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DDR4 vs. DDR5: 6 Unterschiede zwischen den RAM-Generationen

Max B28. Nov, 2021 - 4 min Lesezeit

Wann kommt DDR5 RAM? Er ist schon da. Mit der 12. Generation Core-Prozessoren setzt Intel auf DDR5-Arbeitsspeicher. Dabei fährt der Chipfabrikant zweigleisig. Mainboards mit Z690-Chipsatz werden in Varianten mit DDR4- und DDR5-RAM angeboten. Für Interessierte, die sich einen Gaming-PC mit Alder Lake bauen wollen, stellt sich die Frage, auf was sie setzen sollen, den bewährten und preisgünstigen DDR4 oder den brandneuen DDR5? Wir verraten dir sechs Unterschiede und was sie bewirken.

1. DDR5 RAM bietet eine höhere Bandbreite als DDR4

Der Release von DDR5-Arbeitsspeicher war wichtig, denn die DDR4-Technologie stößt bereits an ihre Grenzen: Von der JEDEC zertifiziert sind Speicherriegel mit 3,2 Gbit/s bei einer Taktrate von 1,6 GHz. Speicherhersteller bieten zudem extrem übertaktete RAM-Kits mit über 5.000 MHz an. Diese laufen mit ihren hinterlegten OC-Profilen unter deutlich höheren Spannungen und mit langsameren Latenzen und bieten im Gegenzug enorm hohe Bandbreiten von 5 Gbit/s und mehr.

DDR5 bietet mindestens eine Bandbreitenerhöhung von 50 % auf 4,8 Gbit/s. Inzwischen bieten Speicherhersteller aber auch RAM-Kits mit XMP 3.0 und Übertragungsraten von 5.200 MHz (bei DDR-Speicher auch als MT/s bezeichnet) bis 6.000 MHz an. Selbst DDR5-7000 wurde bereits angekündigt. Erste Riegel mit XMP 3.0 sind schon in der Mache. DDR5-Arbeitsspeicher steckt zurzeit erst in den Kinderschuhen und bietet viel Entwicklungspotenzial. Zukünftig soll der neue Speicherstandard auf eine Datenrate von 8,4 Gbit/s skalieren. 

Um dies zu ermöglichen, sorgen neue Funktionen wie die Integration einer Entscheidungsrückkopplung (DFE) bei DDR5 für höhere E/A-Geschwindigkeiten und Datenraten.

2. Geringerer Stromverbrauch dank niedrigerer Spannung

Eine zweite wichtige Änderung gegenüber DDR4 ist die Verringerung der Betriebsspannung (VDD), die einen geringeren Stromverbrauch zur Folge hat. DRAM, Pufferchip, Taktgeber und Datenpuffer kommen bei DDR5 mit weniger Spannung aus. Diese senkt sich gegenüber DDR4-Speicher von 1,2 V auf 1,1 V. Der CA-Bus wechselt von der SSTL-Signalisierung zur PODL-Signalisierung (Pseudo-Open-Drain-Logik). Dadurch entfällt eine zusätzliche Spannungsschiene, die statischen Strom verbraucht.

3. DDR5 Arbeitsspeicher hat eine neue Stromversorgungsarchitektur

Die dritte und wichtigste Änderung betrifft die Stromversorgungsarchitektur. Mit DDR5-DIMMs verlagert sich die Energieverwaltung vom Mainboard auf das Speichermodul selbst. DDR5-DIMMs sind mit einem 12-V-Power-Management-IC (PMIC) auf dem DIMM ausgestattet. Dies ermöglicht eine bessere Feinabstimmung der Systemstrombelastung. Der PMIC verteilt die 1,1 V VDD-Versorgung. Durch eine bessere Steuerung der Stromversorgung auf dem DIMM verbessert er die Signalintegrität und verringert das Rauschen.

Kurze Pause! Intel Core i9-12900K mit DDR5-RAM vs. i9-11900K mit DDR4

In unserem Video vergleicht 8aron_Tom den 11900K mit DDR4-RAM mit dem 12900K mit DDR5-RAM und lässt beide Prozessoren gepaart mit einer GeForce RTX 3080 Ti in diversen Benchmarks gegeneinander antreten.

4. Die Kanal-Architektur von DDR5 und DDR4 im Vergleich

Eine weitere wichtige Änderung bei DDR5 ist eine neue DIMM-Kanalarchitektur: DDR4-DIMMs haben einen 72-Bit-Bus, der sich aus 64 Datenbits und acht ECC-Bits zusammensetzt. Bei DDR5 wird jedes DIMM zwei Kanäle haben. Jeder dieser Kanäle ist 40 Bit breit: 32 Datenbits mit acht ECC-Bits. Während die Datenbreite gleich bleibt (insgesamt 64 Bits), wird die Effizienz des Speicherzugriffs durch zwei kleinere unabhängige Kanäle verbessert. Du profitierst also mit DDR5 nicht nur von dem reinen Geschwindigkeitszuwachs durch höhere MT/s, der Effekt wird durch die gesteigerte Effizienz weiter verstärkt.

Bei der DDR5-DIMM-Architektur werden die linke und die rechte Seite des DIMMs jeweils von einem unabhängigen, 40 Bit breiten Kanal versorgt und teilen sich den RCD. Im Fall von DDR4 liefert der RCD zwei Ausgangstakte pro Seite. Bei DDR5 hingegen liefert der RCD vier Ausgangstakte pro Seite. Bei den DIMMs mit der höchsten Dichte und x4-DRAMs erhält auf diese Weise jede Gruppe von 5 DRAMs (Single Rank, Half-Channel) ihren eigenen unabhängigen Takt. 

Dadurch, dass jeder Rank und jeder Halbkanal einen unabhängigen Takt erhält, verbessert sich die Signalintegrität. Das wiederum behebt das Problem der geringeren Rauschspanne, das durch die Senkung des VDD-Wertes entstanden ist.

5. DDR5-RAM bietet eine deutlich gesteigerte Burst-Länge

Die Burst-Länge ist die Anzahl der Bursts, die bei der Datenübertragung verwendet werden. Diese Bursts erfolgen mit der effektiven Datenrate. Auch hier hat sich einiges verändert: Bei DDR4 beträgt die Burst-Chop-Länge vier und die Burst-Länge acht. Bei DDR5 werden Burst-Chop und Burst-Länge auf acht und sechzehn erweitert, um die Burst-Nutzlast zu erhöhen. 

Mit einer Burst-Länge von sechzehn (BL16) kann ein einzelner Burst auf 64 Byte Daten zugreifen, was der typischen CPU-Cache-Zeilengröße entspricht. Dabei kann nur einer der beiden unabhängigen Kanäle verwendet werden. Dies bietet eine erhebliche Verbesserung der Gleichzeitigkeit und mit zwei Kanälen eine größere Speichereffizienz.

6. DDR5 unterstützt Speicherbausteine mit höherer Kapazität

DDR5 unterstützt DRAM-Bausteine mit höherer Kapazität als DDR4. Mit DDR5-Pufferchip-DIMMs lassen DRAMs mit Dichten von bis zu 64 Gbit in einem Single-Die-Paket verwenden. Im Vergleich dazu bietet DDR4 maximal 16 Gbit DRAM in einem Single-Die-Package (SDP). DDR5 bietet Funktionen wie On-Die ECC, Fehlertransparenzmodus, Post-Package-Repair sowie Lese- und Schreib-CRC-Modi zur Unterstützung von DRAMs mit höherer Kapazität. 

Die einzelnen Speicherchips mit höherer Kapazität erlauben wiederum die Fertigung von Speicherriegeln mit höherer Kapazität. 32 GB pro Riegel waren bei DDR4 möglich, bei DDR5 werden es 128 GB pro Speicherriegel sein. So lassen sich reguläre Desktop-PCs mit vier Speicherbänken mit bis zu 512 GB Arbeitsspeicher ausstatten. HEDT-Plattformen mit acht Speicherbänken werden ein ganzes Terabyte nutzen können. Auch bei Server-RAM werden sich die Grenzen des Machbaren verschieben: Hier soll das Terabyte auf einen einzelnen DDR5-Riegel passen.

Fazit

Aber das ist Zukunftsmusik. Noch fallen die Unterschiede durchwachsen aus. So ist es stark vom Einsatzszenario abhängig, ob sich DDR5-Speicher heute schon für dich lohnt. Aktuell ist es eine Frage der Präferenz: Early Adopter lassen sich schnell  für neue Technologien begeistern und wer die schnellste und neueste Hardware haben will, der greift jetzt zu DDR5.

Allerdings spricht gegenwärtig auch nichts gegen ein Alder-Lake-System mit DDR4. Insbesondere in Kombination mit einem i5-12600K lässt sich ein leistungsstarker Gaming-PC bauen und das Budget in Richtung Grafikkarte verlagern. Auch die aktuellen AMD-Ryzen-Prozessoren setzen auf DDR4-Arbeitsspeicher und bieten hervorragende Gaming- und Workstation-Performance.

https://www.caseking.de/blog/akbr/
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