Thema: Tipps: Arbeitsspeicher

Motivation:
Nach dem Thread für eine leisere Kühlung des PCs dachte ich mir, dass ich nun mal einen kleinen Thread mit Tipps zum Thema Arbeitsspeicher erstelle. Der Grund ist weniger, dass da so häufig nachgefragt wird, als mehr, dass ich so aus dem Privaten das Gefühl habe, die meisten hätten nicht wirklich Ahnung davon und verschenken so einiges vom Leistungspotential des eigenen Rechners.

Die Tipps beziehen sich hauptsächlichst auf den aktuell im privaten Bereich verbreitetsten Speicher, den sogenannten DDR2-Speicher. Da DDR(1)-Speicher und DDR3-Speicher jedoch vom Prinzip her ähnlich bis gleich funktionieren (zumindest nach außen hin gesehen), sollte es auch auf diese Typen anwendbar sein.


Speichertypen:
DDR2-Speicher ist nicht gleich DDR2-Speicher, das wird bereits den meisten klar sein. Der wohl offensichtlichste Unterschied liegt in der Taktung, so gibt es aktuell DDR2-Module, die mit einem Speichertakt von 400Mhz (PC2-3200), 533Mhz (PC2-4200), 633Mhz (PC2-5300), 800Mhz (PC2-6400) oder 1000Mhz (PC2-8000) betrieben werden können. Zusätzlich gibt es ein paar Zwischenstufen mit entsprechenden Bezeichnungen (PC-8500 etc.).
Hierbei liegt die Taktung jeweils nur halbiert an, PC2-6400 läuft also reell nicht mit 800Mhz, wie angegeben, sondern mit 400Mhz, was bei einigen Benchmark-Tools hin und wieder für Verwirrung sorgen kann. Versucht also bitte nicht, den Speicher reell auf 800Mhz zu takten, das wäre eine Übertaktung um 100%, sehr ungesund für den Speicher und selten stabil.
Der Grund ist, dass bei DDR Speicher sowohl die aufsteigende Taktflanke als auch die abfallende Taktflanke genutzt wird, pro Takt also intern quasi zwei "Mini-Takte" ausgeführt werden. Ohne jetzt zu sehr in die Details zu gehen, spricht man eben im Fall des richtigen Taktes von "reellem Takt", und im Fall der gedoppelten Angabe von "effektivem Takt".

Aber die Taktung ist nicht der einzige Unterschied, einen großen Einfluss auf die Geschwindigkeit haben auch verschiedene sogenannte Latenzwerte. Die Latenz gibt, grob gesagt, an, wie schnell nacheinander der Speicher Befehle verarbeiten kann, also wie viele Taktzyklen von einem Befehl zum nächsten vergehen. Der Bekannteste dieser Werte ist wohl die "CAS Latency", oder kurz "CL" (manchmal auch "TCAS"). Bei DDR1 war CL2 afaik das Beste, was erreicht wurde, bei DDR2 ist es wohl je nach Taktung CL3-CL5. DDR3 kommt mit CL7 und CL8 auf den Markt.

Auf die verschiedenen Latenzangaben komme ich weiter unten noch einmal zu sprechen.

Allgemein: Je niedriger die Latenzen und je höher die Taktung, desto schneller und besser ist der Speicher. Allerdings haben Module mit höherer Taktung meist allgemein auch eine höhere Latenz, so dass sich dies ein wenig gegenseitig aufhebt. Dies ist ein Grund, warum, vor allem in der Anfangsphase, der DDR2-Speicher gegen den DDR1-Speicher keinen guten Stand hatte. Die Taktung war höher, aber die Latenzen ebenfalls. Ein Geschwindigkeitsvorteil war deswegen praktisch nicht vorhanden. Bei der Einführung von DDR3 sieht das zur Zeit genauso aus. Es lohnt sich also nicht wirklich, jetzt unbedingt auf diese zu warten, bis sie so ausgereift sind, dass sie schneller als die aktuell guten DDR2-Speicher werden, wird noch eine ganze Weile vergehen.

Die Speichertypen DDR1, DDR2 und DDR3 sind nicht kompatibel, weder aufwärts noch abwärts. Um einen neueren Speicher zu nutzen, braucht man in der Regel also auch ein neues Mainboard. In der Regel deshalb, weil es auch vereinzelt immer mal Hybrid-Boards gab, die Steckplätze für verschiedene Speichertypen boten.


Einbauen und gut?
Wer sich nun zur Optimierung - oder da eh aufgerüstet wurde - Speicher mit niedriger Latenz und hohem Takt kauft, also aktuell z.B. PC2-6400 Speicher mit CL4, und ihn einfach reinsteckt, den Rechner einschaltet und sich freut, dass alles läuft, wird von der Leistung eventuell etwas enttäuscht werden. Aus verschiedenen Gründen wird die eigentlich zur Verfügung stehende Leistung nämlich meist nicht wirklich genutzt.

Ein Grund dafür können bereits installierte Speicherriegel sein. Kauf man einen neuen Speicher zu bereits vorhandenem hinzu, so muss man sich im klaren sein, dass das Mainboard alle Speicherriegel gleich behandelt. Als Ergebnis folgt dann, dass alle Speicherriegel mit den Werten des schwächsten betrieben werden. Hat also der alte Speicher CL5 und effektiv 633Mhz und der neue CL4 und 800Mhz, so werden beide Speicher mit hoher Wahrscheinlichkeit automatisch als CL5-633Mhz konfiguriert. Man hat dann zwar mehr Speicher, aber die höhere Geschwindigkeit desselben kann nicht genutzt werden.


Das SPD und die automatische Konfiguration
Nun hat man aber nur den neuen Speicher drin, und trotzdem ist es laut Benchmarks nicht spürbar schneller? Dies kann am SPD liegen. Damit ist natürlich nicht die Partei gemeint, auch wenn man dieser gern die Schuld für alles geben würde. Das SPD ist eine Tabelle, die fest im Speicher abgelegt ist und vom Mainboard ausgelesen werden kann. Diese Tabelle enthält für verschiedene Taktungen Standardwerte, welche das Mainboard nutzt, wenn die Latenzeinstellungen im BIOS auf "Auto" bzw. "Default" gestellt sind.

Nun könnte man meinen, dass damit ja alle supi wäre, so weiß doch das Board genau, wie der Speicher betrieben werden sollte. Aber Pustekuchen, dem ist nicht so. Die Werte im SPD entsprechen in etwa 90% der Fälle nicht den vom Hersteller beworbenen Latenzen, sondern sind deutlich schlechter eingestellt. Die Frage warum das so ist, kann man aber leicht beantworten: DDR2-Speicher wird in den meisten Mainboards mit 1.8V Speicherspannung betrieben, dies ist normalerweise der Standardwert. Hochwertiger Speicher ist aber in der Regel auf 1.9-2.0V Spannung ausgelegt, und diese muss häufig auch anliegen, wenn der Speicher mit der niedrigen Latenz laufen soll.

Dadurch entsteht ein Problem: Da die Spannungen im SPD nicht abgelegt sind, können sie nicht automatisch konfiguriert werden. So könnte es also vorkommen, dass der Rechner instabil ist, wenn man den Speicher nicht speziell konfiguriert. Dies können/wissen viele Normalverbraucher aber nicht und wäre auch kaum etwas, das man von diesen verlangen könnte. Eventuell würde man nicht mal mehr ins BIOS kommen, was dann noch schlimmer wäre. Viele unnötige Beschwerden und Garantiefälle wären zudem der Fall. Daher sind die gespeicherten Standardwerte eben so ausgelegt, dass sie auch mit niedriger Spannungsversorgung auf jeden Fall stabil laufen.

Für uns heißt das, dass man nur dann das Potential des Speichers ausnutzen kann, wenn man ihn manuell konfiguriert, was in den meisten BIOS-Versionen heutzutage frei möglich ist. Zunächst sollte man auf jeden Fall die Speicherspannung hochsetzen. Meist sind da eben beim Hersteller 1.9-2.0V angegeben, dies sollte man eventuell nochmal genau in Erfahrung bringen. Mit 1.95V wäre man also in diesem Fall erstmal auf der sicheren Seite. Bei nForce-Boards findet man diese Einstellung normalerweise im "Cell Menu"-Bereich des Mainboard-BIOS.


Zurück zu den Latenzen:
Kommen wir zurück zur näheren Betrachtung der Latenzen, die ganzen Angaben können für Außenstehende nämlich recht unübersichtlich und verwirrend sein. Auf den Speichern sind meist Angaben der Form TCAS-TRCD-TRP-TRAS gegeben, zum Beispiel 4-4-4-12. Was die genau bedeuten ist recht physikalisch, da werde ich nicht näher drauf eingehen. Jede Latenzangabe wird aber auf verschiedenen Boards gerne mal mit unterschiedlichem Namen versehen:
TCAS = CL = CAS Latency = CAS
TRCD = RAS to CAS [Delay]
TRP = Row Precharge Time
TRAS = Min RAS Active Time
Diese Werte haben einen gewissen Zusammenhang, so berechnet sich TRAS aus TRAS = TCAS+TRCD+TRP, also im obigen Fall 4+4+4=12.

Zusätzlich haben viele Boards noch eine Vielzahl "verfeinernder" Einstellungen. Meist kann man die auf "Auto" bzw. "Default" belassen, manche Boards erlauben aber nur Auto auf entweder alle Werte oder keinen Wert, so dass man dann alles Konfigurieren muss. Bei meinem Board wäre das zum Beispiel:
TRRD = Row to Row Delay = RAS to RAS Delay; Sollte etwa den gleichen Wert bekommen wie TCAS.
TRC = Row Cycle Time; Berechnet sich aus TRC = TRAS + TRP, also im obigen Fall 4+12 = 16.

Zudem gibt es noch den "Command Rate Mode". Dieser steht meist bei 2T und sollte auch dort belassen werden. Mit 1T startet der Rechner meist gar nicht erst richtig.

Hat man das alles richtig eingestellt, sollte man natürlich den Rechner mit Benchmarks oder speziellen Speichertests noch ausgiebig auf Stabilität testen. Treten Abstürze oder Fehler auf, kann man versuchen die RAM-Spannung noch etwas zu erhöhen (sehr weit über 2.1V sollte man da aber nicht gehen) oder einzelne Latenzen etwas zu entschärfen. Umgekehrt kann man natürlich auch versuchen, die Latenzen noch schärfer einzustellen und den Speicher somit quasi zu "übertakten". Vor allem da ist ausgiebiges Testen aber Pflicht, denn dadurch wird das System sehr schnell instabil. Außerdem sollte man wissen, wie man das BIOS-CMOS zurücksetzt, ansonsten könnte man da sehr schnell ein großes Problem bekommen. Die Garantie verliert man sowieso, wie immer beim Übertakten.


Dual Channel = doppelte Geschwindigkeit?
Die meisten aktuellen Mainboards unterstützen den sogenannten "Dual Channel" betrieb. Hierbei haben bestimmte Speicherslots einen eigenen "Kanal", der separat angesprochen werden kann. So kann der Rechner dann auf beiden Speichern parallel Schreiben und Lesen, was ähnlich den parallelen Festplatten-RAID-Konfigurationen einen Geschwindigkeitsvorteil mit sich bringt. Natürlich ist das dann nicht wirklich doppelt so schnell, genauso wenig wie ein Dual Core Prozessor doppelt so schnell wie ein Single Core Prozessor ist. Dennoch wird der Geschwindigkeitsvorteil oft mit um die 20% angegeben.

Um Dual Channel zu nutzen braucht man auf jeden Fall erstmal mindestens zwei Ram-Riegel, wobei auf jedem Kanal die gleiche Speichergröße liegen muss. Auf welche Slots die dann genau verteilt werden müssen, steht in der Regel im Handbuch des Mainboards. Manche Mainboards sind allerdings "zickiger" als andere, was den verwendeten Speicher angeht. So ist es bei manchen Boards möglich, z.B. auf einem Kanal einen 1GB-Riegel zu installieren, und auf dem anderen zwei 512MB Riegel, so dass man am Ende insgesamt 2GB im Dual Channel hat.

Andere Boards, die wohl weitaus verbreiteter sind, unterstützen DC nur mit Speichern gleicher Größe, also 2x512MB, 2x1GB, 2x2GB etc., wieder andere (aber seltener heutzutage) mögen nur Speicher gleicher Größe, die zudem noch gleiche Standardwerte haben müssen, und die Zickigsten, von denen es aber wohl nicht mehr viele gibt, gehen nur in den DC-Betrieb, wenn zwei exakt gleiche Speicher eingebaut sind.

In der Regel fährt man am Sichersten, wenn man zwei Mal den (exakt!) gleichen Speicher kauft, oder gleich ein sogenanntes Dual Channel Kit nimmt. Somit bekommt man in der Regel die stabilsten Systeme, und hat zudem noch Speicher, der exakt die gleichen Latenzen unterstützt, so dass sich die Riegel nicht im Zweifelsfall gegenseitig ausbremsen.


Heatspreader
Hochwertige Marken-Speicher haben mittlerweile sogenannte Heatspreader. Dies sind fest angebrachte Kühlkörper, die den eigentlichen Speicher umhüllen. Es wird oft über den praktischen Effekt gestritten, ebenso wie manche die Heatspreader von modernen CPUs und GPUs entfernen, um den entsprechenden Kern "besser" zu kühlen. In der Tat bringen diese Heatspreader schon von der Bauweise keine sehr viel höhere Kühlleistung, da die Kühlfläche nicht wesentlich vergrößert wird. Vorteile hat man dennoch, denn so sind die Chips der Speicher immerhin geschützt, außerdem sehen die Speicher mit Heatspreader einfach stylischer aus.

Für besonders hoch getaktete Versionen, die evtl. auch noch übertaktet werden sollen, gibt es aber mittlerweile auch schon Heatspreader mit integriertem Heatpipe-Kühlsystem. Wers braucht...



So, ich hoffe ich konnte dem einen oder anderen ein paar offene Fragen beantworten und bei der Optimierung des Systemes helfen. Viel Erfolg jedem, der es versucht. ^^

Da dieses Problem mehrfach auftauchte und immer wieder nachgefragt wird, eine kleine Ergänzung:

Die 4GB-Grenze - oder doch nur 3,xGB?
4GB sind das Maximum, das ein 32Bit Betriebssystem verwalten kann, so auch bei Windows XP und Windows Vista 32Bit. Jedoch stehen trotzdem oft nur 3,2-3,6GB zur Verfügung und es wird auch nur diese Menge im Windows angezeigt. Der Grund ist, dass das System zwar 4GB verwalten kann, dabei sind aber Treiberadressen, Systemkern, etc. pp. noch mit eingerechnet. Für diese wird im 32Bit-Adressraum ein Teil reserviert.

Man kann sich das als Tabelle von fester Größe vorstellen. In die Tabelle passen genug Adressen, um 4GB zu Adressieren, jedoch ist eine gewisse Grundmenge davon immer schon belegt. Der Effekt ist dass es keine Möglichkeit gibt, wirklich die gesamten 4GB Arbeitsspeicher zu adressieren. Ein Teil des Speichers liegt also brach. Daran gibt es auch nichts zu rütteln.

Die Lösung - 64Bit Betriebssystem
64Bit Betriebssysteme können deutlich mehr Speicher verwalten. Bei Windows Vista könnte man so z.B. theoretisch mehr als 128GB einbauen, was in der Praxis natürlich ziemlich unmöglich sein sollte (zur Zeit jedenfalls). Begrenzt ist dies nur in den "kleinen" Versionen Vista Basic (8GB) und Home Premium (16GB).

Somit können bei allen 64Bit-Vista-Versionen (und auch bei Windows XP 64Bit Edition natürlich) problemlos 4GB eingebaut und voll genutzt werden. Dies ist wohl der größte Vorteil, den die 64Bit-Architektur zur Zeit vorzuweisen hat und den Umstieg langsam aber sicher sinnvoll macht.

Kein voller Speicher trotz 64Bit
Allerdings häufen sich die Vorfälle, wo auch unter einem 64Bit-Betriebssystem der 4GB-Speicher nur als 3,xGB angezeigt wird. Dies liegt scheinbar am Mainboard. Manche Mainboards sind auf 32Bit eingestellt, können meist aber umgestellt werden. Dazu müsste es im BIOS einen Bereich "Chipset Features" geben, in der sich die Funktion "Memory Remapping" verbirgt. Diese muss auf "64Bit Enabled" gestellt werden, erst dann steht der volle 64Bit Adressraum zur Verfügung. Aufgrund der Vielzahl verschiedener Mainboards kann ich natürlich nicht garantieren, dass diese Funktion überall den gleichen Namen hat.

Das memory remapping kann unter windows 7 zu start problemen führen ! Wenn es nicht unbedingt notwendig ist die letzten paar mb rauszukitzeln also lieber finger weg !