Seite 5: DDR5 und XMP 3.0

Der Wechsel von DDR4 auf DDR5 auf dem Desktop stellt sicherlich für viele die größte Hürde dar bzw. erzeugt noch die größten Fragezeichen über dem Kopf. Final werden wir diese Frage heute auch nicht beantworten können, da wir noch nicht über die eigenen Messungen im Vergleich zwischen DDR4 und DDR5 sprechen dürfen.

DDR5 stell in vielerlei Hinsicht einen fundermentalen Wechsel dar, denn DDR4 war in seiner Entwicklung in einer Sackgasse angekommen. Mit DDR5-4800 wird es nun erneut losgehen, aber sowohl Geschwindigkeit wie auch Kapazitäten werden in den kommenden Monaten schrittweise gesteigert. DDR5-8400 und bis zu 2 TB pro Speichermodul sind laut Spezifikation möglich – werden jedoch zu Anfang noch nicht erreicht.

Wer sich für ein System mit Alder-Lake-Prozessor entscheidet, der muss sich auch überlfgen, ob er ein Mainboard mit DDR4 oder DDR5 wählt. Der integrierte Speichercontroller der Prozessoren unterstützt sowohl DDR4 als auch DDR5. Konkret ausgeführt wird aber immer nur ein Standard. In der Vergangenheit haben wir auch schon Lösungen gesehen, die zwei unterschiedliche Speicherstandards auf einem Mainboard ermöglichten. DDR1 und DDR2, DDR2 und DDR3 sowie DDR3 und DDR4 auf einer Platine. Dieses Mal sind uns solche Pläne nicht bekannt.

Zwar verwenden beide Standards Module mit 288 Pins, diese sind aber dennoch nicht kompatibel zueinander. Dies sieht man an der versetzten Aussparung des Steckplatzes und beim Modul. Aber natürlich hätte man dies etwas weiter versetzen können, um den Unterschied etwas deutlicher zu machen. Es wird aber wohl technische Gründe geben, warum man dies nicht getan hat.

Bandbreite und Latenzen legen zu

DDR5 verwendet nicht mehr nur einen Kanal pro Modul, sondern derer zwei. Mit dieser Maßnahme wird die zur Verfügung stehende Bandbreite erhöht – theoretisch verdoppelt. Ein DDR5-6400 ist mit 6.400 MT/s doppelt so schnell wie ein DDR4-3200 mit 3.200 MT/s pro Sekunde. Intel spricht aber weiterhin von einem Dual-Channel-Speicherinterface. Jeder Kanal am Speichercontroller besteht aber aus zwei Subkanälen, über die mit dem Speichermodul kommuniziert wird.

Ein einzelnes DDR5-4800-Modul kommt auf eine Speicherbandbreite von 37,8 GB/s. Im Dual-Channel-Betrieb kommen wir somit schon auf 75,6 GB/s. Module mit 5.200, 6.000 oder gar 6.600 MT/s bieten eine entsprechen höhere Speicherbandbreite. Diese höhere Bandbreite wird Anwendungen zugute kommen, die davon profitieren können. Man wird dies aber nicht durch Bank für jegliche Anwendung feststellen.

Alle Speicherhersteller sprechen auch von einem deutlichen Zuwachs bei der Kapazität eines UDIMMs (im Endkundenbereich). Derzeit geht man von aktuellen 32 GB für DDR4 von bis zu 128 GB für DDR5 aus. Dies bedeutet allerdings nicht, dass wir auch gleich zum Start solche Module sehen werden. Zum Start wird es Dual-Channel-Kits mit 2x 16 und 2x 32 GB geben. Samsung hat kürzlich mit der Massenproduktion von DRR5-Speicher begonnen, der für eine Kapazität von 16 Gigabit (2 GB) und ist für Geschwindigkeiten von bis zu 7,2 Gbps ausgelegt ist. Theoretisch sind mit solchen Speicherchips Modulkapazitäten von bis zu 512 GB möglich.

Eine weitere Änderung betrifft das Verhalten der Speicherbänke, in denen die Daten auf den DDR-Chips organisiert sind. DDR5-Module bieten nun 32 Banks, bestehend aus acht Bank Groups (8x4). Dies bedeutet eine Verdopplung gegenüber DDR4, wo nur 16 Banks in 4x4 oder 2x8 Groups angesprochen werden können. Außerdem wurde die Burst Length (BL) von acht auf 16 verdoppelt, was den Zugriff auf den Speicher deutlich beschleunigt. DDR4 kann während einer Refresh-Operation keinerlei weitere ausführen. DDR5 unterstützt ein Same Bank Refresh, was bedeutet, dass Banks eine Refresh-Operation ausführen können, während auf anderen Banks andere Operationen laufen. Über diese Maßnahme ist es auch überhaupt erst möglich, dass DDR5 6.000 MT/s und mehr erreicht.

Aber DDR5 wird nicht nur Vorteile bieten. Die Fertigung in schnellem DDR4 ist inzwischen derart ausgereift, dass es schnelle Module mit zugleich extrem niedrigen Latenzen gibt, von denen vor allem die Spieleleistung profitiert. DDR5 kommt zum Start mit Latenzen von 36-36-36-76  daher. Benötigt dafür aber auch schon mehr als die Spezifikation mit 1,1 V. Extrem schnelle DDR4-Kits bieten CL12/14. Aber auch die Abhängigkeiten zwischen dem Einsatz von DDR4 und DDR5 werden wir ins im Rahmen es ausführlichen Artikels genauer anschauen.

Gegenüberstellung der CAS-Latenzen
Geschwindigkeit DDR4 DDR5 (JEDEC)
3.200 MT/s 13 - 22 22 - 28
3.600 MT/s 14 - 20 26 - 32
4.000 MT/s 14 - 19 28 - 36
4.400 MT/s 16 - 20 32 - 40
4.800 MT/s 18 - 19 34 - 42

Viele Speicherhersteller wollen der Kritik bereits vorgreifen und sprechen davon, dass die Gesamtzugriffslatenz von DDR5 unverändert bleibt, während die CAS-Latenz gestiegen ist.

Ein weiterer Aspekt von DDR5 ist eine Fehlererkennung (ECC) auf Basis der DDR5-Speicherchips selbst (On-Die ECC). Corsair macht 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.

Letzter Punkt ist noch die Leistungsaufnahme, bzw. Spannungsversorgung. DDR5-Module verfügen über einen Power Management Integrated Circuit (PMIC) – im Bild oben in der Mitte zu sehen. Die Spannungsregulierung wandert vom Mainboard auf die Module selbst. Dies soll die Effizienz steigern, macht aber auch eine individuelle Ansteuerung für jedes Modul möglich, da es sich selbst reguliert. Die Betriebsspannung der Speicher wird laut Spezifikation von 1,2 auf 1,1 V abgesenkt. Der PMIC kümmert sich darum, aus den 5 V, die über das Mainboard kommen, eben diese 1,1 V zu machen. Genauer gesagt werden hier drei Spannungsebenen festgelegt: VDD, VDDQ und VPP. OC-DDR5 wird aber bereits mit 1,35 V angegeben, was den Vorteil in der Effizienz natürlich nichtig macht. DDR5 in OEM-Systemen bzw. die Standard-Kits werden mit einem abgesicherten PMIC ausgestattet sein, der maximal 1,435 V ermöglicht. Früher oder später aber werden wir auch Module sehen, die in einem Programmable Mode für den PMIC mehr als diese 1,435 V ermöglichen werden.

XMP 3.0 und Gear-Modi

Gemeinsam mit DDR5 werden auch neue XMP-Profile eingeführt. XMP 3.0 bietet einen erweiterten Funktionsumfang gegenüber XMP 2.0. So stehen nun nicht mehr nur zwei sondern bis zu fünf Profile zur Verfügung. Drei sind vom Hersteller vordefiniert, zwei weitere können durch den Nutzer angepasst werden. So kann dieser sich hier eigene Profile erstellen und ablegen. Es können zudem eigene Namen für diese erstellten Profile vergeben werden.

Uns stehen für den Test von Alder Lake-S folgende DDR5-Kits zur Verfügung:

  • Corsair Dominator Platinum RGB: DDR5-5200 38-38-38-84 (CMT32GX5M2B5200C38-PK1) 
  • G.Skill Jipjaws S5: DDR5-5200 40-40-40-76 (F5-5200U4040A16GX2-RS5W)
  • Kingston Fury Beast: DDR5-5200 (KF552C40BBK2-32)

Wie sich schon an dieser Auswahl feststellen lässt, wird es recht viele Kits geben, die sich bei 5.200 MT/s bewegen und damit bereits ein leichtes Speicher-OC ermöglichen. DDR5-4800 sind als Vorgabe der JEDEC also nur der Einstieg und natürlich wird es auch Kits geben, die für eben diesen vorgesehen sind. Aber es gibt auch das andere Extrem. G.Skill stellte bereits ein Kit der Trident-Z5-Serie als DDR5-6600 CL36 vor. Diese kosten dann aber sicherlich mehr als die 300 Euro, die für 2x 16 GB DDR5 bei 4.800 bis 5.200 MT/s aufgerufen werden. Die Einstiegspreise von DDR5 werden ansonsten allenfalls für die schnellsten DDR4-Kits aufgerufen.

Mit Alder Lake gibt es natürlich auch wieder die seit Rocket Lake auf dem Desktop bekannten Gear Modi. Sie sind nichts anderes als ein Teiler zwischen dem Takt des Speichers und des Speichercontrollers. Für Rocket Lake gilt: Der Gear 1 wird nur bis zu einem Speichertakt von DDR4-2933 von allen Prozessoren unterstützt. Wird ein höherer Speichertakt gewählt, arbeitet der Speichercontroller im Gear 2. Nur der Core i9-11900K unterstützt den Gear 1 bis einschließlich DDR-3200. Je nach Prozessor und Speicher war es aber auch möglich, den Gear 1 bis beispielsweise DDR4-3733 anzulegen.

Für Alder Lake gibt es neue Vorgaben. Alle vorgestellten Modelle unterstützen DDR4-3200 im Gear 1. Der Gear 2 greift dann ab DDR4-3733, manuell kann aber auch hier noch versucht werden, den Speicher und IMC im Gear 1 zu betreiben.

Die Gear-Modi gibt es auch für DDR5: Allerdings geht es hier selbst bei DDR5-4800 schon im Gear 2 los. Aber einer gewissen Schwelle wird man dann auf den Gear 4 wechseln müssen. Wo genau diese liegt, schauen wir uns im Test an.