Recenzja - Porównanie pamięci TwinMOS - FrazPC.pl

Od najdawniejszych czasów wszelkim maszynom obliczeniowym potrafiącym wykonywać bardziej skomplikowane działania towarzyszą układy pamięci. Onegdaj w wielkich, szafowych komputerach wykorzystywano pamięci oparte na rdzeniach ferrytowych - dość szybkie jak na tamte czasy, lecz o niewielkich pojemnościach. Inną stosowaną technologią były układy rtęciowe - a raczej długie rury wypełnione tym płynnym metalem. Oczywiście oba wyżej wymienione rodzaje pamięci nie znalazły zastosowania w miniaturowych komputerach osobistych. Prawdziwym kamieniem milowym dla układów zapamiętujących dane było nie tyle wynalezienie tranzystora w 1948, lecz opracowanie w latach 60. XX wieku metody ich utrwalania i wytrawiania w krzemie. To właśnie dzięki temu procesowi, możemy cieszyć się dzisiejszymi mikroprocesorami oraz układami RAM.

Zapewne większość z Was wie, że pamięci dzielimy na RAM (Random Access Memory - pamięć swobodnego dostępu) oraz ROM (Read Only Memory - pamięć tylko do odczytu). Wpierw zajmiemy się tą drugą. Dla danych składowanych w układach ROM nie ma znaczenia, czy podłączone jest napięcie - dane pozostaną zapisane. Właśnie dlatego ROM zwany jest także pamięcią nieulotną (Non-Volatile). Aby zaprogramować kość PROM lub ROM należy posłużyć się specjalnym narzędziem - programatorem. Jeśli chcemy zmienić zawartość już zapisanych danych, nie uda nam się to. Należy wówczas pozbyć się starego układu i zastąpić go innym, który ponownie zaprogramujemy. Pamięci PROM i ROM zostały bardzo szybko wyparte przez kości typu EPROM i EEPROM. Te pierwsze (Eraseable Programmable Read Only Memory) można kasować po zaprogramowaniu. Odbywa się to w dość dziwny sposób - do specjalnego, przezroczystego okienka przykłada się lampę emitującą światło ultrafioletowe - powoduje to rozładowanie układu i możliwość jego ponownego zapisania. Drugi rodzaj, EEPROM (Ellectrically Eraseable PROM), można programować wielokrotnie bez użycia specjalnych narzędzi. Kasowanie i zapis odbywa się za pomocą prądu o wyższym napięciu, co jest o wiele wygodniejsze niż używanie lamp ultrafioletowych. Nieulotna pamięć ma wiele zastosowań - od kości przechowujących BIOS, po karty Flash dla aparatów fotograficznych. To by było na tyle, teraz kolej na RAM.

Random Access Memory - pamięć o swobodnym dostępie wykorzystywana jest do przechowywania danych które mają być szybko dostępne dla procesora. Zasadniczo pamięci RAM dzielimy na dynamiczne DRAM i statyczne SRAM. Układy SRAM (Static RAM), aby określić wartość danej z komórek pamięci, wykorzystują tranzystory. Tranzystory nie mają ładunku elektrycznego, który trzeba by odnawiać. Poza tym, SRAM jest sporo szybszy od dynamicznie odświeżanego DRAMu. Mimo to nie stosuje się powszechnie tych kości - dlaczegóż to? - zapewne spytacie. Otóż ten typ pamięci jest bardzo drogi - jedna komórka pamięci składa się z czterech tranzystorów i dwóch oporników, dla porównania do utrzymania jednego bajta w DRAMie potrzeba jedynie tranzystora i kondensatora. Wnioski do wyciągnięcia pozostawiam Wam, drodzy czytelnicy.

Drugim powszechnie stosowanym we współczesnych komputerach rodzajem RAMu jest DRAM. Kości tego typu wymagają odświeżania - logiczne 0 lub 1 przechowuje w nich miniaturowy kondensator czyli innymi słowy bateria. A że baterie lubią pozbywać się swojego ładunku (przy odczycie, bądź też po określonym czasie), toteż trzeba je ładować. Każdy z taktów pamięci to właśnie takie ładowanie. Wyobraźcie sobie - 200 000 000 cykli na sekundę (DDR PC3200) - daje to wspaniały obraz zaawansowania, jaki osiągnęła współczesna technika. Układ pamięci DRAM możemy sobie wyobrazić jako ogromną szachownicę. Każda z komórek pamięci ma swój adres, składający się z numeru kolumny i wiersza. Aby uzyskać wartość komórki, procesor musi przesłać żądanie składające się z adresu wiersza, a następnie adresu kolumny. Po tych czynnościach, w buforze kontrolera pamięci znajdą się potrzebne dane, które zostaną przekazane bezpośrednio do pamięci podręcznej jednostki centralnej, skąd zostaną pobrane do dalszego przetwarzania. Tak w skrócie przedstawia się metodyka działania układów RAM.

Pierwszymi powszechnie stosowanymi modułami pamięci (wcześniej były jedynie luźno wkładane kości) były 30-pinowe SIMMy (Single Inline Memory Module) o szerokości 8 bitów. Szerokość magistrali (w tym przypadku owe 8 bitów) to ilość danych, jaką można przesłać w jednym takcie. Ówcześnie stosowane procesory (386, 486) posiadały 32 bitową magistralę danych, co zmuszało do obsadzenia aż czterech identycznych SIMMów, aby uzyskać poprawną pracę. Następnym typem pamięci, jaki pojawił się na rynku, były moduły o 72 wyprowadzeniach. Posiadały 32 bitową szynę, do działania trzeba było obsadzić gniazda dwoma identycznymi modułami. Spowodowane było to zwiększoną (wobec i486), 64 bitową szerokością magistrali królującego wtedy procesora Pentium. Dostępnych było kilka rodzajów DRAM: Fast Page Mode i EDO. Różniły się głównie sposobem aktywacji linii adresowych podczas odczytu.

Mała rewolucja nastąpiła wraz ze wprowadzeniem 168 pinowych modułów DIMM (Dual Inline Memory Module). Od tej pory nie było potrzeby instalowania pamięci w parach, a mieszanie kości o różnych pojemnościach przestało być problemem. Połączenie tego standardu z układami SDRAM, określanymi wtedy jako 'lightning - fast' było bardzo udane. Pierwsze SDRAMy taktowane były częstotliwością 66MHz, synchronicznie z FSB pierwszych Pentium II i Celeronów. Wprowadzenie Pentium II na jądrze Deschutes pracującego z FSB 100MHz pociągnęło za sobą premierę układów wytrzymujących taktowanie 100MHz. Dalsze usprawnienia, wprowadzenie Pentium III i Athlona wymusiły na producentach stworzenie kości mogących pracować z częstotliwością 133MHz. Była to najwyższa częstotliwość SDRAMów w zastosowaniu jako pamięci RAM dla procesora. W kartach graficznych układy te osiągały nawet 200MHz.

Tymczasem na horyzoncie pojawiły się SDRAM DDRy - 184 pinowe moduły, zaopatrzone w kości pamięci potrafiące przesyłać dane zarówno po rosnącym jak i opadającym zboczu sygnału taktującego - pamięci DDR 400 w rzeczywistości napędzane są zegarem 200MHz, choć ich przepustowość teoretyczna rzeczywiście odpowiada SDR'om 400MHz. Po prostu - magia liczb. W międzyczasie przez rynek przewinął się RAMBUS ze swoimi RDRAMami. Można je scharakteryzować kilkoma słowami: wysoko taktowane, drogie, z dużymi opóźnieniami. Bardzo dobrze, że umowa między tą firmą a Intelem już się skończyła, bo do dziś Pentium 4 oglądalibyśmy na wystawach sklepów, a nie u użytkowników końcowych.

Opóźnienia, popularnie zwane timingami, to ilość taktów pamięci pomiędzy wydaniem polecenia, a jego wykonaniem. Po wysłaniu adresu kolumny do pamięci, procesor musi poczekać na wykonanie rozkazu przez RAM. Dzięki ustawienim tych parametrów, pamięć może wysłać sygnał NOOP, dzięki któremu podczas oczekiwania na kolejną paczkę danych, procesor będzie mógł zająć się innymi zadaniami.

CAS Latency (CL) to najczęściej chyba spotykane ustawienie opóźnienia. Określa ono ilość cykli zegara magistrali, jakie upływają od wydania przez CPU polecenia aktywacji wybierania kolumny, do mometu przekazania danych do bufora w kontrolerze pamięci. Ma dość duży wpływ na wydajność, szczególnie dla graczy, wyznających religię 3DMark i Quake III. W przypadku modułów DDR współczynnik ten wynosi zazwyczaj 2.5, a ustawić go można w zakresie od 2.0 do 3.0 (choć w niektórych płytach możliwe jest ustawienie CL1.5 i CL1), w przypadku SDR'ów zazwyczaj możemy ustawić CL2 lub CL3.

Czas RCD (RAS to CAS delay) określa, ile taktów zegara potrzeba po wykonaniu polecenia CAS i zlokalizowania w ten sposób potrzebnej kolumny, do wykonania ładowania RAS. Przy niskich ustawieniach, daje małego, ale widocznego 'kopa' systemowi.

Czas RAS (Row Address Strobe) specyfikuje ilość cykli wymaganych do wykonania komendy aktywacji jednego z banków pamięci, zanim załadowanie adresu wiersza może zostać wykonane. Sam w sobie nie daje zbyt dużego przyrostu wydajności przy ostrzejszych ustawieniach.

Parametr RP (RAS Precharge) to liczba taktów zegara, jaka jest potrzebna do przywrócenia danym ich pierwotnego położenia, zamknięcia banku bądź też ilość cykli wymagana do stronicowania pamięci przed wykonaniem kolejnego polecenia aktywacji banku. Również nie ma zbytniego wpływu na wydajność.

Ustawienie przeplotu poszczególnych banków pamięci - dzięki czemu jeśli jeden z nich wykonuje polecenie, inne mogą zająć się czymś innym. W tym wypadku, większe ustawienie jest zawsze szybsze. Bank Interleave daje dość spory przyrost wydajności, szczególnie podczas zadań stricte pamięciowych.

W dzisiejszym teście staną w szranki trzy moduły dobrze znanej firmy TwinMOS. Dwa z nich pracują z efektywną częstotliwością 400MHz, natomiast trzeci zadowolić musi się niższym, 333MHz'owym taktowaniem. Oczywistym nonsensem byłoby testowanie RAM'ów opartych o kości tego samego producenta. Na szczęście nie popełniliśmy tego błędu - do redakcyjnego laboratorium trafiły pamięci na chipach M.Tec, TwinMOS oraz Elixir. Jak poszczególne ich rodzaje sprawują się w testach - wystarczy spojrzeć na wykresy. Jeszcze tylko procedura testowania i sprzęt, na jakim przeprowadzano 'badania'.

Ustawienie zostawało uznane za stabilne, jeśli system załadował się poprawnie, bezbłędnie wykonano 5 testów Memory Bandwidth z SiSoft Sandra, 3 testy AIDA32 Read, 3 testy AIDA32 Write oraz 3DMark 2001 działał nieprzerwanie w pętli przez godzinę. Taktowanie było podnoszone co 5MHz rzeczywistych. W razie wystąpienia problemów, zmniejszano je o 3MHz. Jeśli problem ustępował, podnoszono je o 1MHz. Ten sposób testów zapewnił dokładne uszeregowanie potencjału overclockerskiego pamięci. Przy częstotliwościach do 222MHz włącznie, pamięci taktowano synchronicznie. Wszelkie wyższe taktowania uzyskiwano zmniejszając szynę FSB do wymaganego poziomu, natomiast mnożnik pamięci ustawiano na 120%. Wszystkie pomiary dotyczące overclockingu wykonywano przy włączonym trybie SingleChannel.

	Pamięci TwinMOS DDR 400 256MB oparte na kościach... TwinMOS. Z oznaczeń na krzemowych chipach wyczytać możemy, że czas dostępu to 5ns (1000/5=200MHz), a więc wszystko w jak najlepszym porządku. Moduł jest jednostronny, posiada osiem kości, z których każda potrafi pomieścić 32MB danych. CL 2.5
	TwinMOS DDR 400 256MB - tym razem zastosowano kości M.Tec. Co ciekawe, ich oznaczenia praktycznie pokrywają się z TwinMOS'ami, różnica to zaledwie jedna literka. Czas dostępu to również 5ns. Moduł jest jednostronny, wyposażono go w 8 kości w obudowach TSOP. CAS Latency dla tych pamięci producent również oszacował na 2.5.
	Moduł TwinMOS DDR PC2700 256MB oparty jest na kościach firmy Elixir. Czas dostępu wyprodukowanych na Tajwanie chipów to według producenta 6 nanosekund. Daje nam to taktowanie równe 166,6MHz, czyli dokładnie tyle, ile muszą posiadać pamięci DDR 333. Ten produkt, tak jak dwa powyższe, jest jednostronny, posiada 8 kości. TwinMOS uznał, że CAS Latency dlań odpowiednie to 2.5.

Chwila prawdy

Pierwszy test - pierwsze zaskoczenie. Przy mocno wyżyłowanych ustawieniach, oba moduły oparte o kości TwinMOS i M.Tec radzą sobie bardzo dobrze, po podniesieniu napięcia nawet 450MHz nie jest dla nich problemem. Najciekawiej zachowuje się Elixir - przy CL 2 działa jedynie z napięciem 2.9V oraz taktowaniem pamięci ustawionym na 50% przy 133MHz FSB. Mały koszmarek.

Test numer dwa - sytuacja powtarza się. Wyraźnie widać, że Elixir nie radzi sobie zbyt dobrze. Ciekawym zjawiskiem jest bardzo mały wzrost możliwości overclockingu przy podniesieniu napięcia z 2.7V do 2.9V. Jedynie 5-7MHz różnicy. Podczas przeprowadzania procedury znów byłem zaskoczony - Elixir nie działał stabilnie przy 2.5V nawet o 1MHz więcej od dedykowanych 333MHz. Coś czuję, że wprowadzając te pamięci na rynek, producent może narobić sobie więcej szkody, niż pożytku.

Muszę przyznać, że chyba nic nie będzie już w stanie mnie zaskoczyć. Przy CAS Latency równym 3 taktom, Elixir nie działa. Bez znaczenia jest napięcie i inne timingi - po prostu nie i tyle. Podczas startu płyta zatrzymuje się na kodzie POST C1 - oznaczającym błąd pamięci. Potencjał pozostałych dwóch modułów po ustawieniu najwolnieszych możliwych timingów nie wzrósł zbytnio. Te kilka MHz nie zrekompensuje spadku wydajności, jaki spowodują tak luźne ustawienia.

W tej części recenzji zajmiemy się porównaniem wydajności w trybie Single Channel i Dual Channel. Czy jest to tylko chwyt marketingowców nVidia? Czy może rzeczywiście dwukanałowy tryb pracy pamięci daje zauważalny wzrost wydajności? Już zaraz się okaże. Poza tym, na porównaniu dostrzec można będzie, jak asynchroniczne taktowanie pamięć - FSB wpływa na szybkość całej maszyny. Jeszcze słówko na temat procedury. Przy testach z FSB 133MHz, mnożnik wynosił 12,5, co dawało 1667MHz. Podczas pracy z FSB 166MHz, częstotliwość ta mnożona była 10x, co, jak łatwo obliczyć, daje również około 1667MHz. W trakcie sprawdzania wydajności z 200MHz szyną, mnożnik równy był 8,5 - taktowanie procesora: 1700MHz. W najszybszym, 222MHz trybie FSB, szybkość ta była mnożona przez 7,5, co dawało około 1665MHz.

Pierwszy z testów wydajności - syntetyczny benchmark SiSoft Sandra MAX3. Widać w nim dość wyraźnie, że w trybie DualChannel, szczególnie z wyższymi FSB i asynchronicznie (niżej) taktowaną pamięcią, zysk jest całkiem spory, sięgający nawet 100MB/s. Co ciekawe, różnica między szerokością magistrali niemalże się zatarła przy szynie 222MHz i synchronicznie taktowanej pamięci. Różnica wyniosła zaledwie 15MB/s. Ustawienie prędkości DDR'ów powyżej zewnętrznego taktu procesora mija się z celem - w praktycznie każdym teście różnica była marginalna. Jeśli jesteśmy zmuszeni przez parametry dostępnych nam kości ustawić szybkość pamięci na mniej niż 100% FSB, tryb DualChannel może przyczynić się do niewielkiego, lecz zauważalnego przyspieszenia.

Drugi, a zarazem ostatni z testów wydajności obrazuje ilość uzyskanych klatek na sekundę w bardzo czułej na prędkość i opóźnienia pamięci grze Quake III. We wszystkich pomiarach okazało się, że najlepszy wynik uzyskano podczas synchronicznego ustawienia pamięci, zarówno w Single Channel jak i w Dual Channel. Jedynym wyjątkiem od tej reguły jest test z FSB 133 z pojedynczym kontrolerem DDR - tutaj asynchroniczny takt 133/200 uzyskał dwie klatki więcej od synchronicznego 133/133. Zauważyć można duży spadek wydajności podczas działania RAMu z prędkością mniejszą od FSB. Spadek ten wynosi nawet około 40 ramek w pomiarze z szyną procesora 166. Mniejszą wydajność zaobserwowaliśmy również przy taktowaniu wyższym - również z procesorem działającym przy FSB 166. Reasumując, dla największej ilości FPS'ów pamięć trzeba taktować synchronicznie.

TwinMOS potrafi wyprodukować bardzo dobre pamięci w przystępnej cenie. Niestety, potrafi też stworzyć bubla, zupełnie niepodkręcalnego i niemalże nieczułego na wszelkie zabiegi mające zmienić kiepski overclocking. Moja hipoteza potwierdziła się - M.Tec i TwinMOS to praktycznie identyczne kości. Podkręcają się tak samo (czyli bardzo ładnie), działają bezproblemowo i mogę je z czystym sumieniem polecić każdemu - opłacalność zakupu jest bardzo duża. Często ludzie inwestują grube pieniądze w zakup rzekomo wspaniale nadtaktowalnych pamięci - zazwyczaj niepotrzebnie. Za mniejszą cenę uzyskujemy porządnie wykonany, po prostu dobry produkt. W obecnych czasach, gdy liczy się każda złotówka, wszelakie zakupy warto przemyśleć przynajmniej dwa razy.

Pamięci TwinMOS DDR 400 TwinMOS oraz TwinMOS DDR 333 Elixir dostarczyła firma APCOM z Wołowa.
Pamięci TwinMOS DDR 400 M.Tec dostarczył recenzent ;-).