Що потрібно знати про оперативну пам'ять: тактова частота, пропускна спроможність, таймінги, класи (DDR) та багато іншого

Привіт, Хабре! Сьогодні ми поговоримо про оперативну пам'ятьпро те, які її типи можна вільно купити в магазині для збирання ПК або його модернізації. Під катом розповідь про відмінності різних типів ОЗУ один від одного, про розгін та охолодження пам'яті, а також кілька думок про те, чи має значення, яку планку пам'яті варто встановити в конкретний комп'ютер, щоб досягти оптимального поєднання швидкодії, енергоефективності та вартості. Ця посада буде цікава тим, хто не вважає себе DDR-гуру і при виборі пам'яті не впевнений на 100% які саме потрібні таймінги, типи та характеристики модулів.

Оперативна пам'ять, або RAM (random access memory) - у буквальному перекладі пам'ять із довільним доступом. Вікіпедія стверджує, що це енергозалежна частина системи комп'ютерної пам'яті, яка зберігає машинний код, що виконується, а також дані, що обробляються процесором. Визначення технічно правильне, але насправді досить абстрактне. Буде набагато зрозумілішим, якщо ми зрозуміємо, навіщо оперативка взагалі потрібна.

Якщо говорити просто, то оперативна пам'ять відповідає за роботу додатків, які ви запускаєте. Чим більше оперативної пам'яті має ваш комп'ютер, тим більше завдань він може виконувати одночасно. При цьому навіть необов'язково, щоб програм було кілька. Все навантаження може виходити від однієї єдиної програми з великою кількістю однотипних процесів: Photoshop (шари), Google Chrome (вкладки), Final Cut Pro (доріжки) і т.д.

Трохи історії та теорії

За замовчуванням пам'ять RAM буває двох основних типів: DRAM і SRAM. На додаток до них часто виділяють ще SDRAM, VRAM, NVRAM, і т.д. але вони - це лише варіації на тему. Наприклад, VRAM - це та ж DRAM, але використовується у відеокартах і відома нам як відеопам'ять. Тож у цій статті ми зупинимося лише на основних типах.

DRAM - це динамічна пам'ять із довільним доступом, де кожен біт інформації зберігається в окремому конденсаторі всередині інтегральної схеми. Вона називається так, тому що потребує періодичного оновлення. Це та оперативна пам'ять, яка використовується в смартфонах, планшетах, комп'ютерах та інших електронних пристроях. Щоправда, зараз оперативну пам'ять, якою оснащуються сучасні гаджети, заведено відносити до підтипу SDRAM.

SDRAM – це синхронна динамічна пам'ять з довільним доступом. Вона є підвидом DRAM, так що ab ovo це те саме, просто новіше і швидше. А відрізняє їх наявність свого роду таймера, який використовується для синхронізації пам'яті з мікропроцесором та спільної обробки даних. Звідси ж і таке поняття, як DDR - double data rate. Про нього ми поговоримо далі, а поки що переходимо до SRAM.

SRAM - це статична пам'ять із довільним доступом, яка використовує для зберігання даних схему із бістабільною фіксацією. Звучить складно, але насправді все просто і зрозуміло. Статична пам'ять не вимагає постійного оновлення, і вона набагато швидше, ніж DRAM, а тому коштує дорожче та використовується у менших обсягах. Типова сфера застосування для SRAM - це кеш 2 та 3 рівня.

Що стосується комп'ютерів обсяг DRAM чи SDRAM вимірюється в гігабайтах.Але пасивні пристрої на зразок розумних колонок, фітнес-браслетів і т.д. Оперативки може бути всього кілька сотень мегабайт, яких їм більш ніж достатньо. Для кешу L2 та L3 пам'яті використовується ще менше. В основному це 8-10-12 чи 16 МБ. Їхні завдання просто не вимагають, щоб обсяг був більшим. Та й розміри мають значення - через нижчу щільність 4 мегабайти SRAM-пам'яті приблизно рівноцінні за розмірами DRAM-планці на 128 МБ.

Розміри оперативної пам'яті

Фізично між планками ОЗУ теж є свій поділ, але тут все дуже просто:

DIMM – це планки оперативної пам'яті стандартного формату. Їх, як правило, встановлюють у стаціонарні комп'ютери, включаючи моноблоки та деякі неттопи. Вони великі, тому вимагають багато місця усередині корпусу. У ноутбуки їх просто не встановити.

SO-DIMM - Це компактні планки оперативної пам'яті. Вони застосовуються в основному в ноутбуках та деяких компактних неттопах. За своїми властивостями SO-DIMM нічим не відрізняється від стандартизованих планок, має менший розмір. Але через різницю в габаритах встановити планку DIMM замість SO-DIMM не вийде і навпаки.

Буває ще серверна пам'ять, яка має ті самі розміри, як і планки DIMM, але у персональних комп'ютерах її використовують із несумісності з контролерами ЦПУ. Але це не тема нашої статті, тож загострювати увагу на цьому типі ОЗУ ми не будемо.

Як DDR проявляє себе у тестах

Швидкодія оперативної пам'яті безпосередньо з її класом. Раніше стандартом для галузі була SDR-пам'ять, а сьогодні усі перейшли на DDR.

DDR - сучасний вид оперативної пам'яті, що відноситься до типу динамічної синхронної пам'яті з подвоєною швидкістю передачі даних. Подвоєння швидкості стало наслідком переведення цього пам'яті на нову механіку зчитування команд. Вона дозволяє розпізнавати їх як по фронту (переходом зі стану 0 в 1), а й у спаду тактового сигналу. Таким чином, DDR-пам'ять при роботі на частоті 100 МГц видає ефективність, порівнянну з роботою SDR (минуле покоління) на частоті 200 МГц.

Через це навіть з'явилися поняття реальної та ефективної частоти. Наприклад, якщо ви купили плату на 2133 МГц, то не дивуйтеся, що в синтетиці вона видасть лише 1066. Тут і проявляється той самий double rate, від якого походить назва DDR-пам'яті. Реально вона розвиває вдвічі меншу швидкість, ніж на ній зазначена, але ефективність її роботи буде такою, якби вона була вдвічі вищою. Трохи заплутано, але загалом логічно.

Тактова частота оперативної пам'яті

Сучасні планки стандарту DDR4 (буває ще й DDR5, але докладно на них ми зупинятися не будемо) працюють на частоті 2133 – 3200 (3333) МГц. Це велика різниця, але більше не завжди означає краще, особливо якщо ваш комп'ютер оснащений невідповідним процесором.

Допустимо, у специфікаціях вашого процесора зазначено дослівно таке: Up to DDR4 2133. Це означає, що йому підійде пам'ять DDR4 із частотою 2133 МГц. Ви можете встановити планку на 3200 і навіть 4800, але процесор просто не дасть їй працювати максимум, тому що сам не в змозі обробити більше. Тому пам'ять із вищим показником тактової частоти працюватиме на частоті, яку їй дозволяє чіп, і не більше того.

Те саме (урізання частоти) буде, встановити в пару до того ж процесору одну плату на 2133 та іншу на 1066. Вони працюватимуть разом без будь-яких проблем. Але процесор зможе додати мегагерц планці ОЗУ з меншою частотою. Через це обидві – навіть та, яка здатна працювати на вищій частоті – не зможуть розігнатися вище 1066 МГц. Якщо її не розганяти.

Розгін оперативної пам'яті

Розгін оперативної пам'яті - це звичайна процедура, яка дозволяє примусово підвищити її тактову частоту. Здатність конкретної планки ОЗУ до розгону залежить немає від характеристики, зазначеної виробником, як від чіпів пам'яті. Розгін дозволяє збільшити тактову частоту досить суттєво. Наприклад, планки на 2666 МГц після розгону починають працювати на частоті 3200, а ті, що працювали на частоті 3200 – переходять на 4166.

За частотою, до речі, дуже просто порахувати пропускну спроможність конкретної планки в мегабайтах. Просто множте її частоту на 8 (біт) і отримайте точний результат. Так, для планки DDR з частотою 2400 пропускна здатність складе 19200 МБ, а для планки з частотою 3800 дорівнюватиме 30400 МБ.

Збільшення частоти, де працює оперативна пам'ять, скорочує затримку (Latency). Але на ігри вона майже не впливає. Від того, на якій частоті працює ваша планка ОЗУ, показник FPS не знизиться і не збільшиться, як частота оновлення екрана. Це не стосується відеопам'яті, яка впливає на продуктивність ігор. Йдеться лише про стандартну оперативку.

Тактова частота - це «робочий» показник, важливий як сумісності з процесором, а й у виконанні професійних завдань.Ви точно помітите різницю під час роботи з деякими специфічними програмами, які реально прискорюються, якщо ви використовуєте високочастотну оперативну пам'ять. Наприклад, швидкі типи ОЗП добре проявляють себе в архівації. Чим вища частота планки, тим швидше піде процес.

Таймінги оперативної пам'яті

Інший показник, про який потрібно знати при виборі оперативної пам'яті – це таймінги. По суті це просто затримка. Вони показують час, що минає з моменту відправки пам'яттю команди та її фактичним виконанням. Їх вимірюють тактами. Тому якщо ви подивіться на специфікації будь-якої плати оперативної пам'яті, то побачите там циферки виду 8-8-8-16.

Ці цифри позначають виконання чотирьох операцій. Саме тому таймінги зазвичай зазначаються у вигляді чотирьох цифр. Хоча деякі виробники вказують лише першу цифру, тому що саме вона є найважливішою. Але ми розберемо, що означає кожна з них:

1. CAS Latency (CL – найважливіший показник) позначає число тактів, яке проходить між відправкою запиту та початком відповіді;
2. RAS to CAS Delay - число тактів, яке у контролера займає активація потрібного рядка банку;
3. RAS Precharge - число тактів, яке потрібне для закриття одного рядка даних та переходу до іншого;
4. Row Activate Time – число тактів до закриття рядка.

Не факт, що вам взагалі потрібно знати, але для загального розвитку пригодиться. Головне запам'ятати, що чим нижче за таймінгу, тим краще. Це означає, що оперативній роботі потрібно менше часу на доставку інформації в межах самої планки. Розрахувати фактичну швидкість оперативної пам'яті, використовуючи дані про її характеристики і знаючи спеціальну формулу, дуже просто.

Наприклад, у нас CAS Latency (CL) дорівнює 8, а тактова частота планки – 3600 МГц.Отже, вважатимемо так: 8*2000/3600 = 4,4(4) наносекунд. 2000 – тут величина постійна. Тому її беремо завжди, не зраджуючи.

Яку оперативну пам'ять вибрати

Незважаючи на те, що при виборі оперативної пам'яті діє принцип «краще - швидше», сліпе слідування йому не завжди може бути виправдане. При виборі планки ОЗУ необхідно враховувати, з якою частотою сумісні процесор та материнська пам'ять у вашому комп'ютері.

Вище ми вже давали зрозуміти, що тактова частота у тому числі є характеристикою відповідності пам'яті, яку ви встановлюєте, та процесора, що вже встановлений у системному блоці вашого ПК. Але тепер зупинимося на цьому докладніше. А щоб було зрозуміліше, проведемо зрозумілу всім аналогію: просто уявіть, що оперативка - це гайка, яку потрібно закрутити, а процесор - гайковий ключ.

Якщо ви, маючи ключ на 12, візьмете маленьку або, навпаки, дуже велику гайку, вони просто не підійдуть один одному і у вас нічого не вийде. Ми не можемо говорити про те, що ця гайка або цей ключ хороші чи погані. Вони просто не призначені для того, щоб працювати у парі. Тому як гайку і ключ потрібно підбирати за розміром, так і оперативність і процесор потрібно вибирати за частотою, що збігається.

Але процесор і пам'ять при зручності цієї аналогії для пояснення це все-таки не ключ і не гайка. Тому ви в принципі можете встановити швидку сучасну оперативну пам'ять в комп'ютер, де використовується старий відсоток. Але через розбіжності показників ця планка працюватиме на мінімальній частоті.

Охолодження оперативної пам'яті

Охолодження оперативної пам'яті - тема не настільки популярна, як її розгін, але що йде з нею практично пліч-о-пліч.У цьому випадку йдеться саме про оперативну пам'ять (SDRAM), а не відеопам'ять (VRAM), якій охолодження життєво необхідне. Незважаючи на те, що, здається, звичайним планкам ОЗУ немає від чого відчувати нагрівання, це не так. Більшість їх можуть нагріватися досить сильно - до 80-90. Це їхнє робоче нагрівання, з яким не потрібно боротися.

Набагато страшніше - перегрів. Оперативка, як і будь-яка інша мікросхема, може страждати від перегріву, якщо працює під надмірним навантаженням. Зокрема, це стосується розігнаних планок, тактову частоту яких підвищили примусово. У таких випадках ви практично завжди отримаєте підвищений нагрів, і, якщо не повернути пам'яті оптимальну температуру роботи (а добитися її часто вдається тільки примусово), вона може почати збоїти і зрештою згоріти.

Охолоджувати оперативну пам'ять найчастіше пропонується пасивним способом. Для цього потрібно купити спеціальний радіатор, який виконаний із теплопровідного матеріалу на кшталт алюмінію та кріпиться на планку ОЗУ. Коли та починає перегріватись, він швидко забирає її тепло на себе і за рахунок збільшеної площі (радіатори завжди більше за розмірами, ніж сама ОЗУ), віддає тепло назовні.

Коштують такі радіатори недорого, і виглядають досить стильно, а часто навіть мають власне підсвічування. За це їх і люблять геймери, які прагнуть встановити по радіатору на кожну планку, що використовується. Але, як ми вже з'ясували вище, оперативній пам'яті в іграх не доводиться зазнавати підвищених навантажень, тому й практичної користі від радіаторів ОЗУ для геймерів, окрім хіба що зовнішньої привабливості, не буде.

Ноутбуку охолодження оперативної пам'яті теж не потрібне. Радіатори занадто громіздкі, щоб встановити їх у корпус невеликого, хай ігрового, лептопа.Йому просто нема де там розміститися. Тому запам'ятайте правило – радіатори ОЗУ потрібні лише стаціонарним комп'ютерам, та й то не всім.

Скільки оперативної пам'яті потрібно комп'ютеру

Стандартом для ПК у 2022 році були 8-гігабайтні планки ОЗП. Цього обсягу більшості користувачів вистачало за очі та за вуха. Але багато хто любить, щоб всього, не тільки оперативку, було із запасом, та й серйозні завдання найчастіше вимагають нарощування цього виду пам'яті. Тому на 2023 рік «базу» таки краще не брати. Тим більше, що й переплатити за планку на 16 ГБ доведеться не так багато.

Все, що більше – вже на ваш розсуд. Навіть якщо у вас багато грошей, особливого сенсу брати 32 чи 64 ГБ оперативної пам'яті для комп'ютера, де вона простоюватиме, просто немає. Такі обсяги вважаються робочими, і можуть стати в нагоді лише у важких сценаріях використання, які вимагають одночасного виконання кількох завдань на кшталт редагування кількох десятків шарів у Photoshop або використання трьох і більше вкладок у Google Chrome. Жарт :).

Втім, треба враховувати, що деякі комп'ютери, переважно це, звичайно, ноутбуки, дозволяють вибрати обсяг оперативної пам'яті лише один раз - на етапі покупки. Тому наростити ОЗУ вже після вас не вдасться. Зокрема від цієї проблеми страждають комп'ютери Mac на процесорах Apple Silicon. Вони використовують так звану об'єднану пам'ять, яка розпаяна на одній платі разом із процесором та накопичувачем, і витягти її звідти неможливо.

Як вибрати оперативну пам'ять. Підсумки

При виборі оперативної пам'яті слід враховувати такі факторы:

1. Який стандарт оперативної пам'яті (DDR3 чи DDR4) підтримує ваш процесор.Як правило, ця інформація вказується прямо в його специфікаціях, тому тут жодної таємниці немає. Якщо у вас, камінь, що вийшов хоча б протягом останніх 5 років, він підтримуватиме планки DDR4 - їх і беріть. А DDR5, хоч вони вже й доступні у продажу, навмання краще не брати - вони мають обмежену сумісність і можуть не підійти. Тільки якщо ви, напевно, знаєте, що ваш процесор підтримує цей клас, і вам він дійсно потрібен (але тоді навіщо вам ця стаття?).
2. Не женіться за найвищими показниками тактової частоти. По-перше, ваш процесор може просто їх не потягнути, і тоді навіть найшвидша пам'ять працюватиме на частоті, яку підтримує чіп, що використовується. По-друге, оперативність майже завжди можна розігнати, заощадивши на купівлі планки з невисокою частотою і потім збільшивши показники її швидкодії примусово.
3. Вибирайте планки оперативної пам'яті одного стандарту та однієї тактової частоти. Якщо ви встановите в свою машину ОЗП з частотою 2133 і 3200 МГц, процесор автоматично зрівняє їх, і вони зможуть працювати на мінімальній частоті, що не перевищує 2133 МГц.
4. Слідкуйте за тим, щоб розмір планки ОЗП відповідав вашому пристрою. Якщо пам'ятаєте, для звичайних ПК, як правило, вам підійде планка DIMM-оперативкияка має стандартний розмір. А ось компактні SO-DIMM і, тим більше, серверні планки краще уникати - стандартному ПК вони все одно не підійдуть.