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Flotter RAM: So wichtig ist der Arbeitsspeicher-Takt für den Gaming-PC

15.09.2020 | 18:30 Uhr | Sebastian Schenzinger

Der RAM ist so etwas wie das Kurzzeitgedächtnis eines Computers. Welche Rolle dem Takt und den Latenzen des Arbeitsspeichers insbesondere in Spielen zukommt, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

Aktuelle CPUs von AMD und Intel unterstützen mittlerweile ab Werk Arbeitsspeicher mit recht flotten Taktraten, die sich auf bis zu 3200 MHz belaufen. Darüber hinaus sind auch höhere Taktfrequenzen nichts Ungewöhnliches mehr - in diesen Fällen erlaubt die Verwendung eines speziellen Profils die korrekte Ansteuerung des RAMs. Um diese Taktraten zu erhalten, müssen Sie im Bios jedoch eine Einstellung vornehmen. Wir haben für Sie getestet, wie sehr sich die Taktrate und die Latenz des Arbeitsspeichers auf die Gaming-Performance Ihres Computers auswirkt.

Wie bekommt Ihr mehr FPS durch den RAM? Welchen Einfluss haben der Takt und die Latenz auf die Spiele-Leistung und was bedeuten Angaben wie CAS Latency und Row-to-Column Delay? Und vor allem: Lohnt es sich mehr Geld in schnelleren RAM zu investieren oder reichen zum Zocken auch langsamere Speicherriegel? Das erfahrt Ihr in diesem Video.

► Alle Infos zum Nachlesen:
www.pcwelt.de/2278879

► Unser Test-Setup:
www.youtube.com/watch?v=sHeFxVUbn9U

► Zum PC-WELT T-Shirt-Shop:
www.pcwelt.de/fan:www.pcwelt.de/fan|_blank)$

Woher kommt der Wert für den maximal unterstützten RAM-Takt?

Die angegebenen Werte für den maximalen RAM-Takt unterscheiden sich bei den Prozessoranbietern und den Herstellern von Mainboards oft stark. Um den dauerhaften Einsatz eines Computers zu gewährleisten, gibt es von der JEDEC, einer Organisation zur Standardisierung von Halbleitern, Vorgaben für den Arbeitsspeicher. Diese betreffen zum Beispiel den Speichertakt oder die Versorgungsspannung. Um maximale Stabilität zu gewährleisten, richten sich die CPU-Entwickler danach. In der folgenden Tabelle haben wir für Sie die letzten CPU-Generationen von AMD und Intel zusammengestellt inklusive der von den Herstellern spezifizierten RAM-Taktraten.

CPU-Sockel

Prozessortyp

Unterstützter RAM-Takt

Intel 1200

Core i7/i9-10000  

2933 MHz  

Intel 1200

Core i3/i5-10000, Pentium Gold, Celeron G  

2666 MHz  

Intel 1151 v2

Core i5/i7-8000, Core i5/i7/i9-9000

2666 MHz

Intel 1151 v2

Core i3-8000, Core i3-9000, Pentium Gold , Celeron G

2400 MHz

Intel 1151

Core i3/i5/i7-7000, Pentium G, Pentium Gold

2400 MHz

Intel 1151

Core i3/i5/i7-6000, Pentium G, Celeron G

2133 MHz

Intel 2066

Core i9-10000

2933 MHz

Intel 2066

Core i5/i7/i9-7000, Core i7/i9-9000

2666 MHz

Intel 2066

Core i7-7000

2400 MHz

AMD AM4

Ryzen 3/5/7/9 3000

3200 MHz

AMD AM4

Ryzen 3/5/7 2000

2933 MHz

AMD AM4

Ryzen 3/5/7 1000, Athlon

2666 MHz

AMD AM4

Athlon X, Ax-

2400 MHz

AMD sTRX4

Ryzen Threadripper 3000  

3200 MHz

AMD TR4

Ryzen Threadripper 2000

2933 MHz

AMD TR4

Ryzen Threadripper 1000

2666 MHz

Bei vielen verfügbaren Mainboards ist der maximale RAM-Takt deutlich höher angegeben als oben genannte Werte. Der einfachste Weg, den Arbeitsspeicher höher zu takten, ist die Verwendung des sogenannten "XMP" (Extreme Memory Profile). Die Hersteller von Arbeitsspeicherriegeln und Mainboards legen hierin höhere maximale RAM-Taktraten fest. Das geht oftmals mit einer Erhöhung der Versorgungsspannung einher.  Auch wenn die Hersteller dafür ausführliche Test durchführen, erhalten Sie keine absolute Garantie bezüglich der Kompatibilität und der Stabilität. Das heißt, wenn Sie planen einen PC im 24/7-Einsatz zu verwenden, empfiehlt es sich nicht, ein solches Profil zu aktivieren. Bei AMD Mainboards ist an Stelle von XMP der Name "D.O.C.P." (Direct Over Clock Profile) geläufig.

Günstigen Gaming-PC zusammenstellen: Die beste Hardware in jedem Preisbereich

Um den maximalen Datendurchsatz zu erhalten, beachten Sie, wie viele Memory Channels das verwendete Mainboard unterstützt. Diese Zahl gibt an, wie viele Arbeitsspeicherriegel der Prozessor beziehungsweise der Speichercontroller parallel ansprechen kann. Bei den meisten Mainboards kommt eine Dual-Channel-Architektur zum Einsatz. In diesem Fall erhalten Sie mit zwei RAM-Modulen einen deutlichen Leistungsschub im Gegensatz zu einem einzelnen Speicherriegel.

Arbeitsspeicher: Frequenz und Latenzen erklärt

Der RAM (Random Access Memory = Speicher mit wahlfreiem Zugriff) ist so etwas wie das Kurzzeitgedächtnis Ihres PCs. Alle Daten und Befehle, welche die CPU zum Ausführen eines Programms benötigt, sind im Arbeitsspeicher zwischengelagert. Der Vorteil gegenüber einem direkten Abrufen der Daten vom Systemspeicher, wie einer HDD oder SSD, ist die deutlich kürzere Zugriffszeit und die höhere Übertragungsrate.

Ein Speicherriegel setzt sich aus mehreren Speicherchips zusammen, die wiederum aus Millionen kleinen Kondensatoren und Transistoren bestehen. Jede Speicherzelle entspricht einem Bit und kann entweder den Status 1 (geladen) oder 0 (entladen) annehmen. Da Kondensatoren sich wieder entladen, erfolgt eine ständige Auffrischung (refresh) des Zustands. Für das Wiederherstellen beziehungsweise Ändern des Zustands eines Kondensators sind die Transistoren zuständig.  

Die Speicherzellen sind in einem Gitter mit Zeilen und Spalten wie bei einer Excel-Tabelle angeordnet, dadurch kann der Speichercontroller jede Zelle genau adressieren. Daher stammt auch der Name "Speicher mit wahlfreiem Zugriff" beziehungsweise in Englisch "Random Access Memory". Beim Zugriff auf eine einzelne Speicherzelle treten diverse Latenzzeiten, die jeweils in Taktzyklen angegeben sind und damit von der Frequenz des Arbeitsspeichers abhängen.

Zunächst aktiviert der Speichercontroller die gewünschte Zeile und sendet einen Lesebefehl. Diese Latenz nennt sich t RCD = Row-to-Column Delay, welche der Zugriffszeit von einer Zeile auf eine Spalte entspricht. Als nächstes folgt die eigentliche Zugriffszeit CL = CAS Latency, welche die Zeitspanne zwischen dem Lesebefehl und dem Eintreffen der gewünschten Daten angibt oder anders gesagt, der Zugriffszeit auf eine Spalte. Anschließend erfolgt eine Deaktivierung der ausgelesenen Zeile. Den gesamten Zyklus von der Aktivierung über den Lesevorgang mit der Datenausgabe und der Deaktivierung beschreibt die Zeit t RAS =  Active-to-Precharge Time. Um die entsprechende Zeile wieder zu aktivieren vergeht die Zeit t RP = Row Precharge Time. So viele Zyklen müssen vergehen, um wieder auf die gleiche Zeile zugreifen zu können.

Über die Frequenz des Speichermoduls lässt sich die tatsächliche vergangene Zeit berechnen. Nehmen wir als Beispiel ein DDR4-RAM-Modul mit 4000 MHz und Latenzen von CL17-17-17-37. Zunächst bilden wir den Kehrwert der effektiven Taktfrequenz, also 1 geteilt durch 4000 MHz. Diesen Wert multiplizieren wir mit zwei und der Anzahl der vergangen Taktzyklen, also der CAS-Latenz von 17. Dadurch erhalten wir die tatsächliche Latenzzeit von 0,0085 Mikrosekunden beziehungsweise 8,5 Nanosekunden. Der Wert für t RP  liegt dagegen bei 18,5 Nanosekunden. 

Der Grund für den Faktor zwei liegt im Namen DDR (Double Data Rate) begründet. Hier erfolgt die Übertragung von Datenbits nämlich sowohl bei steigender als auch bei fallender Flanke, also zweimal pro Taktzyklus. Für eine weitere Erhöhung des Datendurchsatzes von DDR-SDRAM sorgt der sogenannte Burst-Modus. Durch diesen kann der Speichercontroller mehrere aufeinander folgende Zellen in einer Zeile lesen beziehungsweise ändern. Dadurch fällt der erste Schritt, also die Aktivierung der entsprechenden Zeile mit dem anschließenden Lesebefehl weg. Zudem verfügt DDR4-RAM über acht Datenpuffer (Prefetch-Faktor), in welchen Daten von Burst-Zugriffen zwischengespeichert sind.

Wie viel Mehrleistung bringt das Verwenden eines XMP-Profils in Spielen?

Nur bei bestimmten Anwendungen bringt ein hoher RAM-Takt tatsächlich Vorteile. Dazu zählt beispielsweise das Verschlüsseln von Dateien, das (De-)Komprimieren mit Packprogrammen oder auch Videobearbeitung. Das liegt daran, dass der Speicherzugriff hier sequentiell erfolgt und der Arbeitsspeicher somit vom Burst-Modus und dem Datenprefetch profitieren kann. Wenn jedoch viele Befehle mit kleinen Datenpaketen in kurzer Zeit anfallen, dann ist eine geringe Latenzzeit wichtiger als ein höherer RAM-Takt. In der folgenden Tabelle haben wir für Sie alle getesteten RAM-Geschwindigkeiten und Latenzen aufgelistet:

RAM-Spezifikation  

Latenzen

Günstigster Preis: 2x 8GB

2666 MHz CL19-19-19-43

~ 14,25 ns

59 Euro

3000 MHz CL16-18-18-38

~ 10,67 ns

58 Euro

3000 MHz CL14-14-14-34

~ 9,33 ns

90 Euro

3200 MHz CL16-18-18-38

~ 10,00 ns

58 Euro

3200 MHz CL14-14-14-34

~ 8,75 ns

90 Euro

3600 MHz CL18-22-22-42

~ 10.00 ns

72 Euro

3600 MHz CL16-16-16-36

~ 8,89 ns

103 Euro

3800 MHz CL18-19-19-39

~ 9,47 ns

138 Euro

4000 MHz CL19-21-21-41

~ 9,50 ns

118 Euro

4000 MHz CL17-17-17-37

~ 8,50 ns

195 Euro

4266 MHz CL19-19-19-39

~ 8,91 ns

178 Euro

In PC-Spielen kommt es in erster Linie einmal auf die Leistungsfähigkeit der Grafikkarte an, da diese in den meisten Fällen der limitierende Faktor ist. Nur wenn der PC sich im Prozessorlimit befindet, kann er deutlich von einem schnelleren Arbeitsspeicher profitieren. Das trifft vor allem dann zu, wenn Sie mit einer möglichst hohen FPS-Zahl spielen wollen und auf eine hohe Displayauflösung verzichten können. Um die Grafikkarte soweit wie möglich zu entlasten, haben wir also zunächst nur in HD (1280 x 720 Bildpunkte) getestet. Das mag zwar realitätsfern wirken, spiegelt aber die tatsächliche Leistung wieder, die das Gespann aus CPU + Arbeitsspeicher liefern kann, wenn die Grafikkarte nicht limitiert.

Grafikkarten-Vergleich 2020: Die besten Gamer-GPUs im Test - mit Rangliste

Ein kurzer Exkurs, um dem ganzen einen praktischen Nutzen zu geben. Wenn Sie wissen wollen, ob Ihre Grafikkarte oder Ihr Prozessor in Spiel XY limitiert, können Sie das ganz einfach herausfinden. Stellen Sie zunächst im Spiel die native Monitauflösung ein und alle Grafikdetails auf die höchtsmögliche Stufe. Spielen Sie anschließend eine Runde und loggen Sie die erreichten FPS mit einem Tool wie CapFrameX mit. Reduzieren Sie anschließend die Auflösung im Spiel auf 1280 x 720 Bildpunkte und wiederholen Sie die Prozedur. Wenn Sie in HD deutlich höhere FPS messen, dann ist die Grafikkarte der limitierende Faktor, ansonsten der Prozessor. Anders gesagt, kann der PC in UHD (3840 x 2160 Bildpunkte) die gleichen FPS wie in HD erreichen, sofern die verbaute Grafikkarte leistungsfähig genug ist.

In Assassin's Creed Odyssey liegt der Sweet-Spot bei 3000 MHz CL14. Bis zu diesem Wert steigt die Kurve stark an und flacht danach merklich ab. Bei etwa 3800 MHz ist die Grenze erreicht und die durchschnittlichen FPS-Werte steigen nicht weiter an, bei den minimalen FPS ist dagegen noch ein Zuwachs zu verzeichnen. Außerdem ist gut erkennbar, dass der Intel Core i9-9900K deutlich mehr von einem schnelleren Arbeitsspeicher profitiert als der Ryzen 9 3900X. Bei der AMD CPU gibt es ab 3800 MHz einen kleinen Einbruch, der in den Spezifikationen des Prozessors begründet ist. Der Ryzen 9 3900X besteht nämlich aus vier Core-Complexen mit jeweils drei Rechenkernen, die über die sogenannte Infinity Fabric kommunizieren. Bis zu einem RAM-Takt von 3733 MHz ist das Verhältnis zwischen I/O-Takt des RAMs, der Cache-Frequenz und der Infinity Fabric bei 1:1:1. Dann ist allerdings das Limit des maximal möglichen Takts der Infinity Fabric erreicht, weshalb die CPU ab einer RAM-Geschwindigkeit von 3800 MHz zu einem 2:1 Verhältnis umschaltet, wodurch die Latenz ansteigt.

CPU-Benchmark 2020: Prozessoren im Vergleich-Test

Shadow of the Tomb Raider proftiert durchwegs von einer höheren Taktrate, wobei die Latenzen eine deutlich wichtigere Rolle spielen. So ist der Intel Core i9-9900K mit einer RAM-Geschwindgkeit von 3000 MHz bei CL14 schneller als bei 3200 MHz mit CL16. Selbiges Bild zeigt sich beim Vergleich zwischen 3200 MHz CL14 und 3600 MHz CL18. Bei 3600 MHz mit CL16 sind nahezu die optimalen average-FPS erreicht, nur die minimalen FPS steigen noch weiter an. Auch hier ist beim AMD-Prozessor ab 3800 MHz wieder ein Einbruch erkennbar. Um herauszufinden, wie sich das Bild ändert, wenn die Grafikkarte mehr limitiert, haben wir zusätzlich noch in Full-HD getestet.

In Full-HD zeigt sich sowohl in Assassin's Creed Odyssey als auch in Shadow of the Tomb Raider wieder das gleiche Bild. Der Sweet-Spot liegt nach wie vor bei 3000 MHz CL14. Das Maximum der durchschnittlichen FPS ist in etwa bei 3600 MHz CL16 erreicht, danach steigen nur die minimalen Bilder pro Sekunde noch weiter an. Red Dead Redemption 2 und The Division 2 sind klassische Beispiele, dass es auch Spiele gibt, die gar nicht von einem höheren RAM-Takt beziehungsweise strafferen Timings profitieren. Hier befinden sich alle Messwerte ganz egal ob die durchschnittlichen FPS oder die 1% low Werte im Spektrum der Messtoleranz. Das dürfte daran liegen, dass diese Spiele für die Konsolen optimiert sind und die, auf den PC portierte Version, von den zusätzlichen Rechenressourcen keinen Gebrauch machen kann.

In F1 2019 zeigt sich ein ähnliches Bild wie in Shadow of the Tomb Raider, wobei das Spiel am besten mit höheren RAM-Taktraten skaliert und so beim Intel Core i9-9900K ein Leistungszuwachs von 20 Prozent möglich ist. Die Kurve flacht hier auch bei weitem nicht so stark ab. F1 2019 ist zudem ein weiteres Beispiel, dass auch in Spielen kurze Latenzen wichtiger sein können, als hohe Taktraten wie die beiden Einbrüche bei 3200 MHz CL16 und 3600 MHz CL18 demonstrieren. Außerdem lässt sich auch hier wieder erkennen, dass die Zen-2-Prozessoren nicht so gut mit einem höheren RAM-Takt skalieren wie die Konkurrenz von Intel und dass eine höhere Taktrate als 3733 MHz keinen Sinn macht.

Takraten herausfinden und im Bios abändern

Das Herausfinden des anliegenden RAM-Taktes ist mit einer aktuellen Version von Windows 10 ganz einfach. Öffnen Sie hierzu den Task-Manager und wechseln Sie zum Reiter Leistung. Bei maximiertem Fenster und ausgewähltem Arbeitsspeicher lässt sich die Geschwindigkeit leicht ablesen. Ebenso erkennbar sind die Anzahl der verbauten RAM-Module und die Anzahl der verfügbaren Steckplätze. Daraus lässt sich folgern, ob der Arbeitsspeicher im Dual Channel arbeitet oder nicht.

Informationen über den verbauten Arbeitsspeicher sind im Task-Manager zu finden.
Vergrößern Informationen über den verbauten Arbeitsspeicher sind im Task-Manager zu finden.

Wenn Sie ein XMP aktivieren wollen, lässt sich dies schnell im Bios bewerkstelligen. Dazu müssen Sie nur das korrekte Speicherprofil aktivieren (siehe Bild oben). Hinweis: Bei AMD-Mainboards ist hier die Bezeichnung "D.O.C.P." geläufig. Starten Sie hierzu Ihren PC und drücken beim Hochfahren entweder die Taste "F2" oder "Entf", um in das Bios zu gelangen. Dort aktivieren Sie das XMP, welches unter den Overclocking Settings zu finden ist. Mitunter kann es sogar sein, dass Arbeitsspeicher mit mehreren Profilen ausgestattet ist - hier bleibt Ihnen dann natürlich die Wahl. Bestätigen Sie anschließend die vorgenommenen Änderungen, und starten Sie den PC neu. Im Task-Manager können Sie anschließend noch überprüfen, ob der eingestellte Takt anliegt. Sollten Sie im BIOS kein XMP oder D.O.C.P. auswählen können, dann unterstützt Ihr Arbeitsspeicher oder Ihr Mainboard diese Funktion nicht.

Aktivierung des XMP am Beispiel des Mainboards ASRock B450M-HDV R4.0.
Vergrößern Aktivierung des XMP am Beispiel des Mainboards ASRock B450M-HDV R4.0.

Fazit

Unser Fazit fällt sehr gemischt aus. Ja es gibt Spiele, die von einem höheren RAM-Takt und kürzeren Timings profitieren, aber es gibt auch genauso gut Gegenbeispiele. Zwischen einem RAM-Kit mit 2666 MHz und einem mit 3000 MHz oder 3200 MHz merken Sie aber so gut wie immer einen Unterschied. Obendrein ist der günstigste Preis für ein 2x 8GB-Kit aktuell bei allen drei Taktfrequenzen gleich, das heißt Sie können direkt zu einem Kit mit 3200 MHz CL16 greifen, wie den  Corsair Vegeance LPX 3200 MHz CL16 oder den G.Skill RipJaws V 3200 MHz CL16 . Bei einem AM4-Mainboard mit B450, X470, B550 oder X570 Chipsatz lässt sich das XMP problemlos aktivieren. Bei einer Intel-Plattform mit Sockel 1151 v2 oder 1200 benötigen Sie hierfür zwingend ein Mainboard mit Z-Chipsatz.

Wenn Sie mehr Spieleleistung aus Ihrem PC herausholen wollen, sollten Sie zu einem Kit mit sehr straffen Timings greifen. Wir empfehlen jedoch eher mehr Geld in eine schnellere Grafikkarte oder für einen besseren Prozessor zu investieren. Der Leistungszuwachs beim Arbeitsspeicher ist nämlich in den meisten Fällen gering, in manchen sogar nicht existent und der Aufpreis dafür unverhältnismäßig hoch. Eine Empfehlung können wir aus unserer Sicht nur noch für Kits mit 3200 MHz CL 14 wie den G.Skill RipJaws V 3200 MHz CL14 oder mit 3600 MHz CL16 wie den G.Skill RipJaws V 3600 MHz CL16  ausprechen. Gerade bei einer AM4-Plattform verlieren Sie ab eine RAM-Frequenz von 3800 MHz etwas an Leistung und auch Intel Prozessoren skalieren ab 3600 MHz nicht mehr wirklich gut. 

Hinweis: Wenn Sie Ihren Arbeitsspeicher über das Aktivieren eines XMP noch manuell optimieren, können Sie oftmals noch ein paar Prozentpunkte Mehrleistung herauskitzeln. Es hängt aber sehr stark vom verwendeten Arbeitsspeicher - vor allem den verbauten Speicherchips - dem Mainboard und der CPU ab, in wie weit sich die RAM-Riegel manuell noch optimieren lassen. Sie sollten hierfür auf jeden Fall einiges an benötigter Zeit für einrechnen.

Test-Hardware im Detail

Für diesen Test ist die folgende Hardware zum Einsatz bekommen. An dieser Stelle möchten wir uns noch bei G.Skill für die Bereitstellung der RAM-Kits Trident Z Royal silber 16 GB 4000 MHz CL17 und Trident Z Royal gold 16 GB 3600 MHz CL16 bedanken. 

Testsystem AMD

Testsystem Intel

Mainboard

ASUS ROG STRIX X570-E Gaming (BIOS: 1403)

ASUS ROG STRIX Z390-E Gaming (BIOS: 1302)

CPU

AMD Ryzen 9 3900X

Intel Core i9-9900K

CPU-Kühler

be quiet! Dark Rock Pro 4

be quiet! Dark Rock Pro 4

GPU

Nvidia GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition

Nvidia GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition

RAM

G.Skill Trident Z Royal silber 2x 8GB 4000 MHz CL17

G.Skill Trident Z Royal silber 2x 8GB 4000 MHz CL17

System-SSD

Western Digital WD Black SN750 1TB

Western Digital WD Black SN750 1TB

Daten-SSD

SanDisk Ultra 1TB

SanDisk Ultra 1TB

Netzteil

Seasonic Focus Plus Platinum 850W ATX 2.4

Seasonic Focus Plus Platinum 850W ATX 2.4

Benchtable

Lian Li PC-T70X ATX Test Bench

Lian Li PC-T70X ATX Test Bench

Lüfter

4x BeQuiet! Silent Wings 3

4x BeQuiet! Silent Wings 3

Betriebssystem

Windows 10 Pro 1909

Windows 10 Pro 1909

Buildversion

18363.836

18363.836

Treiberversion

446.14

446.14

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