Seite 18: Speicherskalierung

Neu für Rocket Lake-S ist, dass Intel hier die aktuelle JEDEC-Spezifikation auch offiziell umsetzt. Anstatt nur DDR4-2933 wird nun DDR4-3200 unterstützt. Damit zieht man in dieser Hinsicht mit AMD gleich. Zusammen mit den Ice-Lake-Prozessoren entwickelte Intel auch einen neuen Speichercontroller, der in diesen und den Tiger-Lake-Prozessoren bereits zum Einsatz kommt.

Zusammen mit dem neuen Speichercontroller führt Intel die Gear-Modi ein, die nichts anderes als ein Teiler zwischen dem Takt des Speichers und des Speichercontrollers darstellen. Dies kennen wir schon von den Ice-Lake-Prozessoren, die volle Kontrolle darüber bekommt der Nutzer aber erst jetzt. In der technischen Dokumentation (PDF) wird dieser wie folgt beschrieben:

"Processor supports dynamic gearing technology where the Memory Controller can run at 1:1 (Gear-1, Legacy mode) or 1:2 (Gear-2 mode) ratio of DRAM speed. Gear ratio is the ratio of DRAM speed to Memory Controller Clock."

Das klingt ganz ähnlich dem, was AMD bei den Ryzen-Prozessoren macht. Bis zu einem Takt von DDR4-3733 arbeiten die internen Teiler hier in einem Verhältnis von 1:1:1 (MCLK = UCLK = FCLK = 1.866 MHz). Darüber hinaus kommen verschiedene Teiler ins Spiel. Je nach Güte des Chips und der Stabilität in diesem Teilerverhältnis kann ein DDR4-Speicher mit bis zu 4.000 MHz im 1:1 Verhältnis betrieben werden. Ist dies nicht möglich, muss auf 2:2:1 zurückgestuft werden und der Speicher läuft zwar mit seinem vorgesehenen Takt, der Speichercontroller und der Fabric aber arbeiten nur mit halbem Takt.

Ganz ähnlich geht nun auch Intel vor. Im "Gear 2"-Mode läuft der Speichercontroller auf halbem Speicher-Takt. Im "Gear 1"-Mode entsprechend mit dem vollen Takt des Speichers. Aber Intel macht hier eine Einschränkung. Der "Gear 1"-Mode wird nur bis zu einem Speichertakt von DDR4-2933 von allen Prozessoren unterstützt. Wird ein höherer Speichertakt gewählt, arbeitet der Speichercontroller im "Gear 2"-Mode. Nur der Core i9-11900K unterstützt den "Gear 1-"Mode bis einschließlich DDR-3200.

Wie sich Gear 1 und Gear 2 konkret im Takt ausdrücken, zeigt sich bei einem Blick in CPU-Z und hier auf den Takt des Speichercontrollers. Im 1:1-Mode (links) läuft dieser mit dem gleichen Takt wie der Speicher – hier 1.466 MHz. Schaltet man per BIOS in den 1:2-Mode, läuft der Speichercontroller nur noch mit dem halben Takt von 733 MHz.

Mit dem Core i9-11900K haben wir ein paar Benchmarks zur Speicherskalierung gemacht. Verwendet haben wir dazu Corsair CMT16GX4M2K4700C19, die bei DDR4-4700 Timings von 19-26-26-46 bei einer Spannung von 1,5 V erreichen. Die Timings haben wir natürlich entsprechend der Taktraten reduziert, in denen wir letztendlich auch die Benchmarks durchgeführt haben. Zunächst schauen wir uns hier die Werte aus synthetischen Testprogrammen an.

AIDA64

Lesedurchsatz

MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Schreibdurchsatz

MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Kopierdurchsatz

MB/s
Mehr ist besser

AIDA64

Latenz

ns
Weniger ist besser

Im Grunde sehen wir hier die zu erwartenden Ergebnisse. Mit einem Teiler von 1:1 sind die Latenzen deutlich geringer, bei gleichem Takt tut sich in den Durchsatzraten aber wenig. Mit steigender Taktrate des Speichers steigen die Durchsatzraten an und bis zu einem Takt von 3.733 MHz konnten wir den 1:1-Teiler auch beibehalten. Danach ging es nur noch mit 1:2 weiter. Aufgrund des höheren Taktes sinken die Latenzen dann selbst mit dem 1:2-Teiler wieder, erreichen aber nicht das Niveau eines 1:1-Verhältnisses.

Spielebenchmarks der Speicherskalierung

Lese-, Schreib- und Kopierdurchsatzraten sind das Eine, die Leistung in Spielen aber sicherlich der wichtigere Faktor. Daher haben wir uns die Leistung des Core i9-11900K mit einigen Speichergeschwindigkeiten und Teilerverhältnissen in einigen Spielen angeschaut.

Control

1.280 x 720 Pixel (Hoch)

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Cyberpunk 2077

1.280 x 720 Pixel (Hoch)

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DOOM: Eternal

1.280 x 720 Pixel (Ultra)

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F1 2020

1.280 x 720 Pixel (Hoch)

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Shadow of the Tomb Raider

1.280 x 720 Pixel (Hoch)

Bilder pro Sekunde
Mehr ist besser

Ganz so eindeutig wie für den synthetischen Test ist das Bild in Spielen nicht. Grundsätzlich aber sollten diese von niedrigeren Latenzen profitieren, was sich auch in einigen Beispielen zeigt.