Wie übertaktet man den Arbeitsspeicher richtig? Basics und Tutorial für das RAM-OC

1 - Theorie, Einführung und Disclaimer 2 - Voraussetzungen und empfohlene Tools 3 - Speicher-Takt, Timings und Spannungen erklärt 4 - Speicher OC-Prozedur mit Tipps und Tricks

The numbers, Mason! What do they mean? – Speicherparameter

Nun, da wir die Basis aller umgebenden Faktoren und Anforderungen abgedeckt haben, lasst uns tatsächlich ins BIOS gehen und über die Einstellungen sprechen, die man verändern musst um mehr Leistung zu bekommen. Auch hier handelt es sich eher um einen groben Überblick als um eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung, also behaltet das bitte im Hinterkopf.

Speichertakt (DRAM-Takt): Das ist die Geschwindigkeit, mit der der Speicher tatsächlich läuft. Ich bin mir nicht sicher, ob es mehr oder weniger verwirrend ist, hier die Maßeinheit anzugeben, aber im Grunde ist damit immer die Zahl gemeint, die auf dem Etikett der Module steht, die das BIOS als Takt anzeigt. Um ein Beispiel zu nennen, DDR4-3600 würde 3600 MT/s bedeuten, also 3600 Millionen Datenübertragungen pro Sekunde. Da DDR (double data rate) Speicher jedoch 2 Übertragungen mit jedem Taktzyklus macht, läuft er tatsächlich nur mit 1800 MHz, also 1800 Millionen Taktzyklen pro Sekunde. So oder so, je höher die Zahl, desto schneller gehen die Signale von der CPU zum Speicher und zurück und bieten somit Potential für schnelleren Datentransfer.

Timings: Die Anzahl der Taktzyklen, die es braucht, bis eine bestimmte Operation ausgeführt wird. Da wir die Geschwindigkeit der Taktzyklen mit dem Speichertakt verändern, müssen Timings immer in Relation zum Speichertakt betrachtet werden, um zu wissen, welche absolute Zeit dieses Timing beschreibt. Z.B. tCL (Timing für Column Access Strobe Latenz) von 18 bei einer Speichergeschwindigkeit von DDR4-3600, also 1800 MHz entspricht einer effektiven absoluten Latenz von 18 * 1800 MHz = 10 ns. Ein anderes Beispiel mit der gleichen effektiven Latenz wäre tCL 25 bei DDR4-5000, also 25 * 2500 MHz = 10 ns. Wie man deutlich sehen kann, ist der Speichertakt nur die halbe Miete, denn mit ausreichend hohen (oder lockeren) Timings ändert sich die Performance möglicherweise gar nicht.  Auf der anderen Seite kann man bei gleichem Speichertakt die Leistung durch Verringern (oder Anziehen) der Timings steigern.

Nun gibt es eine Menge Timings, diese werden dann in primär, sekundär und tertiär gruppiert und sie alle haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Performance. Um es aber relativ einfach zu halten, für die beste Leistung will man den höchstmöglichen Speichertakt, mit den niedrigstmöglichen primären Timings, die alle tCL, tRCD, tRP und tRAS beinhalten. Dies ist auch das, was beworben wird, wenn man ein RAM-Kit kauft, also kann man diese Info auch für die Kaufentscheidung nutzen. Oftmals werden zwar nur Speichertakt und tCL beworben, jedoch haben auch die anderen primären Timings einen großen Einfluss auf die Leistung, vor allem tRCD. So wird z.B. DDR4-4000 16-16-16-36 immer noch spürbar besser performen als DDR4-4000 16-19-19-39.

Welche Timings ein Speichermodul bei einem bestimmten Takt erreichen kann, hängt vom Typ des ICs ab, mit dem das Speichermodul gebaut wurde und von der Betriebsspannung (Vdimm / DRAM Spannung). Zum Beispiel kann Samsung B-Die im Vergleich zu allen anderen Speicher-ICs die engsten Timings bei einem bestimmten Takt fahren, während Hynix DJR  die höchsten Takte erreichen kann, allerdings auf Kosten eines sehr hohen tRCD und damit eines großen Nachteils bei der Latenz.

Wie ihr vielleicht schon gemerkt habt, ist niedriger immer besser, wenn es um Timings geht, mit einer Ausnahme: tREFI. Diese Einstellung kann man nur auf Intel-Plattformen ändern und sie beschreibt das Intervall zwischen den Refreshs, also Auffrischungen, der Daten im Speicher. Während dieser Refreshs können keine Datenoperationen stattfinden. Man will also, dass diese Refreshs so selten wie möglich stattfinden und daher die tREFI Einstellung so hoch wie möglich halten. Außerdem ist es nicht wirklich notwendig zu wissen, was einzelne Timing konkret bedeuten. In manchen Fällen ist es lediglich nützlich zu wissen, ob die Timings miteinander interagieren oder welchen Effekt bestimmte Timings haben, z.B. auf die Bandbreite oder die Latenz, aber das kommt alles mit der Erfahrung. Speicher-OC ist ähnlich zum Umgang mit einem Smartphone, viele Leute können es, aber nur wenige wissen wirklich, was in inneren vorgeht.

Spannungen: Die Hauptspannung, die man für mehr Leistung deines RAMs tweaken muss, ist die DRAM-Spannung, wer hätte es gedacht. Es ist wichtig zu beachten, dass verschiedene Speicher-ICs unterschiedliche Vorlieben für die Betriebsspannung haben, einige skalieren mit mehr Spannung, andere nicht und einige werden mit mehr Spannung sogar instabiler. Als grobe Orientierung kann man die XMP Spannung des jeweiligen Kits verwenden und 100mV dazu addieren. Wenn man weiß, welchen IC Module haben, kann man auch die XMP Spannung anderer Kits mit den gleichen IC als Referenz verwenden, z.B. 1,5 V für Samsung 8 Gbit B-Die, 1,6 V für Hynix DJR, 1,35 V für Micron RevE usw.

Neben der RAM-Spannung gibt es auch die Spannung, mit der der IMC läuft (SA bei Intel, SOC bei AMD) und Unter-Spannungen dazu (IO MEM (IO 2) bei Intel, VDDG IO und VDDG CCD bei AMD), die eventuell angepasst werden müssen, damit das System mit performanteren Speichereinstellungen arbeitet. Wie immer gibt es Spannungsbereiche, die als sicher gelten, aber da dies auch plattform- und generationsabhängig ist, ist es am besten, wenn man auch hier eigene Recherche für die jeweilige spezifische Hardware betreibt. Wenn man den RAM OC wirklich bis ans Limit treibt, müssen vielleicht auch die VTT DDR (DRAM Termination) Spannung, angepasst werden, was die Stabilität nach dem Speichertraining verbessern kann.

Widerstände (ODT und Drive Strength): Je nach Plattform können auch diverse Widerstands-Werte für IMC und RAM konfiguriert werden, um die Signalübertragung zu optimieren. Leider ist die Terminologie zwischen Plattformen und Herstellern oft unterschiedlich, sodass auch die Begriffe Skews, Slews oder RTT als Überschrift verwendet werden. Die Tatsächliche Einheit ist elektrischer Widerstand in Ohm, wobei Asus irreführenderweise gerne „DRAM Clock“ verwendet. Hier ist weder weniger noch mehr in jedem Fall besser. Stattdessen gibt es hier Sweetspots, die sich nach diversen Faktoren richten und die sich in den meisten Fällen nur durch Trial and Error herausfinden lassen. Oft bilden die „Auto“ Werte eine gute Ausgangssituation für das Feintuning. Mit diesen Werten können je nach Konfiguration Training-Probleme bei hohen Frequenzen gelöst,  Spannungs-Anforderungen reduziert oder die Stabilität erhöht werden. 

IC-Typ: Zu wissen, welchen IC man hast, wie er auf verschiedene Faktoren reagiert, welche Timings er bei einer bestimmten Geschwindigkeit ausführen kann und welche nicht, kann den Prozess des Übertaktens von RAM beschleunigen, ändert aber nichts an der grundsätzlichen Vorgehensweise. Normalerweise kann man den Typ des Speicher-ICs aus dem Serial Presence Detect (SPD) auslesen, der im Grunde wie ein eingebauter Ausweis der Speichermodule ist, wobei aber der DDR-Standard nicht zwingend verlangt, dass der Hersteller diese Information tatsächlich zur Verfügung stellt. Im Grunde läuft es also darauf hinaus, es einfach auszuprobieren und zu hoffen, dass der Hersteller eines Moduls sich die Mühe gemacht hat, die Informationen mitzuliefern.

Die Software, die unserer Erfahrung nach am besten funktioniert, ist Thaiphoon Burner, obwohl sie definitiv nicht ohne Fehler ist. Falls das SPD eines Moduls keine Informationen über den verwendeten IC enthält, bleibt nur Websites und Foren im Internet mit der genauen SKU-Nummer des Speicherkits zu durchsuchen und zu hoffen, dass jemand anderes den selben Weg schon vor einem gegangen ist. Wenn auch das fehlschlägt, bleibt nur noch die Möglichkeit, den Support des Herstellers zu fragen. Aber wie gesagt: Diese Informationen über den Speicher zu kennen, ist nicht zwingend notwendig, nur praktisch.