Seite 1: RAM-FAQ: Was man über DDR5 und DDR4 wissen sollte

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kingston-ddr5Mit Alder Lake und damit den ersten Prozessoren die eine neue Arbeitsspeicher-Generation unterstützen, hält auch der DDR5-Speicher Einzug in die Welt der Desktop-Bastler. Dementsprechend wollen wir uns in einem FAQ den wichtigsten Kennzahlen widmen. Auf was sollte man beim Kauf bzw. Wechsel achten? In dieser FAQ dreht sich alles rund um das Thema Arbeitsspeicher und wir beantworten viele Fragen, die nicht nur für Anfänger, sondern auch für fortgeschrittene Anwender interessant sein dürften.

Update: Wir haben die RAM-FAQ auf den neuesten Stand gebracht und dabei den DDR5-Standard berücksichtigt.

Wer gar nichts mit dem Thema "Arbeitsspeicher" anfangen kann, wird in dieser FAQ erfahren, wofür er benötigt wird, welche vergänglichen und aktuellen Technologien verwendet wurden und werden. Die richtige Auswahl für den eigenen PC sollte dann kein Problem mehr sein. Aber auch wer schon etwas erweitertes Wissen mitbringt, wird etwas lernen können, denn in vielen Bereichen gehen wir ins Detail. Dann ist auch die Übertaktung oder das Tunen vom Arbeitsspeicher kein Hexenwerk mehr. 

Wichtig sind aktuell vor allem DDR4- und DDR5-Speicher. Aktuell findet die Ablöse von DDR4 statt, wenngleich es noch einige Zeit dauern wird, bis diese vollständig vollzogen wird. Intel unterstützt mit der aktuellen Alder-Lake- sowie der zukünftigen Raptor-Lake-Generation DDR4 und DDR5. AMD wird mit der Ryzen-7000-Serie und der neuen AM5-Plattform vollständig auf DDR5 umschwenken.

Was ist Arbeitsspeicher und wofür wird er benötigt?

Im IT-Segment wird Arbeitsspeicher generell als RAM (Random Access Memory) bezeichnet. Er ist im Endeffekt ein Zwischenspeicher mit direkter Anbindung jedes einzelnen Speicherchips, auf die geschrieben werden kann und von denen gelesen wird. Ausschließlicher Lesezugriff beschreibt hingegen den ROM (Read Only Memory) und trifft beispielsweise auf den BIOS-Chip eines Mainboards oder auch auf nicht wiederbeschreibbare, optische Medien (z.B. Blu-ray) zu. Der RAM selbst kann auch als Kurzzeitgedächtnis eines Computers bezeichnet werden, denn im Arbeitsspeicher werden wichtige, für den generellen Betrieb benötigte Dateien abgelegt, die häufig abgerufen werden.

Kingston DDR4 und DDR5
Kingston DDR4 und DDR5
Kingston DDR5
Kingston DDR4
Kingston DDR5
Kingston DDR5-PCB
DDR4-PCB vs DDR5-PCB
DDR5 SK hynix
Kingston DDR5
Kingston DDR5
Kingston DDR5
Kingston DDR5
DDR5 PMIC
DDR5 im BIOS
DDR5 im BIOS
DDR5 im BIOS
DDR5 im BIOS
DDR5 im BIOS
DDR5 und AIDA64
DDR5 und CPU-Z
DDR5 und CPU-Z
DDR5 und MemTest5

Das Betriebssystem selbst, aber auch aktuell laufende Programme benötigen den Zwischenspeicher für die schnelle Ausführung, um größere Verzögerungen zu umgehen. Im Vergleich zur SSD (Solid State Drive), die selbst schon eine Reaktionszeit von weniger als eine Millisekunde hat, ist der RAM hingegen im zweistelligen Nanosekunden-Bereich unterwegs und demnach noch einmal wesentlich schneller. Um diesen Performanceunterschied zu verdeutlichen: Eine Millisekunde (ms) besteht aus 1.000.000 Nanosekunden (ns). Und eine klassische Festplatte ist noch langsamer. Aus diesem Grund möchte man möglichst viel Arbeitsspeicher haben, damit möglichst viele Anwendungen direkt in diesem laufen können.

Sind die Daten im RAM permanent vorhanden?

Nein, denn beim RAM handelt es sich um so genannten "flüchtigen Speicher" (engl. volatile memory). Wird der gesamte Computer neu gestartet oder heruntergefahren, so ist der komplette Arbeitsspeicher leer und demnach ohne Inhalt. Wird dann das Betriebssystem wieder gestartet, füllt sich der Arbeitsspeicher wieder mit den wichtigen Daten. Das ist ein klarer Unterschied zur SSD oder Festplatte. Ist der Strom beim RAM weg, sind auch alle Informationen verloren.

Es gibt allerdings für Angreifer die Möglichkeit, die Daten in einem RAM zu konservieren – beispielsweise wenn man ihn extrem herunterkühlt. Dann können die Daten auch noch ausgelesen werden, wenn der Speicher spannungslos alles verloren haben sollte. Dieses Szenario ist allerdings in der Praxis eher von theoretischer Natur. Schon anders sieht dies für den NVDIMM (Abkürzung für "non volatile memory") aus. Dieser DIMM-Typ besitzt Kondensatoren, die die Spannungsversorgung im Falle eines Stromausfalls kurzzeitig ersetzen und somit ermöglichen, dass die Daten im RAM noch gesichert werden. Auch der von Intel entwickelte und zurzeit verwendete Optane DC Persistent Memory ist, wie der Name schon sagt ein nicht flüchtiger Speicher.

Seit Jahren wenn nicht gar Jahrzehnten arbeiten die Speicherhersteller aber auch an neuen Techniken, die als MRAM (Magnetoresistive random-access memory) ihre Daten magnetisch speichern. Eine ständige Auffrischung der Speicherinhalte ist hier nicht mehr nötig. Allerdings sind beispielsweise die Kapazitäten der MRAM-Speicher noch lange nicht auf dem Niveau eines modernen DRAM. Bis zum Praxiseinsatz wird es noch einige Jahre dauern.

Die Entwicklung des RAM

Die Geschichte des Arbeitsspeichers geht bis in die 1960er Jahre zurück, bei denen damalige Großrechner mit bis zu 1 Megabyte RAM ausgestattet wurden. Mit der Zeit konnte die Kapazität stetig erhöht werden. Generell muss zwischen synchronem und asynchronem Arbeitsspeicher unterschieden werden. Denn während asynchroner Arbeitsspeicher ohne Taktsignal auskommen muss und damit deutlich weniger Performance bietet, sind mit synchronem Arbeitsspeicher durch die Anbindung des Taktsignals deutlich höhere Datendurchsätze möglich.

Doch der synchrone Arbeitsspeicher wird noch einmal in zwei Kategorien unterteilt, nämlich in statischem und dynamischem RAM. Grob formuliert besteht der Unterschied darin, dass der SRAM (Static Random Access Memory) im Vergleich zum DRAM (Dynamic Random Access Memory) nicht auf ein periodisches Auffrischen angewiesen ist, um die Daten im Speicher halten zu können, sondern ist allein auf die Speicherspannung angewiesen.

Die ersten massentauglichen SIMMs (Single In-Line Memory Module) mit einer Datenbusbreite von 8 Bit wurden ab dem Jahr 1993 von den PS/2-SIMMs abgelöst und zählen zum dynamischen Arbeitsspeicher. Ein alter Bekannter unter den PS/2-SIMMs ist der EDO-RAM (Extended Data Output Random Access Memory) oder auch HPM-RAM (Hyper Page Mode Random Access Memory). Eingeführt wurde der EDO-RAM 1994, der jedoch auch eigentlich zu dem asynchronen Speicher gehört und durch den höheren Lese-Datendurchsatz den FPM-RAM (Fast Page Mode Random Access Memory) abgelöst hat.

DRAM-Standard
Anzahl Pins
Prefetch
Speichertakt (JEDEC)
Spannung (V)
SIMM/
DIMM
SO-
DIMM
real (I/O)
effektiv
Standard
Under-/Overvoltage
EDO-RAM 72 72 - 33-66 MHz 33-66 MHz 5 V, 3,3 V -
SD-RAM 168 72/144 1n 66-133 MHz 66-133 MHz 3,3 V 3,3 V
DDR-SDRAM 184 200 2n 100-200 MHz 200-400 MHz 2,5 V 2,6 V
DDR2-SDRAM 240 200 4n 200-533 MHz 400-1.066 MHz 1,8 V -
DDR3-SDRAM 240 204 8n 400-1.066 MHz 800-2.133 MHz 1,5 V 1,35 V, 1,65 V
DDR4-SDRAM 288 260 8n 800-1.600 MHz 1.600-3.200 MHz 1,2 V 1,05 V, 1,35-1,45 V
DDR5-SDRAM 288 260 16n 2.400-3.600 MHz 4.800-7.200 MHz 1,1 V -

Der direkte Nachfolger stellt der SD-RAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) ab dem Jahr 1997 mit inkludiertem Taktsignal dar, das die erhöhte Performance im Vergleich zum EDO-RAM erklärt. Während der EDO-RAM mit 33 bis 66 MHz spezifiziert wurde, arbeitet der SD-RAM mit 66-133 MHz zusammen mit dem Prefetching (heuristisches Vorladen von Daten) von einem Bit doppelt so schnell.

Wenige Jahre später stand mit dem RD-RAM (Rambus Dynamic Random Access Memory) eine neue Halbleiter-Technologie im Raum, die sich allerdings aufgrund von hohen Latenzen bei höherer CRIMM-Bestückung (Continuity Rambus In-Line Memory Module) und der Intel-Exklusivität nicht durchsetzen konnte und hingegen im Jahr 1999 vom DDR-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) abgelöst wurde und sich erst drei Jahre später im Endverbrauchermarkt etablieren konnte. DDR-SDRAM stellt dabei eine Weiterentwcklung von SD-RAM mit einer ordentlichen Leistungssteigerung dar. Ab hier begann auch Hardwareluxx mit dem Testen - die ersten Speichermodule, die wir im Test hatten, waren in der Tat DDR-SDRAM-Module

Es folgten die zweite Generation (DDR2-SDRAM) ab dem Jahr 2003, die dritte (DDR3-SDRAM) ab dem Jahr 2007 und die noch aktuelle vierte Generation des DDR-SDRAM-Standards (DDR4-SDRAM) ist seit 2014 erhältlich. Mit dem DDR4-SDRAM-Standard sind weit höhere Frequenzen möglich, wobei der Prefetch mit dem DDR3-SDRAM identisch geblieben ist und gleichzeitig die Speicherkapazität pro DIMM (Dual In-Line Memory Module) für den Endverbraucher zunächst auf 16 GB angehoben und später auf 32 GB erweitert wurde.

Doch nun erfolgte der Wechsel auf den DDR5-SDRAM-Standard. Den Start könnte man aber als etwas holprig bezeichnen, denn mit dem Erscheinen der Alder-Lake-Plattform war DDR5 nur schlecht verfügbar, teuer und erreichte außerhalb der JEDEC-Spezifikationen noch längst nicht die erwarteten Leistungsdaten. Die Situation hat sich hier in vielerlei Aspekten in den vergangenen Monaten deutlich verbessert.

Ein weiterer Aspekt von DDR5 ist eine Fehlererkennung (ECC) auf Basis der DDR5-Speicherchips selbst (On-Die ECC). Die Speicherhersteller machen aber auch noch einmal klar, dass dies nicht bedeutet, dass alle Systeme mit DDR5 eine vollumfängliche Unterstützung von ECC bieten werden. Ein On-Die ECC wird schon für schnellen GDDR6(X) angewendet. Die Unterscheidung zwischen unregistered Modulen und solchen mit ECC für allem Serveranwendungen wird es also weiterhin geben.

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