MEMÓRIAS: Frequências mais altas, latências menores, quanto importa?

Pensando em comprar um computador ou fazer upgrade no seu sistema, mas está em dúvidas sobre qual memórias comprar? É melhor optar por memórias com frequências mais altas, ou uma frequência de memória intermediária e timings mais baixos? São escolhas difíceis, mas esse artigo com dezenas de testes em diferentes cenários poderá ajudar na sua escolha. Fizemos testes com vários kits de memórias diferentes, além de colocar essas mesmas memórias em sistemas com processadores diferentes, buscando mostrar a real diferença que diferentes kits de memórias DDR4 podem gerar no desempenho do computador

Além da frequência e dos timings, não podemos esquecer que quantidade de memória DDR, e se elas trabalham sozinhas (single channel) ou combinadas (dual channel, triple channel e quad channel), pode mudar o desempenho do computador em alguns cenários. Já temos alguns artigos falando sobre diferentes cenários de configuração com memórias, como esse com módulos de diferentes marcas combinados, e esse com testes em single channel e dual channel.

Lembramos que o objetivo desse artigo é ajudar a entender o quanto detalhes nas especificações de memórias DDR3 e DDR4 importam, e o que você deve buscar em suas memórias quando estiver montando uma máquina. E claro, pra entender melhor os efeitos que cada memória causa no seu sistema, preparem-se pois vamos soterrar vocês em testes!

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Frequências, timmings e outros detalhes técnicos

Vamos analisar aqui a diferença que memórias com especificações diversas fazem para a performance de um computador para diferentes usos e perfis de hardware. Para isso vamos precisar descrever rapidamente os critérios que estamos comparando, para entender melhor o que representam.

A frequência é, depois da capacidade, o critério que muitos ficam de olho quando estão comprando a memória. Ele é muito semelhante ao que já estamos acostumados quando o assunto é processador e placas de vídeo: ele indica quantas vezes por segundo a memória irá realizar seu ciclo de operações. Mais é melhor, mas assim como em processadores e placas de vídeo, mais ciclos esquentam mais, consomem mais energia e também são mais difíceis de manter em funcionamento estável.

O próximo critério que vamos investigar é um pouco mais obscuro, e que as vezes vocês ouvem descrito como “CL” ou timming. Ou também são conhecidos como a sequência de números que parece tão aleatórios quanto o código de barras do produto.

Esses números indicam atrasos para iniciar ações, cada um determinando um tipo de operação. Em geral a gente usa de referência o primeiro número, o Column Access Strobe Latency, ou CL, como a gente acaba simplificando. Esse é o primeiro número indica a latência de comunicação para acessar uma coluna de dados no grid que forma o armazenamento. Aqui as coisas funcionam ao contrário do que frequências: quanto mais baixo, melhor, porque leva menos tempo para a comunicação acontecer.

Cada um dos outros números indicam as latências para outras coisas, algo que eu não pretendo me aprofundar aqui. Quem estiver interessando, o Peperaio tem um excelente vídeo com esse tópico. o que importa aqui é que normalmente o primeiro timming, o CL, já serve de indicativo de latências baixas, porque se o primeiro é baixo, o restante costuma acompanhar essa tendência.

E é aí que muitas vezes a dúvida surge: o quanto vale a pena gastar mais por uma memória com frequência mais alta, ou timmings mais baixos? Quanto da performance muda? E o que importa mais, frequências, timmings ou os dois? Pra isso vamos precisar de testes!

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Memórias utilizadas

Utilizamos ao todo quatro kits de memórias diferentes, listadas abaixo com algumas especificações e fotos.

HyperX Predator RGB 16GB (2x8GB) 4600MHz – Site oficial
Esse é o kit topo de linha dos testes, o kit com frequência mais alta que temos por aqui. Vale destacar que, frequência e timing andam juntos, ou seja, um kit com frequência alta tende a ter timing mais altos também, apesar da busca ideal ser kits com frequências altas e timing baixos. No caso desse kit, quando rodando em 4600MHz ele trabalha com CL19.

G.Skill Trident Z RGB 16GB (2x8GB) 3200MHz – Site oficial
Esse kit da G.skill utilizamos muito em nossas bancadas, já que possui a frequência de 3200MHz, o máximo por enquanto em todos os CPUs com suporte a memórias DDR4, mas que traz um timing muito baixo, CL14, alias, o mais baixo do mercado para essa frequência quando se trata de timing nativo do kit.

T-Force Vulkan 16GB (2x8GB) 2666MHz – Site oficial
Aqui temos um kit com ótimo custo benefício e frequência de 2666MHz, intermediária entre os 2133MHz e 3200MHz dos CPUs com suporte a memórias DDR4. O kit utilizado é da linha Vulkan e tem CL18 como timing.

HyperX Fury 8GB (4x4GB) 2400MHz – Site oficial
Por fim o kit da linha Fury da HyperX, o modelo com frequência mais baixa que utilizamos em nossos testes, 2400MHz, com CL15. É um bom kit e que tem como diferencial carregar automaticamente o perfil XMP sem necessidade de entrar e definir o perfil dentro da BIOS da mainboard. Esse foi o único kit que tivemos que colocar 4 módulos para alcançar os 16GB, já que os mesmos eram de 4GB.

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Sistema utilizado

Para investigar a influência das memórias em um sistema foi preciso ir longe nos testes. Diferentes componentes tem diferentes interações com as memórias, então foi preciso rodar os benchmarks com diferentes processadores, tanto em marcas quanto em performance. Por isso sacamos modelos de alto desempenho e também modelos de entrada, tanto de Intel quanto AMD.

Sistemas utilizados nos testes:

AMD
– Processador: Ryzen 9 5900X e Ryzen 3 3100
– Placa-mãe: Gigabyte X570 AORUS Xtreme [site oficial]
– Placa de vídeo: NVIDIA GeForce RTX 3080 [análise]
– SSD: Kingston KC600 250GB + 2TB Sata 6Gb/s [site oficial]
– Cooler: Noctua NH-U12S [site oficial]
– Fonte de energia (PSU): CoolerMaster V850 Gold [site oficial]

Intel
– Processador: Core i9-10900K e Core i3-10100F
– Placa-mãe: Gigabyte Z490 AORUS Xtreme [site oficial]
– Placa de vídeo: NVIDIA GeForce RTX 3080 [análise]
– SSD: Kingston KC600 250GB + 2TB Sata 6Gb/s [site oficial]
– Cooler: Noctua NH-U12S [site oficial]
– Fonte de energia (PSU): CoolerMaster V850 Gold [site oficial]

Sistema Operacional e Drivers:
– Windows 10 64 Bits com Updates

Aplicativos/Games:
– Blender
– 3DMark FireStrike (DX11)
– CS GO (DX11)
– Rainbow Six Siege (DX11)

BIOS + XMP
Abaixo as telas da BIOS de uma das placas-mãe da Gigabyte, mostrando onde foi necessário mexer para aplicar o perfil XMP, como também para mudar o CL no caso dos testes com essa configuração. Vale destacar que ambas possuem a mesma interface, mas pode variar dependendo o modelo, mesmo sendo da própria empresa. Se for uma placa de outro fabricante, naturalmente a interface será outra, porém na prática com os mesmos resultados.

Você precisa definir na BIOS o XMP com a velocidade máxima do kit de memórias que possui, caso contrario ele pode trabalhar abaixo do que poderia

XMP Easy Mode e Advanced Mode

Acima imagens das telas para mudanças manuais dos timings

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Frequência de 2400MHz até 4600MHz

Nessa etapa dos testes colocamos o mesmo kit de memórias, modelo HyperX Predator RGB de 32GB (2x16GB) com frequência de até 4600MHz, trabalhando em várias frequências diferentes. Os timmings foram mantidos os mesmos, isolando dessa forma a frequência como sendo o único elemento que variou entre os testes.

Core i9-10900K
Começamos os testes com um processador Intel Core i9-10900K, modelo com 10 núcleos e 20 threads, o topo de linha da 10ª geração Core.

Enquanto renderização 3D com o Blender deu sinal que esses ciclos de processamento não sentem tanto o impacto da mudança nas frequências, o 3DMark conseguiu ganhos de 7%, o Counter Strike 5% e o Rainbow Six Siege teve um gigantesco salto de 18% se comparamos as memórias operando em 2400MHz versus os 4600MHz.

Ryzen 9 5900X
Agora é a vez de ver como um CPU de alto desempenho da AMD se comporta, e para isso utilizamos o modelo Ryzen 9 5900X com seus 12 núcleos e 24 threads. Além da contagem de núcleos maior, a arquitetura Zen mais recente conta com grandes quantidades de cache, o que muda a influência das memórias na performance do sistema.

Diferente da Intel Core, os AMD Ryzen da série 5000 parecem sofrer muito menos influência da variação da frequência das memórias. Mesmo no cenário mais extremo, da frequência mais alta para a mais baixa não conseguimos nem 5% de variação ao longo dos testes. Mesmo existindo uma influência detectável, ela fica muito longe de ser relevante, especialmente comparado com o que aconteceu com o 10900K.

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Timmings diferentes

Na segunda rodada de testes isolamos desta vez os timmings, então entra em ação o nosso kit mais rápido nesse aspecto, as memórias G.SKILL Trident-Z, com timmings de 14-14-14-34 e a frequência de 3200MHz. Mais uma vez mantivemos todo o resto do setup igual, mas reduzimos os timmins progressivamente para 16-16-16-36, 18-18-18-38, 20-20-20-40, 22-22-22-48 e 24-24-24-52.

Core i9-10900K
Novamente investigamos a influência dessa mudança em duas arquiteturas diferentes, começando pelo modelo topo de linha Core da 10ª geração:

Com os timmings mais eficientes, novamente temos um ganho perceptível no Intel Core, apesar de mais modesto. Em Blender e 3DMark a diferença foi baixa, mas CSGO e R6 Siege variaram acima dos 5% na performance, dos timmings mais altos para os mais baixos e eficientes.

Ryzen 9 5900X
Novamente colocamos a plataforma high-end da AMD, para ver como o Zen3 se sai quando mudamos os timmings de memória disponíveis:

E mais uma vez a plataforma AMD se mostrou pouco impactada pela variação na memória, mostrando como o grande cache presente nesses processadores acaba mantendo a performance em níveis semelhates independente da eficiência do kit de memórias.

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Kits diferentes

Mas os kits de memória no mercado não seguem uma lógica de frequências que sobem e timmings que descem, apenas. Como é mais difícil ter frequências mais elevadas e timmings muito baixos ao mesmo tempo, o que existe é um equilíbrio entre esses dois fatores, com módulos com frequências extremas não entregando timmings muito baixos, e ao mesmo tempo os timmings mais baixos estão nas memórias de frequência intermediária. Já kits mais baratos vão trazer uma mescla entre tempos e clocks mais alto ou baixos.

Para ver esses dois fatores atuando ao mesmo tempo, colocamos nossos kits com seu perfil XMP habilitado, criando uma grande variação de timmings e frequências influenciando no desempenho, ao mesmo tempo.

Nesse cenário de uso mais realista também colocamos mais processadores na mistura. Agora entram modelos de entrada como o Core i3-10100F e Ryzen 3 3100.

Core i3-10100

O Core i3 tira muito benefício das memórias mais rápidas, especialmente nos games de altas taxas de quadros, com ganhos acima dos 15%. O 3DMark foi mais discreto, com um ganho de singelos 3% no máximo, indicando que não é todo cenário que o impacto será perceptível.

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Ryzen 3 3100

Apesar do impacto ser menor que o presente no Core i3, o ganho é mais perceptível que o medido nos nossos testes com Zen3. Há vários motivos aqui: apesar do Zen2 também ter muito cache, ele ainda usa múltiplos CCX, dependendo da memória RAM para o Infinity Fabric. Em games competitivos, o ganho é superior a 10%, com novamente o impacto sendo mais restrito em testes menos “CPU bound” como é o 3DMark.

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Core i9-10900K

O Intel Core i9 apresenta um comportamento próximo ao do Core i3, mas com ganhos levemente mais modestos. O 3DMark conseguiu aumentar seu desempenho em 5% com as memórias de alta frequência, subindo para 6% no CSGO e chegando a respeitáveis 15% em Rainbow Six Siege.

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Ryzen 9 5900X

Mais uma vez a arquitetura Zen3 mostra que não sofre impacto na performance independente da frequência e timmings da memória, variando irrelevantes

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2400MHz vs 4600MHz

Para dimensionar o ganho de performance, montamos um último gráfico. Nele colocamos juntos a nossa memória mais rápida, a HyperX Predator de 4600MHz, versus a mais modesta HyperX Fury de 2400MHz.

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Conclusão

Depois de uma enxurrada de testes, temos a segurança de dizer que memórias fazem diferença na performance, mas ao mesmo tempo seu impacto é limitado. Nos melhores cenários, ultrapassamos os 10 ou até 15% de performance, mas isso é algo longe de povoar todos os testes e aplicações possíveis.

As memórias se mostraram cruciais em situações que demandam baixíssimas latências do sistema como um todo, com o cenário de games competitivos em alta taxa de quadro sendo o que mais claramente ganha performance. Aplicações profissionais como o Blender sofreram pouca influência ao longo dos testes, e mesmo alguns games não vão ser tão impactados, especialmente se o limitador da performance do sistema for a placa de vídeo.

Também ficou evidente que não é toda arquitetura que irá “reagir” a memórias mais eficientes. A AMD vem desvinculando ao máximo seus CPUs da memória RAM, contornando as deficiências das primeiras gerações Zen, fazendo com que os Zen3 sejam muito pouco impactados pela mudança das memórias. Mas, ao longo do teste, tanto Intel Core quanto AMD Ryzen (exceto série 5000) mostraram ter se beneficiado de memórias melhores.

Outro ponto muito importante que o consumidor precisa levar em conta é o custo e estabilidade de kits mais rápidos. Memórias RAMs de altíssima performance precisam ser binadas – processo que seleciona só os melhores componentes – para entregarem nível tão alto de funcionamento de forma estável, o que encarece em muito o produto. E mesmo comprando uma memória melhor, há sempre o risco de seu sistema não ficar estável, especialmente se está operando muito acima do limite da garantia da fabricante. Se você olhou com cuidado os testes, deve ter reparado que não conseguimos os 4600MHz da memória da HyperX no Core i3, que só deu boot em 4000MHz.

Por isso as memórias mais extremas são recomendadas apenas para entusiastas. O ganho de desempenho é marginal, e a dificuldade de colocar o sistema operando é uma progressão exponencial na medida que você vai mais longe. Para quem quer o limite da tecnologia – e uns pontinhos a mais no benchmark – ela viabiliza novos patamares, mas com todas essas dificuldades “à reboque”.

O caminho do meio é ideial: gastar muito em memórias só faz sentido em máquinas para performance máxima e entusiastas, mas vale a pena gastar um pouquinho mais se a diferença não for grande

Por fim, o saldo é simples: memórias fazem diferença, mas não tanta. Você deve usar o bom-senso: as vezes o custo por um kit mais rápido, e operando dentro da garantia da fabricante, é marginalmente superior ao custo de uma memória mais lenta. Considerando que seu orçamento pode quase não ser impactado, vale a pena ficar de olho nessa oportunidade de melhorar o desempenho de seu sistema, especialmente se for um gamer de olho naquele gameplay competitivo em um monitor de 144Hz ou superior.