Режимы работы оперативной памяти и преимущества данных режимов
В современных (и не очень) системах, многие стремятся заставить работать память в двухканальном и трехканальном режимах.
В данной статьей мы рассмотрим как реализуются эти режимы, и какие преимущества будут получены в результате их реализации.
Принцип работы двухканального и трехканального режима работы памяти заключается в использовании соответственно двух и трёх каналов для объединенного доступа к банку памяти.
В обычном одноканальном режиме для доступа памяти используется один канал и нету того параллелизма, который присутствует в режимах указанных выше.
Для установки памяти в многоканальном режиме (двух или трех) следует соблюдать следующие общие правила:
Хотелось бы отметить, что, на данный момент, вышеуказанные пункты не являются обязательным условием работы памяти в двухканальном или трехканальном режиме. Но для полной уверенности и снижения процента каких-либо сбоев – лучше их соблюдать.
Особенности установки планок в разных режимах
Одноканальный режим работы памяти (single mode)
Это базовый режим, при котором планки памяти можно устанавливать в любой последовательности и с различными параметрами (производитель, объём, частота и т.д.)
Как для одного модуля:
Так и для нескольких:
Двухканальный режим работы памяти (Dual mode)
В двухканальном режиме 1 и 3 модуль работают параллельно с 2 и 4. То есть возможны вариации установки двух модулей памяти в двухканальном режиме, и четырех – также в двухканальном режиме (по 2).
Для удобства производители материнских плат с поддержкой многоканальности окрашивают разъёмы DIMM в разные цвета:
Для работы двух модулей памяти в двухканальном режиме необходимо установить их в разные по цвету разъёмы (зачастую, но лучше уточнить в инструкции к мат. плате). Таким образом мы устанавливаем модули в канал A и канал B:
Для четырех модулей все точно также. Таким образом получается «два двухканальных режима»:
Трехканальный режим работы памяти (triple mode)
Все идентично с двухканальным режимом, но тут уже идут вариации с тремя и шестью модулями памяти.
С подключением все также, как и в двухканальном режиме, но тут уже идет подключение 3 или 6 планок памяти на один канал:
Также в продаже присутствуют платы поддерживающие четырехканальный режим работы памяти. Данные «монстры» имеют 8 разъёмов для установки памяти. Пример такой материнской платы:
Преимущества многоканального режима
Главным преимуществом многоканального режима является, конечно же, повышение результирующей производительности всей системы. Вот только какой будет реальный прирост? В играх и большинстве обыденных задач прирост будет составлять не более 5-10%. Если же речь заходит относительно более специфических задач (вспомним наш любимый рендеринг ), то здесь уже повышение производительности будет более значительным – возможно 30% и более, особенно при просчёте сложных проектов, требующих предельную пропускную способность оперативной памяти.
Как включить двухканальный режим памяти
Содержание
Содержание
Оперативная память отвечает за скорость загрузки приложений и влияет на их работу. Ее скорость работы можно увеличить, даже не покупая новый дорогой комплект. Для этого нужно поставить ее в двухканальный режим. Как это сделать — в этой статье.
Что такое двухканальный режим
Двухканальный режим означает, что два канала памяти будут работать параллельно. Это один из самых распространенных многоканальных режимов работы памяти. Он улучшает производительность вашего ПК за счет увеличения количества каналов связи между плашками и контроллером памяти в процессоре.
Критерии для двухканального режима
Самый частый вопрос: можно ли устанавливать оперативную память разного объема в компьютер? Ответ — да, можно, при этом она будет стабильно работать. НО, двухканальный режим работать не будет при такой установке.
Среднестатистическому пользователю разница заметна не будет, но для тех, кто работает с требовательными программами и любит сидеть в тяжелых играх, это существенный минус. Тесты тому подтверждение.
Dual Channel — двухканальный режим.
Single Channel — одноканальный режим.
Подробные тесты в играх можно посмотреть здесь:
Также можно ставить модули с разной частотой и таймингами, но работать они будут с характеристиками менее производительной планки. Проблем с двухканальным режимом при такой конфигурации не возникает.
Производитель памяти не имеет значения, если все предыдущие нюансы были учтены. Желательно, чтобы у всех планок были одинаковые производители чипов, иначе могут возникнуть проблемы с совместимостью. Если в одной из планок стоят чипы производства Samsung, то и в другой должны стоять чипы Samsung.
Точную информацию о том, какие чипы применяются в той или иной модели, можно узнать на сайте производителя плашек памяти.
Таким образом, планки с разным объемом или разными производителями чипов работать в двухканальном режиме не будут, во всех остальных случаях потребуется просто правильно вставить модули в материнскую плату.
Как настроить двухканальный режим
Чтобы пользоваться многоканальным режимом памяти процессор должен иметь контроллер, поддерживающий такую функцию, а материнская плата должна поддерживать эту архитектуру. Кроме того, желательно, чтобы чипы памяти были от одного производителя, в противном случае система может просто не запускаться.
Приступим к установке памяти. В материнских платах с четырьмя слотами под оперативную память каналы обычно распределены так: к каждой паре разъемов подходит свой канал.
В таком случае, если у вас будет всего один модуль оперативной памяти, где бы он ни стоял, память всегда будет работать в одноканальном режиме. Если модуля два, то при неправильной установке связь с процессором либо будет осуществляться в одноканальном режиме, либо вовсе будет черный экран, так как материнская плата начнет ругаться на неправильную установку.
Для того, чтобы работал двухканальный режим, в большинстве случаев оперативную память следует вставлять в слоты A2 и B2, если у вас два модуля, или во все четыре слота, если модуля четыре.
В некоторых случаях производители иначе распределяют каналы связи, поэтому, перед установкой лучше посмотреть документацию к материнской плате.
Если на материнской плате только два слота под оперативную память, то стоит вставлять модули либо в оба слота, либо в B1 слот.
Иногда производители материнских плат раскрашивают слоты в разный цвет. В большинстве случаев слоты раскрашены через один:
Обычно слоты, куда требуется вставить модули для получения двухканального режима, очень яркие и сразу привлекают внимание, чтобы пользователь ничего не напутал. Есть исключения, в которых производитель решает сделать наоборот, поэтому, опять же, стоит читать документацию. Кроме нее вы можете ориентироваться на маркировку слотов, которая нанесена рядом.
Реже встречаются варианты, когда производитель раскрашивает слоты по каналам связи. То есть, A1 и A2 слоты раскрашены, к примеру, в красный цвет, так как к ним подходит один канал, а B1 и B2 — в фиолетовый, потому что передача информации с них осуществляется по другому каналу.
К слову о документации к материнским платам. Обычно в мануалах слоты подписаны по такой схеме: форм-фактор + название слота, например, DIMM_A2. Здесь указываются только рекомендуемые варианты установки модулей в материнскую плату. Чтобы не запутаться в наименовании и порядке слотов, нужно сравнить изображения из документации с маркировкой на материнской плате.
Как проверить корректность работы
После проделанных операций можно зайти в программу CPU-Z, чтобы проверить, включился ли двухканальный режим. Для этого после установки программы требуется перейти во вкладку Memory, в строке «Channel #» будет написано, в каком режиме сейчас работают модули:
Single — одноканальный или Dual — двухканальный.
Таким образом, двухканальный режим оперативной памяти — очень классная вещь, которая значительно ускоряет ваш компьютер. Причем, для ее реализации не нужно ломать себе голову сложными схемами и кошелек — большими тратами. Достаточно либо переставить модули памяти, либо докупить планку, что будет стоить не так уж дорого, зато во много раз улучшит ваше впечатление от использования ПК.
Одноранговая или двухранговая оперативная память?
Если с двухканальной оперативной памятью все более-менее понятно (четное количество модулей работает быстрее нечетного), то термин «двухранговая память» знаком уже куда меньшему числу компьютерных энтузиастов. Более того, даже те немногие, кто знают о двухранговости, не могут однозначно ответить, хорошо это или плохо. И действительно, двухранговая память имеет как преимущества, так и недостатки. Что же из них сильнее перевешивает, давайте вместе разбираться.
Single Rank vs Dual Rank
Ранг памяти — это количество массивов из микросхем памяти разрядностью 64 бита каждый, распаянных на одном модуле памяти. Проще говоря, это два виртуальных модуля на одном физическом. Самыми распространенными являются одноранговые (Single Rank) и двухранговые планки памяти (Dual Rank), но изредка встречаются и четырехранговые (Quad Rank).
Нехотя напрашивается аналогия с физическими и виртуальными ядрами процессора — Intel Hyper-Threading и AMD SMT. Некое сходство действительно есть: одна двухранговая планка памяти быстрее одноранговой (Single Channel), но медленее двух одноранговых, работающих в двухканальном режиме (Dual Channel).
 |
На данный момент преобладающее большинство модулей памяти DDR4 объемом 4 или 8 ГБ являются одноранговыми (распаяно четыре или восемь чипов по 1 ГБ), а объемом 16 ГБ — двухранговыми (шестнадцать чипов, то есть два массива). Впрочем, в продаже все еще можно встретить старые 8-гиговые двухранговые планки (16 чипов малой плотности 512 МБ).
 |
А с появлением первых чипов повышенной плотностью 2 ГБ в продажу начали поступать одноранговые 16-гиговые (один массива из 8 чипов) и двухранговые 32-гиговые модули (16 чипов). Четырехранговые 32-гиговые планки (32 чипа, четыре массива) — совсем уж диковинка.
Проще говоря, если чипов на планке памяти до восьми штук включительно — она одноранговая, а если шестнадцать — двухранговая. С теорией более-менее разобрались, теперь же проведем практическое тестирование на примере парочки двухранговых 16-гиговых модулей Apacer DDR4 суммарным объемом 32 ГБ.
Apacer DDR4 — серия бюджетной оперативной памяти для современных компьютерных платформ Intel LGA1151-v2 и AMD AM4. Текстолит моделей с частотой 2133 и 2400 МГц окрашен в олдскульный зеленый цвет, а 2666-МГц моделей — в уже более современный черный. На выбор доступны модели объемом 4, 8 и 16 ГБ. Первые два варианта — одноранговые, тогда как последний — двухранговый.
Готовых заводских наборов на два или четыре модуля не предусмотрено, только отдельные планки. Поэтому если планируете заняться оверклокингом, советуем покупать в одном магазине и в одно время. Чтобы уж наверняка попались чипы из одной партии с примерно одинаковым коэффициентом утечек тока и разгонным потенциалом.
Пожалуй, самыми интересными являются планки Apacer DDR4 объемом 16 ГБ и частотой 2666 МГц. Построены они на шестнадцати чипах Hynix A-die (по данным приложения Thaiphoon Burner), то есть являются двухранговыми. Парочка таких модулей позволяет собрать ПК на процессоре AMD Ryzen с высокой пропускной способностью подсистемы памяти — двухканальная и одновременно двухранговая.
Правда, большое количество чипов повышает нагрузку на встроенный в процессор контроллер памяти. Из-за этого частота памяти, которую можно выжать из памяти ручным разгоном, будет ниже, а тайминги (задержки) наоборот выше. Даже по умолчанию Apacer DDR4-2666 16 ГБ работает на таймингах CL19 вместо типичных для этой частоты CL17.
 |
Конфигурация тестового стенда
Результаты бенчмарков
Для сравнительного тестирования одноранговых и двухранговых модулей был нарочно выбран наиболее чувствительний к пропускной способности памяти процессор — Ryzen 3 2200G. В его случае шина памяти делится между четырьмя вычислительными ядрами Zen и встроенным графическим ускорителем Vega 8 с 512 микроядрами. Дополнительная дискретная видеокарта не использовалась.
 |
Оверклокерских рекордов с двухранговой Apacer DDR4 установить ожидаемо не получилось — она разогналась с базовых 2666 лишь до 2933 МГц, что впрочем тоже неплохо. Из одноранговых модулей как правило можно выжать на сотню-две мегагерц больше. Впрочем, это ограничение может быть и по вине материнской платы Biostar B450GT3 с пока еще сыроватой прошивкой BIOS.
 |
Тестирование проводилось в приложении AIDA64, а точнее встроенном в него бенчмарке памяти и кеша, а также в старенькой, но как раз хорошо подходящей для интегрированной видеокарты игре — Tomb Raider (2013) при разрешении FullHD и высоких настройках графики. В нее тоже встроен бенчмарк, раз за разом прогоняющий одну и ту же демо-сцену, что минимизирует погрешность замеров частоты кадров.
 |
Так, скорость чтения, записи и копирования двургановой памяти Apacer DDR4 2666 МГц в бенчмарке AIDA64 оказалась примерно на 7 процентов больше, чем у одноранговой памяти с аналогичной частотой. Ручной разгон до 2933 МГц прибавил еще около 5 процентов быстродействия. На эти же 5 процентов у двухранговой памяти ниже латентность, то есть задержки, измеряемые в наносекундах.
 |
Фреймрейт в игре Tomb Raider в случае двухранговой памяти был пусть немного, всего на 2 кадр/с, но стабильно выше одноранговой. Еще парочку кадров в секунду прибавил оверклокинг памяти. Больше бесплатных FPS можно получить, разогнав по ядру интегрированную видеокарту Vega 8. Но для этого желателен хотя бы небольшой башенный кулер, тогда как мы, ради чистоты эксперимента, проводили тестировании на боксовом.
 |
Выводы
Как показало тестирование, двухранговые модули ОЗУ (с двумя виртуальными каналами памяти) однозначно быстрее одноранговых при равной частоте — выигрыш составляет от 5 до 7 процентов. Цифры, вроде, и небольшие, но получить прирост быстродействия памяти всегда труднее, чем любого другого компонента ПК. Если лень заморачиваться с оверклокингом, то покупка двухранговых модулей — самый простой и эффективный способ ускорить подсистему памяти ПК. А в случае процессоров с мощной интегрированной графикой (AMD Vega и Intel Gen11), двухранговая память прямо-таки обязательна к покупке.
Один vs Два канала ОЗУ в современных процессорах
В этой статье посмотрим на то как одноканал уменьшает скорость работы современных процессоров. Стоит напомнить, что во времена выхода DDR4 платформы с двумя каналами были у 4-х ядерных процессоров, тогда как сейчас есть 16 ядер у AMD и 10 ядер у Intel. И, естественно, шина к памяти теперь делиться на все эти ядра, тогда как и во времена 4-х ядер двухканал не был абсолютно достаточным.
Само собой производители в курсе проблемы. Так и Intel и AMD улучшают работу кеш памяти. Собственно следующее обновление AMD будет как бы минорным, то есть особо не инновационным, но благодаря трёхмерному кешу большого объёма от не самых архитектурно значимых изменений появится большой прирост в производительности. Intel же, кроме оптимизации работы с кешами, форсирует выход памяти DDR5, которая тоже немного уменьшит проблемы недостаточности двухканала для современных процессоров.
Уже есть первые тесты с DDR5 правда на диких таймингах и задержках, но в части пропускной способности — там всё сильно лучше. а для огромного числа ядер — пропускная способность это тоже очень важно, то есть надо смотреть не только на задержки.
Собственно в этой статье мы как раз и посмотрим на изменение пропускной способности, так как по задержкам разницы не будет.
Что такое каналы памяти?
Если кто не в курсе — коротко поясняю по тому что за каналы такие.
В современных процессорах контроллер оперативной памяти встроен в сам процессор и для обычных не серверных решений он имеет два канала.
То есть своего рода два независимых контроллера, каждый из которых работает со своими планками памяти. Естественно они на самом деле не независимые, так как общая адресация памяти и всё такое. Но в части работы с памятью — можно считать их раздельными.
И эта связь физическая, то есть контакты планок памяти физически приходят в разные контроллеры. Часть планок в один контроллер, часть во второй.
Ну и работают эти контроллеры параллельно, а значит и пропускная способность их работы — складывается.
Если же к одному из контроллеров память не подключена, то этот контроллер ничего и не делает.
Собственно и планки памяти зачастую продаются как раз таки комплектами по две штуки, а иногда и по 4, так как есть платформы с 4-х канальными контроллерами памяти в процессорах.
Почему изменение каналов влияет на производительность?
Дефицит данных из оперативной памяти приводит к очень нехорошим последствиям. И тут есть две нехороших вещи. Первая — это если процессор из-за голода информации не знает что ему делать. В этом случае — весь процессорный конвейер начинает пустовать, и от этого хуже удаётся заполнять исполнительные устройства. То есть падает производительность на такт, процессору нечего делать, он находится в ожиданиях задач.
Второе проявление этой проблемы — это отсутствие данных для работы. То есть что делать процессор знает, а вот значения того, с чем нужно производить операции процессору доступны только через оперативную память. В таком случае процессор периодически может допускать в исполнение то, для чего нет данных, потом это приходится повторять, есть и системы в процессоре, которые задерживают операции в очередях на выполнения. Но и очереди эти не резиновые. Так что если нет большого количества данных, то очереди просто забиваются невыполнимым для текущего момента мусором. В следствии чего падает производительность на такт. И по мониторингу точно так же это время вынужденных простоев в ожидании данных выглядит как занятое время. Естественно есть куча сложных оптимизаций как не допускать это замусоривание, но они не могут быть на 100% результативны и в их возможностях только снижение влияния на падение производительности. Но если недостаток информации катастрофический, то тут ничего уже не поможет. Процессор будет большую часть времени заниматься ничем, а при этом будут показываться какие-то проценты загрузки.
Как понять, что процессор ограничен ПСП памяти?
В общем и целом — никак, по мониторнгу это определить нельзя, но есть косвенные признаки.
Особенно это хорошо заметно в видеокартах некоторых моделей до тех поколений, где частоты динамически задаются от ограничения TDP. Там от разгона памяти увеличение энергопотребления самой памяти может составлять 2-3 Ватта, а при этом сама видеокарта начинает потреблять на 20-30 Ватт больше несмотря на то, что и до разгона памяти и после него показывалась загрузка в 100%. Просто раньше было 100%, но с простоями от ожидания информации, а после разгона памяти 100% стали с меньшими простоями. Сейчас с ограничением TPD и динамической частотой на картах от разгона памяти ситуация другая. Эффективная работа приводит к увеличению потребления из-за чего на 10-50 МГц режутся частоты ядер. Но при этом на меньших частотах видеокарта при разогнанной памяти всё равно быстрее, чем с более высокими, но с простоями от недостатка информации.
С процессорами это проявляется не так сильно и видно чаще у тех, кто вначале до предела разгоняет ядра, а после этого начинает до предела гнать память. И в этом случае чуть больший нагрев процессора от более эффективно работающей подсистемы памяти делает процессор менее стабильным в разгоне.
Ну и теперь приступим к практике.
Тестовая система
Процессор: intel i9 9900k в стоке,
Видеокарта: RTX 2070 в стоке.
Память во всех конфигурациях согласно базовому для DDR4 JEDEC стандарту на 2133 МГц. В одной группе тестов — две планки по 8 ГБ, в другой группе тестов — одна планка на 16 ГБ.
Бенчмарки.
Что касается самой памяти — для начала посмотрим на ПСП (пропускная способность памяти) и задержки.
Данные AIDA 64
По задержкам по цифрам есть небольшая разница, и она обусловлена тем, что на один контроллер всё таки больше нагрузки, но разница по задержкам мизерная и сильно повлиять на результаты она не может. А вот пропускная способность меняется очень сильно.
По чтению и записи падение практически двукратное.
Ну и теперь посмотрим как это отражается на производительности компьютера.
Тесты в архиваторах
Логично, что им нужны большие объёмы для работы, а значит широкая шина к памяти — это очень важно.
Добавление второго канала даёт прирост почти на 70%.
Возьмём другой архиватор. 7-Zip.
Тут прирост уже всего около 20%.
Бенчмарки
А есть задачи где прироста нет в принципе, то есть задача оптимизирована так, что максимально эффективно использует кеш процессора.
Например Cinebench R15.
Что с двумя, что с одним каналом — разницы в результатах — нет.
В общем — где-то есть огромная разница, а где-то её нет вообще.
Тесты в играх
Теория по играм
Ну и главный вопрос — к чему относятся игры. К той задаче, где есть разница или где её нет.
Понятное дело, что тут важна практика, но давайте всё таки цепанём немного теории.
В целом — процесс обработки игры для процессора можно разделить на два этапа:
Первый — просчёт игрового движка, то есть каждый кадр есть какая-то физика игровая, и периодически нужно отрабатывать какие-то алгоритмы сценария мира.
За имитацию обсчётов у нас будет CPU тест в 3D Mark.
В тесте анимация происходит не за счёт отрисовки элементов, а за счёт просчёта положения частиц.
В этом тесте разницы между системами — нет. Это, конечно, не значит, что это характерно для всех игр. Но в целом — для игровой физики не надо большого количества данных, вероятно тут кеша процессора было достаточно для того чтобы хватало и половины ширины шины.
Но это только первая часть работы процессора.
Вторая часть — это работа процессора на этапе отрисовки, то есть обработка вызовов на отрисовку для совместной работы с видеокартой.
Тут нам поможет тест 3D Mark API бенчмарк.
Он делает тесты в DX11, DX11 мультипоточном, DX 12 и Вулкане.
Начнём с однопоточного DX11.
Тут видно небольшое преимущество у двухканала. Вообще у теста большая погрешность — процентов 10. И в целом — можно сказать, что результаты в эту погрешность укладываются.
Дальше у нас DX11 мультипоток.
Тут уже точно это не погрешность. От двухканала прирост больше 35%.
Ну оно и логично. Одному ядру хватало ширины и половины от возможной, а вот 8-ми ядрам уже этого не хватает.
Однако — у этих вызовов на старых API есть свои задержки, собственно которые и устранятся в новых API. И из-за врождённых задержек — задержки от памяти становятся не столь критичными.
В новых API ситуация уже кардинально отличается.
На 12 DX прирост от второго канала — 80%
На вулкане прирост около 75%.
В общем — разница почти двукратная.
Что касается практики — стоит понимать, что и алгоритмы с обсчётами могут быть менее оптимизированы, но и в играх вызовов на отрисовку не так много, как в бенчмарке.
Но главное отличие, конечно, ещё и в том, что данные в видеопамять поступают через северный мост процессора. То есть в моменты, когда идёт подгрузка текстур ширина канала ещё сильнее начинает ограничивать производительность процессора.
Этот процесс в бенчмарках сложно было бы подловить. Но думаю все знакомы с какими-то подлагами игры на подгрузках и с одноканалом эти подлагивания будут сильнее.
И, конечно, результаты будут зависеть и от видеокарты. У меня в тесте 8-ми гиговая RTX 2070, и она реже производит какие-то подгрузки данных. Была бы в тесте 2-х гиговая, она бы постоянно лила свой трафик данных через северный мост процессора к памяти, и ухудшала бы работу процессора при голоде памяти.
Практические тесты в играх
Игр в тест я взял не много, но выбрал на разных движках и API. Есть на 11DX, есть на 12 и есть на вулкане. Всего игр 4. Во всех играх стоят максимальные настройки, но со сниженным разрешением рендеринга.
С 8-ми гиговой картой, когда данные для видеокарты не кешируются в оперативной памяти разница от одного или двухканала будет только при ограничении производительности процессора. Но, собственно, те тесты что будут показывать AMD презентуя большой кеш и Intel показывая прирост на такт в играх — будут показываться также с ограничением в процессор.
В тестах важно рассматривать как изменяются показатели в динамики в зависимости от текущей сцены, так что этот раздел статьи стоит смотреть в видео версии:
Выводы
И естественно, что чем больше ядер и чем они быстрее — тем выше требования к ширине шины к оперативной памяти. Но многое зависит и от задачи, в которой производится сравнение. Внутри одной и той же игры разница тоже очень сильно зависит от происходящего конкретно в текущий момент, поэтому назвать какую-то конкретную цифру влияния — не получится. Так же надо понимать, что в этом тесте и двухканал не был каким-то заоблачным, так как была стоковая память, и хороший разгон памяти ещё даст прирост до 15-20% в некоторых задачах. Собственно и большой кеш и переход на DDR5 как раз и смогут отбить эти самые проценты, и вдобавок сделать не бессмысленным дальнейший рост производительности ядер и увеличение их числа. Ну и так же — если вы заходили в статью с целью понять — стоит ли экономить на двухканале — очевидно, что не стоит. Прирост на десятки процентов, а разница по цене всей сборки компьютера от двух планок вместо одной единицы процентов.
