Todo sobre la memoria RAM DDR3


nemorias_ramEn cualquier sistema informático actual basado en microprocesador, la forma de trabajar es esencialmente la misma y está basada en el modelo de John von Neumann, donde tanto los datos como los programas se almacenan en la misma memoria.

 

El procesador tiene que tomar los datos y las instrucciones de ella para poder funcionar. Ahora bien, a las velocidades a las que trabaja éste, la memoria de la cual toma los datos y las instrucciones tiene que ser ultrarrápida. O, lo que es lo mismo, ultracara. Por este motivo, se han creado distintos niveles jerárquicos de memoria.

La más rápida y cercana al procesador es la caché, con niveles 1, 2 y hasta 3. La L1 es ultrarrápida y muy cara, y por eso no pasa de unas decenas de Kbytes. En Sandy Bridge es de 64 Kbytes dividida en 32 Kbytes para datos y 32 para instrucciones. La caché de nivel dos, L2, ya pasa a ser de más de 100 Kbytes, con hasta 256 o 512 Kbytes. La de nivel 3 o L3 se desenvuelve con varios «megas», de hasta 16 Mbytes. Estos tres niveles están integrados en el procesador, mientras que el siguiente, la RAM, está fuera, en forma de módulos de memoria.

Memoria RAM DDR3 Defecto

Y, por último, la memoria más barata, pero la más lenta también, se corresponde con los discos duros, unidades ópticas y memoria Flash. Estos sistemas son solo un soporte para cargar datos en la RAM. Y es que desde un disco duro no se puede ejecutar nada directamente; solo cargar en RAM.

El procesador busca primero en sus registros, luego en la caché L1, luego en la L2, la L3 y, por último, en la RAM. Todo lo que sea tener que ir a por un dato en la memoria supone ralentizar la operación, tanto más cuanto más arriba esté el dato en la jerarquía de memoria.

Predicción y arquitectura

Por suerte, los sistemas implementados en la CPU permiten adivinar con bastante precisión qué instrucciones se irán ejecutando en un programa, de modo que se pueden precargar en la caché, y solo cuando se equivoca, se necesita invertir más ciclos de reloj en la lectura de la memoria RAM. La eficacia de la arquitectura define en gran medida como funciona este sistema, tanto en Intel como AMD o ARM.

Lo que sí hay que tener en cuenta es que la velocidad de la RAM no es tan crucial como se podría pensar en un principio para caracterizar el rendimiento de un sistema. Al menos en general. Los accesos a la RAM serán programados con antelación y no supondrán, en general, un cuello de botella.

Memoria RAM DDR3 Defecto 2

Lo que importa cada vez más es la cantidad de RAM instalada. La mayor penalización proviene de tener que cargar datos desde el disco duro hasta la memoria RAM. Y cuanta menos memoria, más intercambios tendremos que hacer. Pongamos por caso que hay solo 2 Gbytes de RAM en el sistema y 10 aplicaciones abiertas, y cada una consume 1 Gbyte de memoria entre datos y programas. En algún momento habrá que acudir al disco en busca de los «gigas» restantes. Sin embargo, si el sistema tuviese 16 Gbytes, no habría necesidad de cargar y descargar datos desde y hacia los discos duros.

El estado de la memoria

A día de hoy, la memoria por antonomasia es la DDR3. Tras una transición larga, propiciada también por la integración de controladores de memoria en los procesadores, DDR2 se ha quedado solo para equipos antiguos, mientras que DDR3 ha ido extendiéndose tanto en portátiles como en equipos de sobremesa y netbooks. La bajada de los precios ha sido notable también, con gangas de hasta 10 euros por Gbyte, o menos.

Para velocidades extremas de memoria se pueden alcanzar hasta 60 euros por Gbyte, paramemorias DDR3-2.300. Éstas se sitúan como soluciones en el extremo del rendimiento para profesionales del overclocking. Lo habitual será trabajar en velocidades entre DDR3-1.333 yDDR3-2.000. Lo que está claro es que hoy en día tener 8 Gbytes de RAM no es un lujo, ni siquiera en portátiles, donde 4 Gbytes en un módulo SODIMM 1.333 cuestan en torno a los 30 euros.

Pero estas diferencias en precios no se ven justificadas por las pruebas de rendimiento, al menos para la inmensa mayoría de los usuarios. De hecho, es posible encontrar precios de menos de 7 euros por gigabyte. Como curiosidad, para discos SSD el precio por Gbyte está en torno a los 2 euros.

Los módulos ultrarrápidos

La mayor y más evidente utilidad de los módulos de memoria con velocidades por encima deDDR3-2.000 es, sobre todo, que los overclockers puedan jugar con mayores velocidades de reloj sin miedo a que un aumento por encima de los valores nominales para el bus del sistema suponga llevar al reloj de la memoria por encima de los valores estándar.

De este modo, la estabilidad del equipo estará asegurada hasta valores de 2.300 MHz. Es cierto que el ancho de banda disponible desde un punto de vista teórico aumenta con cada incremento de frecuencia, pero en la práctica este incremento no se corresponde con la magnitud del aumento de rendimiento en aplicaciones.

Memoria RAM DDR3 Defecto 3

Y teniendo en cuenta que el precio de los módulos se multiplica hasta por más de tres para los de alta velocidad, es preciso plantearse con cuidado la inversión a la ligera en los módulos más veloces. En este informe os mostramos algunos resultados de rendimiento con diferentes velocidades para los módulos, de modo que podáis ponderar si merece la pena o no pagar más.

Cantidad vs velocidad

Lo que más importa cuando se habla de RAM es la cantidad. En este apartado, cuanta más cantidad, en general, mejor. No tanto por rendimiento bruto, sino por la mejora general en escenarios multitarea. Además, si tienes suficiente cantidad de RAM, puedes crear discos virtuales en memoria para usarlos como discos para intercambio, o como disco temporal para el sistema.

Incluso puedes configurar máquinas virtuales de Windows XP o Linux en ese disco RAM, con rendimientos espectaculares. O como unidad para almacenar vídeos o contenidos para aplicaciones de autoría multimedia.

Para configurar un disco RAM solo necesitas descargar alguno de los programas que permiten dedicar parte de la memoria a esta tarea. En cuanto al rendimiento puro, la cantidad de memoria no es un problema siempre y cuando no se trabaje con archivos grandes. Por ejemplo,Photoshop incrementa en varios órdenes de magnitud el tiempo necesario para completar operaciones sobre una imagen.

De todos modos, si estáis interesados en conseguir software configurador de discos RAM, os recomendamos visitar alguno de estos enlaces: VSuite Ramdisk, Gavo­tte RamDisk,SoftPerfect RamDisk, SuperSpeed RamDisk.

Ancho de banda teórico

La organización que regula los estándares relativos a las velocidades de la memoria es JEDEC. Para DDR3, hay estándares hasta DDR3 2133, aunque los fabricantes ya ofrecen velocidades de hasta DDR3 2333, que está fuera del estándar, y por tanto las placas base posiblemente no permitan configurar esta velocidad si no es a través de overclocking.

Memoria RAM DDR3 Ancho de banda

Sobre las latencias

Es frecuente caracterizar la memoria, además de por la velocidad en MHz, por la latencia. Se suelen dar cuatro valores (tCAS, tRCD, tRP y tRAS), agrupados tal que así: CL7-7-7-20. El valor más representativo para cuantificar la latencia es el primero (CL). Generalmente, se puede pensar que un módulo con menor CL será mejor que otro, aunque eso solo es cierto en parte, y para una misma velocidad.

Esta latencia se da en ciclos de reloj, pero la verdadera medida se da en nanosegundos (ns), y para calcular ese valor se usa la fórmula: (CAS/Frecuencia (MHz))x1.000=Latencia(ns). Por ejemplo, para 2.133 MHz, con una frecuencia de reloj real sin multiplicar por dos de 1.066 MHz, una latencia de CL9 ciclos de reloj se traduce en 8,4 ns. Para 1.333 MHz efectivos, con una frecuencia de 667 MHz una latencia de CL7 se traduce en 10,5 ns. Así pues, la latencia hay que ponderarla en su contexto y para cada frecuencia.

En el futuro

La siguiente tecnología de memoria tras DDR3 es DDR4. En un principio, se pensaba en tenerla lista para este año 2011, y aunque Samsung ya ha anunciado módulos operativos con esta tecnología, no está previsto que se convierta en un competidor relevante hasta 2015. Para 2011, un 90% de los módulos vendidos será DDR3, con un 67% en el año anterior y un 24% en 2009.

De momento, no hay una necesidad real de memoria por encima de DDR3. Y aún se necesitan avances en la arquitectura de los procesadores que justifiquen velocidades desde 2.133 MHz hasta 4.266 MHz. Además, para el momento de despegue de DDR4, la cantidad de memoria por módulo habitual será de 8 Gbytes. Así pues, cantidades de RAM iguales o superiores a 16 Gbytes serán lo habitual, con capacidades máximas de 64 Gbytes o más para entusiastas o profesionales.

Una ventaja que ya tendría aplicación hoy sería la reducción del voltaje de funcionamiento de los módulos, que pasa de los 1,5 V actuales a 1,2 V o, incluso, menos de 1,1 V (1,05 V). Esta reducción de voltaje se traduce, para un portátil, en ahorros del 40% en el consumo del subsistema de memoria.

De momento, parece que para aprovechar las ventajas de una mayor velocidad será necesario afrontar cambios en la arquitectura de los procesadores y en la de los sistemas de entrada/salida. Puede que los controladores de memoria hablen en el futuro tanto con la RAM como con los discos SSD, o que los controladores de discos hablen con la memoria directamente. Incógnitas aún. Para los gráficos, la memoria ha evolucionado mucho más a causa de las necesidades de ancho de banda de las GPUs.

Banco de pruebas

Para realizar las pruebas comparando el rendimiento con diferentes velocidades de memoria hemos usado un equipo Intel Core i7-980X con tres módulos Kingston HyperX DDR3-2.000 de 2 Gbytes de RAM cada uno. En la BIOS se configuró la velocidad de memoria para que trabajase a 800, 1.333 y 1.866 MHz sin modificar la velocidad del procesador, de 3,3 GHz.

Memoria RAM DDR3 Pruebas 1
(A menos segundos, mejor comportamiento)

Como pruebas hemos usado KribiBench (aplicación de uso intensivo de la CPU y memoria);PCMark 7 (la más reciente suite de Futuremark con diferentes cargas de trabajo simulando el funcionamiento real de un equipo con aplicaciones convencionales), 3DMark 2011 (mide el rendimiento en juegos), Cinebench R11.5 (aplicación especialmente pensada para forzar la CPU y la memoria) y Science Mark 2.0 (hace énfasis en cálculos científicos).

Memoria RAM DDR3 Pruebas 2
(A menos segundos, mejor comportamiento)

La segunda prueba realizada para evaluar el impacto de la cantidad de memoria es Photoshop. Sobre una imagen de alta resolución hemos pasado distintos filtros limitando la cantidad de memoria empleada por Photoshop a 500 Mbytes en un caso, y a 4 Gbytes en otro. Las diferencias en los resultados son significativas en todos los casos, con impacto positivo en el caso de usar la mayor cantidad de RAM.

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