Débit, vitesse, latences et voltage des mémoires RAM DDR4

La mémoire RAM est un composant indispensable pour le fonctionnement d’un ordinateur. elle est utilisée temporairement pour l’exécution des programmes car elle est bien plus rapide que les disques durs ou les SSDs sur lesquels ceux-ci sont stockés. Vous pouvez en savoir plus à partir de la page “Qu’est-ce que la mémoire RAM?“.

Nous allons voir plus en détail ici ce que signifient les chiffres qui apparaissent dans les spécifications des mémoires RAM DDR4 actuelles.

Crucial Ballistix MAX DDR4-4400
Crucial Ballistix MAX DDR4-4400

Débit maximal des mémoires RAM

Les mémoires RAM sont des composants électroniques qui exécutent des commandes au rythme d’une horloge dont la fréquence est de l’ordre du GHz. Le débit maximal des mémoires RAM dépend de cette fréquence de fonctionnement et du nombre de commandes ou transferts exécutés à chaque cycle d’horologe. Les mémoires DDR actuelles permettent d’effectuer deux transferts ou commandes à chaque cycle. L’acronyme DDR signifie d’ailleurs “Double Data Rate” en anglais c’est-à-dire “débit double de données”.
Par exemple, si la fréquence de la mémoire DDR est 1600 MHz, elle peut effectuer 2×1600 = 3200 millions de transferts par seconde. Ce débit qui est fréquemment communiqué par les fabricants est exprimé en MT/s (millions de transferts par seconde). Il est souvent confondu avec la fréquence réelle de la mémoire en MHz. Ainsi par exemple, un module de mémoire DDR4-3200 peut effectuer 3200 millions de transferts par seconde (noté 3200 MT/s) et sa fréquence est 1600 MHz.

Les modules de mémoires DDR4 utilisent un bus de 8 bytes (64 bits) pour le transfert de données, sa vitesse maximale en bytes par seconde sera donc égale à huit fois le nombre de transferts par seconde. Ainsi la maximale d’un module de mémoire DDR4-3200 sera de 8×3200 millions de bytes par seconde soit 25600 MBytes/s. Cette information se trouve souvent dans les spécifications techniques des barrettes de mémoire RAM, elle est indiquée comme PC4-25600 pour un module de mémoire DDR4-3200. Les noms utilisés par l’industrie arrondissent parfois les vitesses pour simplifier; le débits de données par seconde de la ram DDR4-2933 est 2933 MT/s mais sa vitesse maximale est arrondie vers le bas à 23400 MB/s (au lieu de 23466,66 MB/s). La table suivante contient la vitesse, le débit de données, la fréquence et le nom des modules de mémoires DDR4 les plus courants.

Fréquence Débit Vitesse maximale Nom
1200,00 MHz 2400,00 MT/s 19200 MB/s DDR4-2400 / PC4-19200
1333,33 MHz 2666,67 MT/s 21333 MB/s DDR4-2666 / PC4-21300
1466,67 MHz 2933,33 MT/s 23467 MB/s DDR4-2933 / PC4-23400
1500,00 MHz 3000,00 MT/s 24000 MB/s DDR4-3000 / PC4-24000
1600,00 MHz 3200,00 MT/s 25600 MB/s DDR4-3200 / PC4-25600
1800,00 MHz 3600,00 MT/s 28800 MB/s DDR4-3600 / PC4-28800
2000,00 MHz 4000,00 MT/s 32000 MB/s DDR4-4000 / PC4-32000
2200,00 MHz 4400,00 MT/s 35200 MB/s DDR4-4400 / PC4-35200

En règle générale, plus le débit maximal est élevée et plus la mémoire sera rapide et plus son coût sera élevé. Attention, les débits des mémoires les plus rapides ne sont pas supportés par tous les microprocesseurs. Il est important de consulter les spécifications techniques du CPU et de la carte mère pour vérifier quel est le débit maximal de RAM supporté avant d’acheter une mémoire ultra-rapide. Certains couples microprocesseurs/carte mère supportent néanmoins parfois des débits de transfert plus élevés que ceux qui sont documentés, les forums qui traitent de l’overclocking de ces composants vous permettrons d’avoir plus d’information à ce sujet.

Memory Chips
Memory Chips

Architecture interne des mémoires DDR4

Avant de voir les caractéristiques suivantes il faut comprendre l’architecture interne des mémoires DDR4.

Chaque bit d’information de la mémoire est stocké dans un petit condensateur de l’une des puces de la barrette de mémoire. Si ce condensateur contient des électrons (on dit qu’il est chargé) le bit vaut “1” et il vaut “0” sinon. La charge ou la décharge du condensateur est contrôlé par un petit transistor qui fonctionne un peu comme une vanne qui laisse passer ou non les électrons. Les condensateurs se déchargent naturellement avec le temps, c’est pour cela que le contenu de la mémoire RAM est perdue lorsque l’on éteint l’ordinateur ou s’il y a une coupure de courant par exemple. Leur contenu doit donc être rafraichi constamment (chaque dizaine de nanosecondes à peu près) afin que les condensateurs n’oublient leur charge et donc la valeur du bit.

On peut donc imaginer une barrette de mémoire comme une énorme matrice de condensateurs et de transistors. Si vous examinez une barrette de RAM, vous serez qu’elle est constitué de différentes puces, les plus grosses sont celles qui contiennent ces matrices de condensateurs et de transistors qui stockent les valeurs des bits.

Afin d’améliorer les performances des mémoires RAM, l’accès aux bits s’effectue en parallèle. C’est l’une des raisons pour laquelle les barrettes de mémoire DDR4 sont organisées en groupes de banques mémoire, puis en banques mémoires et enfin en lignes et en colonnes de bits.

Pour vous faire une idée de cette organisation, imaginez qu’une barrette de RAM DDR4 (c’est vrai aussi pour les mémoire DDR5) est comme un bâtiment d’affaire remplis de d’armoires avec des dossiers. Le groupe de banque mémoire correspondrait alors à un étage dans le bâtiment, la banque de mémoire serait l’une des armoires de l’étage, la ligne identifierait un tiroir dans cette armoire et la colonne permettrait de choisir un dossier à partir de son numéro dans ce tiroir.

Drawers with bits
Tiroirs de bits

Lorsqu’un programme a besoin d’accéder à l’un des bytes de la mémoire RAM, il identifie avec un numéro qui s’appelle son adresse logique. Le contrôleur de la mémoire convertit cette adresse logique en une adresse physique qui identifie le groupe de banque mémoire, la banque de mémoire, la ligne et la colonne afin d’accéder à l’information.

Latences des mémoires

Même si les mémoires sont rapides, l’accès à l’information n’est pas immédiat. Reprenons l’exemple du bâtiment d’affaire pour le comprendre. Si j’ai besoin d’accéder à un dossier en particulier, il faut que je prenne l’ascenseur pour aller à l’étage où il se trouve, que je cherche la bonne armoire, que j’ouvre le bon tiroir avant de trouver le dossier qui m’intéresse à partir de son número. Si j’ai besoin d’un deuxième dossier dans le même tiroir, c’est facile, j’ai juste à le chercher à partir de son numéro. Si par contre il se trouve dans un autre tiroir, une autre armoire ou à autre étage cela prend plus de temps par contre.

Latences
Latences CL16-18-18-36

C’est un peu la même chose pour les données des mémoires RAM, l’accès à une nouvelle information sera plus rapide si il n’y a pas besoin de changer de ligne de banque mémoire (le “tiroir”) et plus lente sinon. Cet exemple simplifie un peu le fonctionnement de l’accès aux données d’une mémoire RAM mais donne une idée des temps additionnels (on parle de latence) nécessaires afin que la RAM accède à l’information demandée. Dans le cas des mémoires RAM, tout ceci se fait en parallèle, comme si il y avait plusieurs personnes dans le bâtiment qui cherchaient des dossiers et tout s’exécute au rythme des cycles d’horloge de la mémoire.

Les fabricants des modules de mémoire RAM communiquent souvent sur les latences occasionnées par l’exécution de différentes commandes par la mémoire. Les plus courantes sont les suivantes:

  • CAS (pour Column Address Strobe en anglais): c’est le nombre de cycles d’horloge nécessaires pour accéder aux données d’une nouvelle colonne (un “dossier”) si la ligne correcte (le “tiroir”) est déjà “ouverte”.
  • tRCD (RAS to CAS delay en anglais): c’est le nombre de cycles d’horloge que doit attendre le contrôleur de mémoire avant d’ouvrir une nouvelle ligne (un “tiroir”).
  • tRP (Row Precharge en anglais): c’est le nombre de cycles d’horloge que doit attendre le contrôleur de mémoire afin de fermer la ligne incorrecte actuelle (le “tiroir”) et d’ouvrir une autre ligne.
  • tRAS (ou Row Active time en anglais): c’est le nombre de cycles d’horloge que doit attendre le contrôleur de mémoire entre l’ouverture et la fermeture d’une ligne (un “tiroir”).
  • CMD (ou Command Rate en anglais): le nombre de cycles d’horloges nécessaire pour que le contrôleur de mémoire lise une des commandes qui lui est envoyé et l’exécute, c’est généralement 1 cycle (1T) ou 2 cycles (2T).

Ces latences influent légèrement les performances des mémoires DDR4, plus elles sont basses pour une mémoire d’une certaine vitesse et plus la mémoire RAM sera rapide. La vitesse de la barrette de mémoire est néanmoins un facteur plus important pour les performances, les latences ne devraient être prise en compte que pour comparer les performances des barrettes de même vitesse.

Ces latences apparaissent dans les specifications des modules de mémoire dans l’ordre suivant: CAS-tRCD-tRP-tRAS-CMD (le denier paramètre n’est pas toujours présent). Ainsi par exemple une barrette de RAM dont les latences sont CL16-18-18-36 aura un CAS de 16, un tRCD de 18, un tRP de 18 et un tRAS de 36.

Groupes de banques mémoire et canaux

Le nombre de groupes de banques mémoire est un autre paramètre important pour les performances d’une barrette mémoire mais c’est une information qui n’est pas toujours communiquée par les fabricants. Si vous examinez en détail l’étiquette d’une barrette de mémoire RAM, vous trouverez néanmoins parfois une information qui permet de l’identifier. Il s’agit d’un multiplicateur qui sera soit ×4 (pour les mémoires des serveurs souvent), soit ×8 ou ×16. Plus ce multiplicateur est petit et plus il y aura de groupes de banques mémoire pour une même quantité de mémoire. Ainsi une barrette de 8 GB de mémoire peut avoir un multiplicateur ×8 ou ×16. Si c’est ×8 cela signifie qu’il y a 4 groupes de banques de mémoire alors qu’il n’y en aura que 2 si le multiplicateur est ×16. Le nombre de groupes de banques mémoire détermine le nombre de commandes que la barrette de RAM peut exécuter en parallèle, plus il est important et plus elle sera performante.

Samsung DDR4 x8
Samsung DDR4 x8

D’autre part, les processeurs actuels sont capables d’utiliser plusieurs canaux de mémoire et d’envoyer des commandes en parallèle aux barrettes de mémoire. Les performances de l’ordinateur seront par conséquent augmentées si on utilise 2, voir 4 barrettes de mémoire au lieu d’une seule. Il est ainsi préférable d’installer deux barrettes de 8 GB pour obtenir 16 GB de mémoire plutôt qu’une seule barrette de 16 GB. C’est surtout vrai pour les tâches qui ont besoin de mémoire rapide comme celles qui utilisent les processeurs graphique intégrés des CPUs qui en disposent. C’est le cas par exemple si on souhaite utiliser l’iGPU du microprocesseur pour des jeux vidéos lorsque l’ordinateur ne dispose pas d’une carte graphique dédiée.  Installer deux barrettes de mémoire rapide au lieu d’une seule améliorera  nettement les performances dans ce cas.

Voltage des mémoires RAM DDR4

Le voltage standard des barrettes de mémoire DDR4 est 1.2 V, mais les spécifications des barrettes de RAM rapides indiquent souvent un voltage de 1.35 V voir plus. Ce voltage est nécessaire pour garantir la stabilité des signaux électroniques lorsque la mémoire est utilisée à une fréquence élevée. Ces mémoires utilisent ce que l’on appelle un profil d’extension XMP (Extreme Memory Profile en anglais) qui est en quelque sorte une augmentation (overclocking en anglais) de la fréquence de la mémoire qui a été validé par le fabricant. Il sera généralement nécessaire de l’activer dans le BIOS de l’ordinateur pour en bénéficier afin que les RAMs atteignent la fréquence élevée qui est indiquée.

DDR4 1.35V
DDR4 1.35V

Il est parfois possible d’augmenter la fréquence des mémoires RAM en augmentant le voltage dans le BIOS si le CPU et la carte mère le supportent. Attention, le comportement de l’ordinateur peut devenir instable si la mémoire ne supporte pas la fréquence demandée: il peut redémarrer de manière impromptu, se bloquer ou avoir des erreurs durant l’exécution de programmes ou du système d’exploitation. Il faudra alors réinitialiser les paramètres de la mémoire dans le BIOS pour revenir à une configuration stable.

En conclusion, consultez les spécifications du processeur qui vous intèresse pour savoir quelle est la mémoire qu’il supporte et utilisez autant que possible des paires de barrettes de mémoire. Une mémoire très rapide signifie aussi un coût élevé qui ne se justifie généralement pas pour tous les usages. Un processeur ou une carte graphique haut de gamme sont souvent plus importants pour améliorer les performances de l’ordinateur.

Cette page Débit, vitesse, latences et voltage des mémoires RAM DDR4 a été initialement publiée sur EatYourBytes

Toutes les marques déposées sont la propriété de leurs propriétaires respectifs.