Intel Core i9-12900K: RAM-Benchmarks - wo DDR4 gegen DDR5 keine Chance hat

DDR5-SDRAM ist technisch wohl der größte Sprung innerhalb der inzwischen über 20-jährigen Historie von DDR-SDRAM. Die Herstellervereinigung JEDEC hat sehr viele Details optimiert, die nicht immer offensichtlich sind, aber helfen, aus der vor über 50 Jahren erdachten DRAM-Technologie noch mehr als bisher herauszuquetschen. Beispielsweise wurde das Pin-Layout so optimiert, dass der Signalweg zwischen allen Chips und der Kontaktleiste nicht mehr so stark wie bei DDR4-RAM davon abhängig ist, ob ein Chip am Rand oder eher mittig platziert auf der Platine ist. Im Folgenden gehen wir speziell auf Funktions- und Leistungsunterschiede zwischen DDR5- und DDR4-RAM ein; interessiert Sie primär Alder Lake als CPU-Architektur, dann sollten Sie sich den PCGH-Test von Core i9-12900K und i5-12600K zu Gemüte führen.

DDR5: Verbesserungen gegenüber DDR4

Zu den offensichtlichen Verbesserungen gehört das Standardprogramm jeder neuen DDR-Speichergeneration: Die Spannung sinkt (von 1,2 auf 1,1 Volt), die Kapazität pro Chip steigt hingegen (von 2 bis 16 Gigabit auf 8 bis 64 Gigabit - im Desktop-Markt sind daher in Zukunft 64 und 128 GiByte fassende Module zu erwarten) und die Taktfrequenz ebenso. Intel Alder Lake unterstützt offiziell zwar maximal DDR5-4800, die DDR5-Spezifikation ist aber bereits fit für Plattformen mit einer Freigabe bis DDR5-6400 und weitere Erhöhungen zumindest bis DDR5-8400 wurden in Aussicht gestellt. Richtig interessant ist aber, dass der Fokus bei DDR5-SDRAM darauf lag, mehr Geschwindigkeit aus den Modulen herauszuholen, indem die Effizienz bei Zugriffen gesteigert und der Leistungsverlust bei der zwingend notwendigen regelmäßigen Auffrischung (üblicherweise alle 64 ms) sämtlicher Speicherzellen reduziert wird. Zu diesem Zweck ist DDR5-RAM feiner partitioniert, was bereits bei den Kanälen losgeht: Jedes Speichermodul ist nicht mehr über einen 64 Bit breiten Speicherkanal angebunden, sondern empfängt und sendet Daten über zwei voneinander unabhängige 32-Bit-Kanäle. Im Zusammenspiel mit einer von 8- auf 16-fach erhöhten Prefetch-Menge ist es bereits mit einem Kanal möglich eine Cache-Line von 64 Bytes zu füllen, was die Standardgröße bei x86-CPUs darstellt. Ohne die halbierte Kanalbreite würde das zu Overfetching führen, bei dem zwei Cache-Lines (2× 64 Bytes --> 128 Bytes) im CPU-Cache ersetzt werden müssten.

Quelle: PC Games Hardware G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS: 2× 16 GiByte DDR5-6000 (36-36-36-76) @ 1,30 Volt, single-ranked Quelle: PC Games Hardware Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL: 2× 16 GiByte DDR4-4400 (19-19-19-46) @ 1,40 Volt, single-ranked Eine Bank bzw. eine mehrere Banks beinhaltende Bank Group ist eine Verwaltungseinheit innerhalb eines Speicherchips. Die maximale Anzahl von Banks pro Bank Group wurde auf 4 belassen, dafür unterstützt DDR5-RAM im Gegensatz zum Vorgänger nun bis zu 8 Bank Groups. Diese Maßnahme sorgt dafür, dass seltener direkt hintereinander auf eine Bank innerhalb der gleichen Bank Group zugegriffen werden muss. Diese Operationen dauern nämlich häufig länger. Beispiel: Die Subtimings tRDRD oder tWRWR (Read to Read bzw. Write to Write Latency) sind für die gleiche Bank Group bisweilen doppelt so hoch wie für eine andere Bank Group! In die gleiche Kerbe der Effizienzerhöhung schlägt eine Erweiterung der Refresh-Befehle. Während bei DDR4-RAM für die unvermeidbare Auffrischung alle Banks innerhalb einer Bank Group gesperrt werden, bietet DDR5-RAM dank des Befehls Same Bank Refresh die Möglichkeit, nur eine Bank einer Bank Group für eine Auffrischung zu blockieren, während auf die übrigen weiter zugegriffen werden kann. Ähnliches gilt für den Precharge-Vorgang (nach einem Zugriff werden die Wortleitungsspannung und der Leseverstärker abgeschaltet, dann die Bitleitung vorgeladen, also "precharged"): Die DDR5-Spezifikation beinhaltet den neuen Befehl Same Bank Precharge, mit dem nur eine Bank innerhalb einer Bank Group in den Precharge-Zustand geschickt wird, während die anderen Banks zum sofortigen Zustand bereitstehen.

Viele weitere Verbesserungen erläutern wir in unserem Grundlagenartikel zu DDR5-RAM. Fest steht also: DDR5-RAM funktioniert im Inneren teilweise deutlich cleverer als die Vorgängergeneration und sollte gerade für moderne Anwendungsszenarien mit immer höherer Parallelität (durch CPUs mit mehr Kernen und Threads, entsprechend optimierte Anwendungen und allgemein gestiegene Multi-Tasking-Ansprüche) klar im Vorteil sein. Doch was kommt davon in der Praxis an?

Das Testsystem

Das untersuchen wir im Folgenden, zunächst aber zu unserem Testsystem: Wir nutzen für alle Tests Windows 11, eine Zotac Geforce RTX 3090 Trinity und einen Core i9-12900K (praxisnah mit allen Kernen aktiviert und Auto-Taktraten), den wir entweder auf dem Asus Maximus Z690 Hero mit DDR5-Unterstützung oder dem Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 mit DDR4-Support betreiben. Beim genutzten DDR5-Kit handelt es sich um das schnellste Testmuster in der Redaktion, das G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS, welches für DDR5-6000 (36-36-36-76) bei 1,30 Volt freigegeben ist. Auf der DDR4-Seite tritt das Crucial-Ballistix-Max-RGB-Kit BLM2K16G44C19U4BL an, vom Hersteller für DDR4-4400 (19-19-19-46) bei 1,40 Volt spezifiziert.

DDR5 vs. DDR4: Crucial- und G.Skill-Kit im Vergleich

2×16 GiByte DDR4-6000: G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS 2×16 GiByte DDR4-4400: Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL

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Beide Kits bieten eine Kapazität von 2×16 GiByte und einen Single-Rank-Aufbau - damit schließen wir verzerrende Leistungsunterschiede durch diese beiden Faktoren aus. Der Vollständigkeit halber sei aber gesagt: Während DDR5-Riegel mit 8 und 16 GiByte stets single-ranked organisiert sind, existiert in der DDR4-Welt zumindest bei 16-GiByte-Sticks derzeit noch eine größere Auswahl an Dual-Rank-Modellen (etwa mit Samsungs B-Dies), die bei gleicher Taktrate und Timings eine höhere Praxisleistung als Single-Rank-Riegel bieten. Nachteile: Sie sind (bei identischen Resteigenschaften) für hohe Taktraten schlechter geeignet und bei mehr als zwei DIMMs fällt die Mehrleistung gegenüber Single-Rank-Sticks nicht mehr so deutlich aus, während die Anforderung an die Plattform für einen stabilen Betrieb am höchsten ist.

Da uns für die folgenden Tests bis zum Endes des Alder-Lake-NDAs aufgrund der Ressourcen-Teilung mit mehreren Redakteuren (CPUs, Mainboards) nur sehr wenig Zeit für Verfügung stand, haben wir uns auf wenige, dafür aber aussagekräftige Konfigurationen und Benchmarks fokussiert. Wir halten an dieser Stelle keine Informationen zurück, weisen aber trotzdem schon einmal darauf hin: Die volle Info-Ladung dürfen Sie in der kommenden PCGH-Ausgabe 01/2022 (EVT: 1. Dezember) erwarten.

DDR5 vs. DDR4: RAM-Konfigurationen im Vergleich

DDR5-6000 (36-36-36-76-112 2T) DDR5-4800 (40-40-40-76-116 2T) DDR4-4400 (19-19-19-46-65 1T) DDR4-3200 (16-18-18-38-56 1T)

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Die RAM-Konfigurationen im Vergleich

Das DDR5-Kit betreiben wir mit folgenden Einstellungen (Takt und tCL-tRCD-tRP-tRAS-tRC CR):

• DDR5-4800 (40-40-40-76-116 2T) - entspricht streng genommen nicht der Intel-Vorgabe (DDR5-4800 ist für 2-DIMM-Mainboards vorgesehen, das offizielle Limit für zwei Single-Rank-Module auf einem 4-DIMM-Mainboard liegt bei DDR5-4400), wird von unserem Setup aber mit Auto-Einstellungen so betrieben und entspricht dem, was die meisten DDR5-Standard-Kits bieten.
• DDR5-6000 (36-36-36-76-112 2T) - entspricht den XMP-Einstellungen (allerdings mit Auto-Subtimings, da Boot-Versuch mit XMP-Subtimings fehlgeschlagen) und ist eine typische DDR5-Overclocking-Konfiguration mit erhöhtem Takt und verschärften Hauptlatenzen.

Das DDR4-Kit tritt in den folgenden Konfigurationen an (Takt und tCL-tRCD-tRP-tRAS-tRC CR):

• DDR4-3200 (16-18-18-38-56 1T) - entspricht der von Alder Lake maximal unterstützten und höchsten JEDEC-konformen DDR4-Taktstufe mit verschärften Timings, die typisch für viele Mittelklasse-Kits sind.
• DDR4-4400 (19-19-19-46-65 1T) - entspricht den XMP-Einstellungen (mit Auto-Subtimings zwecks fairem Direktvergleich) und ist eine typische DDR4-Overclocking-Konfiguration mit erhöhtem Takt und bei dieser Taktfrequenz nur von wenigen Produkten unterbotenen Hauptlatenzen.

In den meisten Fällen läuft der Core i9-12900K technisch bedingt im Gear Mode 2, bei dem der RAM-Controller dem halben RAM-I/O-Takt entspricht. Einzig bei DDR4-3200 ist ein Betrieb im Gear Mode 1 vorgesehen und möglich. Zur Übersicht:

• DDR5-6000: Gear Mode 2 --> RAM-Controller @ 1.500 MHz
• DDR5-4800: Gear Mode 2 --> RAM-Controller @ 1.200 MHz
• DDR5-4400: Gear Mode 2 --> RAM-Controller @ 1.100 MHz
• DDR4-3200: Gear Mode 1 --> RAM-Controller @ 1.600 MHz

Aida64: RAM-Benchmark

Der CPU-Cache- und RAM-Benchmark von Finalwire ist ein synthetischer Test und verfügt in der zum Testzeitpunkt jüngsten Version (v6.50.5806 Beta) über noch keinen Alder-Lake-optimierten Code. Die Ergebnisse wirken aber plausibel und zeigen eines sehr deutlich: Beim Datendurchsatz ist DDR5-6000 gefolgt von DDR5-4800 der klare Sieger. Bei der Latenz ist DDR4 aber konkurrenzfähig und setzt sich mit der DDR4-3200-Konfiguration sogar an die Spitze. Das liegt am schnelleren Gear Mode 1, der bei dieser Taktfrequenz rund 10 Nanosekunden bringen dürfte; selbst ohne diesen CPU-bedingten Vorteil sollte sich die DDR4-3200-Konfiguration aber in diesem Aspekt mühelos vor der DDR5-4800-Option mit zahmen Timings behaupten können.

Aida64: RAM- und CPU-Cache-Benchmark

2× 16 GiByte DDR5-6000 (36-36-36-76-112 2T), RAM-Controller @ 1.500 MHz (Gear Mode 2) 2× 16 GiByte DDR5-4800 (40-40-40-76-116 2T), RAM-Controller @ 1.200 MHz (Gear Mode 2) 2× 16 GiByte DDR4-4400 (19-19-19-46-65 1T), RAM-Controller @ 1.100 MHz (Gear Mode 2) 2× 16 GiByte DDR4-3200 (16-18-18-38-56 1T), RAM-Controller @ 1.600 MHz (Gear Mode 1)

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7-Zip: Datenkomprimierung

Der RAM-Benchmark belohnt in der von uns genutzten Konfiguration mit einem rund 3 GB großen Ordner mit Spieldateien üblicherweise Dual-Rank-Kits sehr stark. Selbst RAM-Sets, die im Aida64-Benchmark weder mit besonders hohem Datendurchsatz noch einer kurzen Zugriffszeit auffallen, setzen sich hier stets deutlich von Single-Rank-Produkten ab. Dementsprechend sollte DDR5-RAM einen großen Vorteil bieten, da wir zwar für beide Speicherstandards Single-Rank-Module verwenden, DDR5-RAM aber wie eingehend erläutert eine bessere Auslastung der Chip-internen Strukturen ermöglicht. Genau dieses Verhalten beobachten wir eindrucksvoll: Beide DDR4-Lösungen liegen eng beisammen, wobei die DDR4-3200-Konfiguration dank Gear Mode 1 sogar 4 Sekunden flotter ist. DDR5-RAM liegt aber uneinholbar in Front und bietet in der OC-Variante eine satte Zeitersparnis von 43 Prozent.

Benchmark: v21.04 beta (x64), 3 GB Daten komprimieren (Archivformat 7z, Ultra-Kompression, LZMA2, Wörterbruchgröße 64 MB, Wortgöße 64, Größe solider Blöcke 4 GB, 36/24 Threads)
System: Core i9-12900K, Asus Maximus Z690 Hero (UEFI 0237) bzw. Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 (UEFI 0404), 2× 16 GiByte DDR5 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS) bzw. 2× 16 GiByte DDR4 (Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL), Zotac Geforce RTX 3090 Trinity; Windows 11, Geforce 496.49

Cyberpunk 2077

Mit Raytracing und in hohen Auflösungen gibt die Grafikkarte die Bildrate vor - selbst mit einer Geforce RTX 3090 wird es mit maximalen Details ohne DLSS schnell unspielbar. Durch den Verzicht auf Raytracing und Nutzung der niedrigen Auflösung 1.280 × 720 umgehen wir das Problem für unsere RAM-Benchmarks. Unsere Testsequenz besteht aus einer 20-sekündigen Motorradfahrt durch die Innenstadt, welche das Streaming-System beansprucht und die Berechnung vieler NPCs erfordert. Beide DDR5-Lösungen liegen in Front, die Unterschiede halten sich aber in Grenzen. Ein hochwertiges, im Gear Mode 1 optimiertes DDR4-Kit (z. B. DDR4-3600/CL14 oder besser) sollte eine mit der DDR5-6000-Lösung vergleichbare Leistung bieten können. Tatsache ist aber auch: Beim DDR5-Kit hätten Tuner ebenfalls Spielraum.

Benchmark: v1.3 (720p, maximale Details ohne Raytracing - Savegame "Little China")
System: Core i9-12900K, Asus Maximus Z690 Hero (UEFI 0237) bzw. Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 (UEFI 0404), 2× 16 GiByte DDR5 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS) bzw. 2× 16 GiByte DDR4 (Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL), Zotac Geforce RTX 3090 Trinity; Windows 11, Geforce 496.49

Cyberpunk 2077 mit Hintergrundlast

Als besondere Herausforderung führen wir parallel zum Spiel das Speichertestprogramm HCI Memtest Pro v7.0 aus und lassen es in vier Instanzen je 1.000 MByte RAM prüfen. Natürlich ist es weder realistisch noch sinnvoll, neben dem Spielen einen kleinen Teil des Arbeitsspeichers auf Stabilität zu testen. Dieses Szenario stellt allerdings einen Härtetest dar, bei dem der Arbeitsspeicher nicht bloß von einem aktuellen Spiel, sondern intensiv von einer weiteren Anwendung genutzt wird. Unser Ziel ist es, dadurch architekturbedingte Unterschiede herauszuarbeiten - und das gelingt in einem sehr hohen Ausmaß! Beide DDR5-Lösungen werden durch den im Hintergrund ausgeführten Speichertest nur mäßig gebremst, der Leistungsrückgang hält sich mit ca. 15 bis 20 Fps in Grenzen. Das DDR4-System leidet deutlich stärker und büßt rund 30-35 Fps ein. Die schnellste DDR5-Konfiguration setzt sich nun um 47 Prozent ab, es ist offensichtlich: DDR5-RAM verkraftet viele parallele Zugriffe erheblich besser als DDR4-Arbeitsspeicher.

Benchmark: v1.3 (720p, maximale Details ohne Raytracing - Savegame "Little China") + 4× HCI Memtest Pro v7.0 je 1.000 MB
System: Core i9-12900K, Asus Maximus Z690 Hero (UEFI 0237) bzw. Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 (UEFI 0404), 2× 16 GiByte DDR5 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS) bzw. 2× 16 GiByte DDR4 (Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL), Zotac Geforce RTX 3090 Trinity; Windows 11, Geforce 496.49

Kingdom Come: Deliverance

Wir führen den Benchmark in 664p durch, da wir (wie bei Cyberpunk 2077) die identischen Einstellungen und Savegames für den CPU-Leistungsindex nutzen. Das Mittelalter-RPG ist nur mäßig mehrkernoptimiert und in Städten wie Rattay mit vielen NPCs CPU- und RAM-limitiert. Bei einer P1-Framerate von rund 40 Fps sind auch ein paar Fps zusätzlich für viele Spieler ein spürbarer Vorteil und nicht bloß theoretischer Natur. Die Leistungsunterschiede sind erstaunlich gering, DDR4 ist keineswegs abgehängt. An der Spitze sitzt zwar erneut das DDR5-6000-Setup, der Vorsprung ist mit rund 7 Prozent aber gering. Mit ein wenig Optimierung könnte das DDR4-System als Sieger hervorgehen. Einen Teilerfolg hat der ältere Speicherstandard ohnehin schon erzielt, denn die DDR5-4800-Konfiguration wird von beiden DDR4-Einstellungen knapp geschlagen. Da dieses Spiel üblicherweise nur schwach von Dual-Rank-Sticks profitiert und die Latenz eine große Rolle spielt, ist die hohe Konkurrenzfähigkeit von DDR4 keine große Überraschung - die gemessen an der Taktfrequenz zahmen Timings bei DDR5-RAM rächen sich hier.

Benchmark: v1.9.6-404-504u (664p, max. Details - Savegame "Rattay Nights")
System: Core i9-12900K, Asus Maximus Z690 Hero (UEFI 0237) bzw. Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 (UEFI 0404), 2× 16 GiByte DDR5 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS) bzw. 2× 16 GiByte DDR4 (Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL), Zotac Geforce RTX 3090 Trinity; Windows 11, Geforce 496.49

Kingdom Come: Deliverance mit Hintergrundlast

Auch beim zweiten geprüften Spiel nutzen wir vier Instanzen des RAM-Testprogramms HCI Memtest Pro v7.0, um neben dem Spiel je 1.000 MByte Speicher zu prüfen. War DDR4-RAM dank flotter Timings zuvor noch auf Augenhöhe mit der neuen Generation, zieht DDR5-RAM unter den verschärften Bedingungen klar davon. Der Leistungseinbruch für die DDR5-Konfigurationen bewegt sich grob im Bereich 10-15 Fps, das DDR5-6000-Setup reißt als einziges nicht die 30-Fps-Hürde. Deutlich stärker leiden die DDR4-Systeme unter der zugriffsintensiven Hintergrundlast. Die Framerate sinkt bei Nutzung der bewährten Technologie um rund 20-25 Fps. DDR5 setzt sich nun deutlich, nämlich um bis zu 37 Prozent ab.

Benchmark: v1.9.6-404-504u (664p, max. Details - Savegame "Rattay Nights") + 4× HCI Memtest Pro v7.0 je 1.000 MB
System: Core i9-12900K, Asus Maximus Z690 Hero (UEFI 0237) bzw. Asus Strix Z690-A Gaming Wifi D4 (UEFI 0404), 2× 16 GiByte DDR5 (G.Skill Trident Z5 RGB F5-6000U3636E16GX2-TZ5RS) bzw. 2× 16 GiByte DDR4 (Crucial Ballistix Max RGB BLM2K16G44C19U4BL), Zotac Geforce RTX 3090 Trinity; Windows 11, Geforce 496.49

Fazit

DDR5-RAM ist nicht nur auf dem Papier die überlegene Speichertechnologie, sondern überzeugt auch in der Praxis. Bei vielen Zugriffen gleichzeitig spielt der neue Speicherstandard seine Stärken aus und lässt DDR4-RAM mühelos hinter sich. Trotzdem harmoniert Alder Lake auch mit DDR4 gut: Im normalen Spielealltag kann ein gut optimiertes DDR4-Setup im Gear Mode 1 nämlich sehr gut mithalten oder ist sogar flotter. Verfügen Sie bereits über ein schnelles DDR4-Kit mit einer zeitgemäßen Kapazität und möchten auf Alder Lake aufrüsten, liegt es nahe, DDR5 zu ignorieren und mit einer späteren Plattform auf den neuen Speicherstandard zu wechseln. Dann sollten die Preise niedriger und die Auswahl größer sein - den bisherigen Ankündigungen zufolge scheint nämlich lediglich G.Skill das Segment DDR5-6000+ zeitnah zu bedienen.

Bei einem Neukauf gilt es abzuwägen: Wie viel Geld sind Ihnen die Vorteile von DDR5-RAM wert und können Sie damit leben, wenn über die kommenden Monate womöglich die DDR5-Preise purzeln während viele jetzt noch gar nicht gelistete Kits mit besseren Eckdaten auf den Markt kommen? Falls Sie jedoch beispielsweise einen Core i9-12900K samt RTX 3090 betreiben möchten, wäre es konsequent, auch zu einem High-End-Board und DDR5-OC-RAM zu greifen. Liebäugeln Sie hingegen eher mit einem kleinerem Modell wie dem i5-12600K und sind aufgrund der exzessiven Grafikkartenpreise finanziell am Anschlag, dann ließe sich beim Arbeitsspeicher leicht sparen ohne auf viel Leistung zu verzichten; der durchschnittliche PC-Spieler bewegt sich bekanntlich nicht immer, aber doch überwiegend im GPU-Limit. Zu einer Pauschalempfehlung lassen wir uns daher nicht hinreißen, hoffen aber, dass dieser Artikel Ihnen dennoch nützliche Einblicke geboten hat. Falls nicht: Wir freuen uns über Ihre Fragen zu DDR5-RAM (siehe Video unten) und Ideen, was Sie im kommenden Print-Artikel lesen möchten.

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Intel Core i9-12900K: RAM-Benchmarks - wo DDR4 gegen DDR5 keine Chance hat Mit Intel Alder Lake debütieren nicht nur eine neue CPU-Architektur und PCI-Express 5.0, sondern auch DDR5-SDRAM. In diesem Artikel zeigen wir auf, wie groß die Leistungsunterschiede zwischen DDR4 und dem Nachfolgestandard ausfallen und unter welchen Umständen DDR5 die Nase ganz klar vorn hat.

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