Zowie FK1
Messgeräte:
  • Thermometer: Elmorlabs KTH (kalibriert)
  • Leistungsmessgerät: Elmorlabs PMD 
  • USB-to-I2C Adapter: Elmorlabs EVC2
  • Durchfluss-Messgerät / Thermometer: Aqua Computer high flow NEXT

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RedF

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2,608 Kommentare 1,141 Likes

Danke : ). Gerne mehr.

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Ghoster52

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478 Kommentare 282 Likes
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Phoenixxl

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88 Kommentare 57 Likes

Beiträge über RAM Timings sind definitiv Beiträge bei denen man etwas lernt.

Praktisch relevant sind sie halt nur für wenige, da das Verhältnis von Aufwand, Nerven (Abstürze, Instabilitäten) und Nutzen für die meisten einfach nicht gut ist.

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TGH1978

Mitglied

32 Kommentare 19 Likes

Super Artikel - Vielen Dank!

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Ghoster52

Veteran

478 Kommentare 282 Likes

Es ist dennoch lehrreich und erweitert den Horizont...
Dumm sterben kann man später immer noch. Duck und weg. :LOL:

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F
Furda

Mitglied

34 Kommentare 21 Likes

Sehr interessant und lehrreich, danke.
Ich gehöre zur verschwindent kleinen Gruppe, die grossen Wert auch auf solch' vermeintlich irrelevanten Details legt, daher sehr gerne bitte mehr!

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Thy

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1,554 Kommentare 468 Likes

Die Thematik ist durchaus interessant, danke für die Einführung. Man kann nie genug über RAM wissen.

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meilodasreh

Veteran

294 Kommentare 92 Likes

Wenn es in Bereiche geht, wo es im Ergebnis im Grunde nur noch um kleinste Nouancen geht, dann stellt sich mir auch immer die Frage, ob man nicht eine gewisse Bauteilstreuung mit berücksichtigen müsste.
Sprich: lässt sich aus so einem Test überhaupt eine allgemein gültige Aussage ableiten?
Oder würde der Einfluss der "sub sub sub timings" in einer anderen hardware-Konfiguration (Mainboard, RAM) vielleicht in eine andere Richtung ausschlagen, bzw. sich so nicht bestätigen!?
Der Vollständigkeit halber bzw. als Kontrollgruppe müsste man meiner Ansicht nach das Ganze auch nochmal mit a) einem zweiten baugleichen Setup (zweites baugleiches Board und zweites baugleiches RAM kit) und b) mit einem weiteren setup (anderes vergleichbares Board und RAM-kit, mit gleichen Leistungsdaten aber andere Type/Hersteller) durchlaufen lassen.
Nur so als Gedankenanstoß. Andererseits aber wohl die Mühe nicht wert, das wirklich so zu machen.
Mir reicht als Ergebnis des Ganzen ohnehin die Aussage, daß das insoweit alles Plausibel ist, wenn auch nicht bis ins Detail streng wissenschaftlich nachgewiesen. Immerhin reden wir hier wie gesagt nur um Nouancen...ob es stimmt oder nicht, ist im Ergebnis eh für 999 von 1000 Personen praktisch irrelevant.
Interessant auf jeden Fall mal wieder, wenn auch wirklich "schwere Kost"!

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Xaver Amberger (skullbringer)

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