DDR4 vs DDR5 RAM: Performans Farkı Var mı?

DDR5 bellekler, ilk piyasaya çıktığı dönemde pandemi ve çip krizinin de ekstra katkısıyla birlikte çok yüksek fiyatlarla satılmaya başlamıştı. Sıkıntılı süreç zaman içinde son buldu, artık piyasa normale dönmüş durumda. DDR4 sistem kullanan sayısı halen fazla olsa da, yeni bilgisayar alacak veya toplayacak olan kişiler DDR5 tabanlı sistemlere daha çok yönelmeye başladı.

Bilindiği üzere AMD, Ryzen 7000 Serisi işlemcileri ve uyumlu anakartlarıyla DDR4 RAM desteğine son vermişti. Özetle AM5 soket ile birlikte DDR4 kırmızı takım için geride kaldı. Zen 5 mimarili Ryzen 9000 işlemciler de doğal olarak yeni bellek teknolojileriyle çalışacak.

Intel ise 14. Nesil Raptor Lake Refresh Serisiyle hem DDR4 hem de DDR5 desteği sunuyor. Şöyle bir nokta var, anakart alırken ikisinden birini seçmeniz gerekiyor. CPU’lardaki bellek kontrolcüsü her iki teknolojiye destek sunsa da, anakart tarafında ikisinden birini tercih etmeniz gerek.

Bu kelimeleri kaleme aldığımız sırada durum bu şekildeydi. Ancak Intel de bir sonraki Arrow Lake-S “Core Ultra” işlemci serisiyle birlikte DDR4 uyumluluğu sağlamayacak, sadece DDR5 bellekler kullanılabilecek. Arrow Lake-S masaüstü işlemciler, 800 serisi anakartlarla beraber DDR4 desteğinden yoksun olarak piyasaya sürülecek. Yani açık bir şekilde söyleyebiliriz ki, 2024’ün ikinci yarısıyla birlikte yeni RAM teknolojileri daha hızlı bir şekilde yayılmaya başlayacak. DDR4 kullanımı ise zamanla azalacak.

Halen DDR4 tabanlı bir sistem kullanıyor, DDR5’e geçiş yapmak istiyor olabilirsiniz. Mevcut platformunuzda yükseltme yapmak ile yeni sistem toplama konusu arasında kalmış olabilirsiniz. Bugün iki teknoloji arasındaki farklara, güncel duruma ve performans testlerine bakacağız.

DDR5 ile DDR4 Arasında Ne Fark Var?

DDR5, yaygınlaşma süreci devam eden yeni nesil yüksek hızlı bir bellek standardı. Bu standart, JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council/Ortak Elektron Cihazları Mühendisliği Birliği) tarafından 2018 yılında planlanmış, 14 Temmuz 2020 yılında standart olarak sunulmuştu. Son teknolojiden faydalanan bellekler güç verimliliği ve bant genişliğini iki katına çıkarırken, birtakım tasarımsal zorlukları da beraberinde getiriyor.

Birçok sistem yöneticisi, sunucu tasarımcısı ve ev kullanıcısı DDR4 ile DDR5 arasındaki farkın yanı sıra bu yeni belleklerden en verimli nasıl faydalanabileceklerini merak ediyor. RAM dediğimizde akla ilk gelen şey hız, yani frekanstır. Aşağıdaki tablodan da görebileceğiniz gibi, yeni standart ile birlikte MHz değerleri katlanarak artıyor. Ayrıca bir modül ile sunulabilecek kapasite de önemli ölçüde arttı.

DDR5 ile neredeyse iki kat daha fazla bant genişliğine ulaşabiliyoruz. Bununla birlikte, DDR4’e göre 4 kat daha fazla boyutta bellekler üretilebilecek. Bellek modülü başına kanal sayısı da 1’den 2’ye çıkarıldı.

Ancak bu noktada değinmemiz gereken bir konu var. İlk DDR5 RAM’ler 4800 MHz frekansla birlikte gönderiliyordu, DDR4 ile aradaki fark fazla açık değil. Aradan geçen sürede artık bellekler kutudan çıktığı haliyle 8000 MHz düzeylerine (AMD EXPO ve Intel XMP ile) erişebiliyor. Bir diğer noktaya gelince, yeni standart ürünlerin gecikme değerleri DDR4’e kıyasla daha yüksek. Yine frekanslar gibi, zaman geçtikçe piyasaya gecikme değerleri düşük modeller çıkmaya başladı.

DDR5 birçok vaatle birlikte geldi, ancak bunların en önemlisi yüksek çekirdeğe sahip işlemcileri besleyebilecek daha yüksek bant genişliği seviyesi. Günümüzün modern çipleri ana akım bilgisayarlar için 16 çekirdeğe kadar ulaşabildiğinden bellek bant genişliği giderek daha önemli hale geldi. İlk zamanlarda DDR5’in fazla bir albenisi yoktu, ancak zaman içinde senaryo değişti. Aynı şeyler daha önceki dönemlerde de yaşanmıştı. Örneğin, ilk nesil DDR4 bellekler o zamanların en iyi DDR3 ürünleriyle rekabet edemedi.

DDR5 bellek standardıyla daha yoğun depolama birimleri kullanmak mümkün. DDR4 16 gigabit bellek yongalarında takılı kaldı, DDR5 ile 64 gigabit bellek yongaları kullanılabiliyor. DDR5 ayrıca bir çip üzerinde sekiz adede kadar kalıp istifleme imkanı da sunuyor. Yani DDR5 modül başına 2 TB’a kadar çıkabilecek.

Resmi JEDEC özelliklerine bakacak olursak, DDR4 veri hızları DDR4-1600’den DDR4-3200’e kadar uzanmakta. Söylediğimiz gibi, DDR5 ile 4800 MHz’den başladık ve ucu açık. Aslına bakarsanız resmiyette DDR5-3200’e kadar düşük veri hızları belirlendi. Ancak DDR5 ürünlerinin hepsi en az DDR5-4800 hızlarında geliyor. DDR4 döneminin başlangıcına döndüğümüzde, DDR4-1600 bellekler hiçbir zaman ortaya çıkmadı. Bunun yerine DDR4-2133, DDR4’ün temelini oluşturdu. DDR5 de benzer bir model izlemekte.

DDR3’ten DDR4’e son geçişin aksine, DDR5’in selefinden daha fazla pin kullanmıyor. 288 pin düzeni korunuyor lakin pin çıkışları faklı. Sonuç olarak, çentiğin konumu değişti ve DDR4 yuvalara takmak mümkün değil. Yeni teknolojideki gerçek oyun değiştirici değişiklikler mimari düzeyde.

DDR4 bellek modüllerinde tek bir 64 bit kanal bulunmakta (ECC’yi hesaba katarsanız 72 bit). Buna karşılık, DDR5 bellek modülleri iki bağımsız 32 bit kanalla (ECC ile 40 bit) donatıldı. JEDEC ayrıca patlama uzunluğunu iki katına çıkararak sekiz bayttan (BL8) 16 bayta (BL16) çıkardı. Bu yükseltmeler verimliliği artırmakta ve veri erişim gecikmesini azaltıyor. Çift DIMM kurulumunda bu dönüşüm, DDR5’i DDR4’teki geleneksel 2 x 64 bit yapılandırma yerine 4 x 32 bit yapılandırmaya dönüştürmekte.

Teknoloji söz konusu olduğunda daha iyi güç verimliliği için sürekli çaba sarf ediliyor. DDR4’ün 1,2V’luk standart çalışma voltajına kıyasla, DDR5 1,1V’luk çalışma voltajına sahip. Ancak 1,1V ile uyumlu bulabileceğiniz bellek kitleri doğrudan JEDEC’in zamanlamalarıyla uyumlu Örneğin DDR4 için standart çalışma voltajı 1,2V olsa bile, hız aşırtmalı bellek kitleri veya daha sıkı zamanlamalara sahip daha yüksek pinli bellek kitleri voltaj konusunda daha fazlasını tüketiyor. Tıpkı DDR4’ün 1,6V’ta DDR4-5000’e kadar yükseldiğini gördüğümüz gibi, DDR5 tarafında da muhtemelen yüksek voltaj değerleri göreceğiz. Bir başka örnek olarak, DDR5-6800 bellekler 1,35V seviyelerinde geziniyor.

DDR5 voltaj düzenlemesi bakımından da radikal bir değişiklikle geliyor. Yeni RAM’ler bellek modülleri bir güç yönetim IC’sine (PMIC) sahip olduğu için voltaj düzenlemesinden artık anakart sorumlu değil (Sunucu sınıfı DIMM’lerde 12V ve standart DIMM’lerde 5V).

PMIC, anakarttan gelen 5V girişi alıyor ve VDD (1,1V), VDDQ (1,1) ve VPP’den (1,8V) oluşan gerilim kanalları için kullanılabilir gerilimlere dönüştürmeye yarıyor. PMIC dediğimiz voltaj regülasyonunu ve sinyal bütünlüğünü iyileştirmeye, gürültüyü azaltmaya yardımcı olan bir çip. Ancak bu değişiklik iki ucu keskin bir kılıç. DDR5 bellek modülündeki voltaj regülatörü, anakart maliyetini ve tasarım karmaşıklığını azaltmaya yardımcı oluyor. Diğer tarafta ise RAM’lerin maliyeti artıyor. Ayrıca DDR5 bellek üretmek isteyen şirketler PMIC yongalarına bağımlı hale geldi.

DDR5 ve 6.4 Gbps

DDR4 standardı günümüzde halen kullanılabilir olsa da genel itibariyle bazı durumlarda size yeterli bant genişliği sağlayamıyor. DDR5 ise bu eksikliği büyük ölçüde giderecek olan teknoloji. DDR4 DIMM’ler (bellek modülü) 1.6 GHz (gigahertz) hızında en fazla 3.2 Gbps verebilirken, ilk DDR5 bellek modülleri 4.8 Gbps’ye kadar bant genişliği sağlıyor. Bu yaklaşık %50 daha fazla bant genişliği anlamına geliyor. Ayrıca DDR5 bellekler DDR4 DRAM’in sunduğu veri hızının yaklaşık iki katına çıkararak 6.4 Gbps gibi hızlara ulaşabiliyor.

Bütün bunların yanı sıra Decision Feedback Equalization/Sonuç Geribildirim Eşitleme gibi özellikler de daha yüksek giriş çıkış hızları sunulan DDR5 belleklere de dahil ediliyor.

Daha Düşük Voltaj, Daha Düşük Güç Tüketimi

DDR5 belleklerle birlikte gelecek ikinci büyük değişiklik ise çalışma voltajı olarak tabir ettiğimiz VDD’de yaşanacak azalma. Özetle DDR5 bellekler daha düşük güç tüketmekte. Yeni standart ile birlikte DRAM’lerde arabellek çipi kayıt saati sürücüsü (RCD) ve veri arabelleği (DB) bileşenlerine ait voltaj değerleri 1.2’den 1.1’e düşecek. Daha düşük VDD değerleri ise bellek tasarımı yapacak mühendislerin daha küçük gürültü bağışıklığı marjını göz önüne almasını gerektirecek.

DDR5 için Yeni Güç Mimarisi

DDR5 ile bellek modüllerinde güç mimarisi bakımından da değişikliğe gidildi. DDR4 ve daha önceki DIMM bellek modüllerinde güç yönetimini anakart yaparken, DDR5 bellek modülleriyle güç yönetimi DIMM modülün kendisinde yapılmaya başlanıldı.

Ayrıca DDR5 DIMM’lerde sisteme ait güç beslemesi hakkında daha iyi ayrıntı sağlayan, PMIC (Power Management Integrated Circuit) olarak bilinen 12V güç yönetimi çipi bulunuyor. PMIC yardımıyla 1.1 VDD dağıtılıyor ve daha iyi bir şekilde DIMM kontrolü sağlanarak sinyal bütünlüğü (signal integrity) ile gürültü (noisy) seviyesi dengeleniyor.

DDR5 ve DDR4 Bellek Kanal Mimarisi

DDR5 ile birçok alanda değişiklikler yapıldığını söylemiştik. Bu değişikliklerden biri de kanal mimarisinde gerçekleşti. Bildiğiniz gibi DDR4 bellek modülleri 64 veri biti ve 8 adet ECC (Error Correction Code) bitinden oluşan 72 bitlik bir veri yoluna sahip.

DDR5 ile beraber her bir DIMM modülünün iki adet 40 bitlik kanalı olacak. Bu 40 bitlik kanalların her biri 32 adet veri bitinden ve 8 ECC bitinden oluşuyor. Veri genişliği aynı olsa da (toplamda 64 bit), daha küçük iki bağımsız kanala sahip olmak bellek erişim verimliliğini artırıyor. Bundan yola çıkarak DDR5’in sadece hız artışından ibaret olmadığını, aynı zamanda verimlilik anlamında da yüksek MT/s ile beraber daha iyi olacağını söyleyebiliriz.

DDR5 DIMM bellek mimarisinde her biri bağımsız bir 40 bitlik geniş kanal tarafından hizmet edilen modülün sol ve sağ tarafı RCD’yi (Register Clock Driver) paylaşıyor. DDR4’te RCD, her tarafta iki çıkış saati sağlarken DDR5’te ise, her tarafta dört çıkış saati sağlanıyor. X4 DRAM’li en yüksek yoğunluklu DIMM’lerde bu, her 5 DRAM grubunun (tek sıra, yarım kanal) kendi bağımsız saatini almasına izin veriyor. Böylece her sıraya ve yarım kanala (half-channel) verilen bağımsız saatler sinyal bütünlüğünü iyileştiriyor ve VDD’yi düşürünce ortaya çıkan daha düşük gürültü marjı sorununu gidermeye yardımcı oluyor.

Veri Bloğu Uzunluğunun Artışı

DDR5 ile yaşanan beşinci önemli değişiklik ise bellek modüllerinin veri bloğu uzunluğundaki (burst length) farklılık. DDR5 ile veri kesimi (burst chop) ve veri bloğu uzunluğu, burst yükünü artırmak için sekiz ve on altıya çıkarılıyor. Onaltılık burst uzunlukları (BL16), tek bir burst yardımıyla tipik CPU önebllek boyutu olan 64 bayt veriye erişme imkanı tanıyor. Bu, belleklerde bulunan iki bağımsız kanaldan yalnızca biri kullanılarak yapılabiliyor. Nihayetinde ise eşzamanlı çalışmada önemli bir gelişme ve iki kanal ile daha fazla bellek verimliliği sağlanıyor.

Daha Yüksek Kapasite

Belki de en önemli ve dikkat çeken değişikliklerden biri DDR5’in daha yüksek kapasiteli DRAM çiplerini desteklemesi. DDR5 ile beraber tek bir RAM çipi üzerinde 64 Gb, yani 8 GB yer alabilecek. Bu da tek modülde 512 GB kapasite sunabilen belleklerin yolunu açıyor.  İki modül ile 1 TB, 4 modül ile 2 TB kapasiteye ulaşmak işten bile değil. DDR4 ise tek bir çipte (SDP) maksimum 16 Gb DRAM destekliyor.

Bilgisayarların kapasitelerinin ve işlem yeteneklerinin her geçen gün artmasını göz önüne alacak olursak, neredeyse 16 GB bellekler bile yetmemeye başladı. DDR4 DIMM’ler SDP kullanarak 64 GB’a kadar kapasiteler sunabilirken DDR5 SDP tabanlı DIMM modülleri bunu sekiz katına çıkararak 512 GB’a kadar destek sağlıyor.

Yüksek Kapasite, Yüksek Hız

İyi haber şu ki, DDR5 bellek arabirim yongaları ana bellek denetleyicisinden DIMM’lere gönderilen komut ve adres sinyalleri için sinyal bütünlüğünü iyileştiriyor. İki kanalın her biri için veri yolu RCD’ye gidiyor ve ardından DIMM’in iki yarısına yayılıyor. RCD, ana bellek denetleyicisinin gördüğü CA veri yolu üzerindeki yüklemeyi etkili bir şekilde azaltıyor.

DDR5 veri arabelleği yongaları, veri yolu üzerindeki efektif yükü azaltarak gecikmeyi olumsuz etkilemeden DIMM üzerinde daha yüksek kapasiteli DRAM modüllerinin çalışmasını mümkün kılıyor.

On-Die ECC (ODECC)

Standart ECC’den farklı olan ODECC, öncelikle gelişmiş üretim teknolojilerinde verimliliği artırmayı amaçlıyor ve böylelikle daha ucuz DRAM yongalar üretilebiliyor. On-die ECC, yalnızca yenilemeler sırasında bir hücrede veya satırda meydana gelen hataları algılamakta. Veriler hücreden önbelleğe veya CPU’ya taşındığında, bir bit kayması veya veri bozulması varsa bu durum on-die ECC tarafından düzeltilmiyor. Standart ECC ise hücre içindeki ve başka bir cihaza taşınırken yaşanacak veri bozulmalarını düzeltme yeteneğine sahip.

DDR5, verimliliği artırmak ve bellek kontrolcüsü için veri erişimi gecikmelerini azaltmak için bellek modülünü iki bağımsız 32 bit adreslenebilir alt kanala bölmekte. DDR5 modülünün veri genişliği 64 bit, yani aynı. Ancak bu veri yolu 32 bitlik iki adreslenebilir kanala bölündüğünde genel performans artıyor. Sunucu sınıfı bellekler (RDIMM’ler), ECC desteği için her alt kanala 8 bit eklenerek alt kanal başına toplam 40 bit veya sıra başına 80 bit veri yolu sağlıyor. Çift sıralı modüller dört adet 32 bit alt kanala sahip.

On-die ECC, DRAM çipindeki bit hatalarını düzeltmek için tasarlanmış yeni bir özellik. CPU ve GPU’larda olduğu gibi, RAM’lerin üretiminde kullanılan üretim teknolojileri de gelişiyor. Yeni litografi teknikleriyle DRAM yongaların yoğunluğu arttıkça veri sızıntılarının potansiyeli de artıyor. DDR5 yongalarına entegre olan ECC ise çip içindeki hataları düzeltiyor, güvenilirliği artırıyor ve kusur oranlarını en aza indirirken riski azaltıyor.

Bu teknoloji, çip dışındaki hataları veya modül ile CPU içinde yer alan bellek kontrolcüsü arasındaki veri yolunda meydana gelen hataları düzeltme kabiliyetine sahip değil. Sunucular ve iş istasyonlarında kullanılan ECC özellikli işlemciler, tek veya çok bitli hataları anında düzeltebilen kodlama özelliğine sahip.