Память

ECC vs non-ECC: влияние типа памяти на производительность процессора

В Сети часто можно увидеть на тематических форумах вопросы, касающиеся памяти с коррекцией ошибок, а именно – ее влияние на производительность системы. Сегодняшнее тестирование ответит на этот вопрос.

Перед прочтением данного материала рекомендуем ознакомится с материалами по микроархитектуре Core и платформе LGA1151.

Теория

Перед тестированием расскажем об ошибках памяти.
Ошибки, возникающие в памяти, можно разделить на два типа – аппаратные и случайные. Причиной появления первых являются дефектные микросхемы DRAM. Вторые же возникают по причине воздействия электромагнитных помех, излучения, альфа- и элементарных частиц и т.д. Соответственно, исправить аппаратные ошибки можно только путем замены микросхем DRAM, а случайные – с помощью специальных технологий, например, ECC (Error-Correcting Code). Коррекция ошибок ECC в своем арсенале имеет два метода: SEC (Single Error Correction) и DED (Double Error Detection). Первый исправляет однобитовые ошибки в 64-битном слове, а второй детектирует двухбитовые ошибки.
Аппаратная реализация ECC заключается в размещении дополнительных чипов памяти, которые необходимы для записи 8-битных контрольных сумм. Таким образом, модуль памяти с коррекцией ошибок при одностороннем дизайне будет иметь 9 чипов памяти вместо 8 (как у стандартного модуля), а при двустороннем - 18 вместо 16. Вместе с этим увеличивается и ширина модуля с 64 до 72 бит.
При считывании данных из памяти происходит повторный подсчет контрольной суммы, которая сравнивается с исходной. Если ошибка в одном бите - она исправляется, если в двух - детектируется.

Практика

В теории всё хорошо – память с коррекцией ошибок повышает надежность системы, что очень важно при построении сервера или рабочей станции. А на практике существует еще и финансовая сторона данного вопроса. Если серверу память с коррекцией ошибок обязательна, то рабочая станция вполне может обойтись без ECC (многие готовые рабочие станции разных производителей оснащаются обычной ОЗУ). Насколько же дороже память с коррекцией ошибок?
Типичный модуль DDR4-2133 с объемом 8 ГБ стоит порядка 39 долларов, а модуль с ECC – 48 долларов (на момент написания материала). Разница в стоимости составляет около 23%, что весьма значительно на первый взгляд. Но если посмотреть на общую стоимость рабочей станции, то эта разница не превысит и 5% от нее. Таким образом, приобретение памяти с ECC лишь незначительно увеличивает стоимость рабочей станции. Остается лишь вопрос – а как влияет память с ECC на производительность процессора.
Для того, чтобы ответить на этот вопрос редакция ServersTech.ru взяла для тестирования модули памяти Samsung DDR4-2133 ECC и Kingston DDR4-2133 с одинаковыми таймингами 15-15-15-36 и объемом 8 ГБ.

На модулях памяти Samsung M391A1G43DB0-CPB с коррекцией ошибок распаяно по 9 чипов с каждой стороны.

В то время как на обычных модулях памяти Kingston KVR21N15D8/8 распаяно по 8 чипов с каждой стороны.

Тестовый стенд: Intel Xeon E3-1275v5, Supermicro X11SAE-F, Samsung DDR4-2133 ECC 8GB, Kingston DDR4-2133 non-ECC 8GB

Детализация

- Процессор: Xeon E3-1275v5 (HT on; TB off);
- Материнская плата: Supermicro X11SAE-F;
- Оперативная память: 2x Samsung DDR4-2133 ECC 8GB (M391A1G43DB0-CPB), 2x Kingston DDR4-2133 non-ECC 8GB (KVR21N15D8/8);
- ОС: Windows Server 2012R2.

Методика тестирования

- 3DMark06 1.21;
- 7zip 15.14;
- AIDA64 5.60;
- Cinebench R15;
- Fritz 4.2;
- Geekbench 3.4.1;
- LuxMark v3.1;
- MaxxMEMI 1.99;
- PassMark v8;
- RealBench v2.43;
- SiSoftware Sandra 2016;
- SVPmark v3.0.3b;
- TrueCrypt 7.1a;
- WinRAR 5.30;
- wPrime 2.10;
- x264 v5.0.1;
- x265 v0.1.4;
- Kraken;
- Octane;
- Octane 2.0;
- Peacekeeper;
- SunSpider;
- WebXPRT.

AIDA64

В тесте памяти результаты на удивление одинаковые (в пределах погрешности теста).

Для целочисленной арифметики не имеет значения используемый тип памяти – коррекция ошибок не оказывает существенного влияния на конечный результат.

Арифметика с плавающей точкой также оказалась невосприимчивой к типу памяти.

Даже наиболее требовательная к скорости памяти интегрированная графика не показала значительной разницы между ECC и non-ECC памятью.

SiSoftware Sandra

Данный тестовый пакет также не заметил смену типа памяти, показав практически одинаковые результаты для обоих участников.

Абстрагированный от «железа» фрейморк также не заметил разницы между тестируемыми.

Требовательная к скорости памяти интегрированная графическая карта не видит разницу между ECC и non-ECC.

На скорость рендеринга тип памяти также не влияет.

В тесте транзакционной памяти в области низкой вероятности изменений ECC-память всё же проигрывает обычной, показывая небольшой провал.

MaxxMEMI

Даже в непосредственном тесте памяти результаты оказались одинаковыми – как по пропускной способности, так и по латентности.

Cinebench R15

В процессорном подтесте результаты обоих типов памяти оказались максимально схожими.

Да и на производительности интегрированного графического ядра смена типа памяти не сказалась.

Fritz

Данный бенчмарк также не показал существенной разницы между разными типами памяти.

LuxMark

Данный бенчмарк позволяет производить расчеты как на процессоре, так и на видеокарте, но ни на то, ни на другое существенного влияния использование памяти с коррекцией ошибок не оказывает.

RealBench

Пожалуй, лишь в подтесте Image Editing присутствует более-менее существенная разница – 2% в пользу обычной памяти.

SVPmark

Данный бенчмарк также не заметил смену типа памяти.

Geekbench

В общем зачете ЕСС-память сумела вырваться вперед, но учитывая определенную погрешность теста, можно смело заключить, что между ECC и non-ECC разницы нет.

Многопоточный режим картину не меняет – разницы в производительности нет.

PassMark

Существенной разницы в производительности между различными типами памяти нет (следует отметить, что результат в 2D зависит целиком от работоспособности драйвера, который на момент тестирования не хотел стабильно работать).

3DMark06

Смотря на результаты, можно заключить, что коррекция ошибок не сказывается на производительности графического ядра, которое в большей мере, чем процессор, зависит от скорости памяти.

wPrime

Даже весьма требовательный к скорости памяти wPrime не заметил разницу между обычной и памятью с коррекцией ошибок.

Многопоточный режим кардинально не меняет картину – результаты максимально схожи.

Encoder

На скорость работы с видео смена типа памяти также не оказывает никакого влияния.

TrueCrypt

Скорость шифрования также не зависит от типа памяти.

7zip

В однопоточном режиме 7zip «заметил» разницу между разными типами памяти, отдав предпочтение обычной ОЗУ, показавшей на 16% большую скорость сжатия.

В многопоточном режиме 7zip не почувствовал особой разницы между ECC и non-ECC – разница в результатах в пределах +/- 1%.

WinRAR

В отличие от 7zip, WinRAR остается безразличным к типу памяти.

Browser benchmark

Все бенчмарки проводились в Firefox 45.

Браузерные тесты также оказались безразличны к типу памяти.

Заключение

Подводя итоги, можно сказать, что коррекция ошибок никак не сказывается на производительности как процессора, так и интегрированной графической карты - по крайней мере это применимо к процессорам Интел. Но рассматривая данный вопрос, необходимо учитывать трехуровневый кэш, его высокую скорость и достаточно большой объем - всё это снижает зависимость от скорости ОЗУ, уравнивая ECC-память с обычной.
Таким образом, приобретение ECC-памяти вместо обычной не скажется на производительности процессора, а разница в их стоимости не превысит и 5% от общей стоимости сервера или рабочей станции.