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AMD Phenom II X3 720 Black Edition

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AMDs 45-nm-Dreikern-CPU kostet etwa gleichviel wie Intels Zweikern-CPU E8400. Wir haben sie gegen die Q9300, E8400 und einen Quad-Core von AMD antreten lassen, und das auch mit DDR3-Speicher. Oft sticht der X3 den E8400 aus - aber nicht immer!

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Was bisher geschah



2008 – Ein schweres Jahr für AMD

Bevor wir uns den aktuellen Produkten widmen, werfen wir aber noch einen Blick auf das abgelaufene Jahr 2008. Es war für AMD kein sehr erfolgreiches Jahr, wie ein Blick auf die letzten Quartalsbilanzen unschwer erkennen lässt. Nicht unwesentlich dazu beigetragen haben die mäßig erfolgreichen Produkte der Familien K10 und Stars. Nach der halbwegs erfolgversprechenden Präsentation der Spider-Plattform im November 2007, beschränkte sich AMD auf Modelle unter 2,4 GHz, wegen eines Fehlers im TLB (Translation Lookaside Buffer). Kurz darauf wurde bekannt, dass der Fehler auch bei den langsameren Modellen der Revision B2 auftreten kann und der unrühmliche TLB-Bug war in aller Munde. Da half auch nicht mehr, dass AMD beteuerte, der Fehler sei bisher nur im Labor aufgetreten und höchst unwahrscheinlich. Hastig wurden BIOS-Updates veröffentlicht, die als ''Fix" den TLB gänzlich deaktivierten und damit teils heftig bremsten. Dieser Umstand und die Aussicht auf das verbesserte B3-Stepping, schreckte viele potenzielle Käufer ab, viele griffen wohl auch zu Intel. AMD wurde für seine Offenheit bestraft, weil es die Kunden darüber informierte und den Fehler nicht in der umfangreichen Liste der Errata versteckte.

Besagtes B3-Stepping erschien im April 2008 und ohne TLB-Bug, enttäuschte aber wegen des recht bescheidenen Takts von 2,5 GHz, die auch beim späteren Phenom X4 9950 BE nur auf 2,6 GHz gesteigert wurde. Ambitionierte Overclocker kamen mit etwas Glück und Können zwar deutlich über die 3-GHz-Marke, der Großteil der Phenom-Prozessoren blieb aber klar darunter, was zu einem gewissen Grad auch an den Mainboards lag und liegt. Ebenfalls verkaufshemmend war der vergleichsweise hohe Leistungsbedarf - teils deutlich mehr als bei gleichwertigen Intel-Modellen.

2009 - 45 nm und Phenom II

Gut ein Jahr nach Intel bietet nun auch AMD 45-nm-Prozessoren an. Eingesetzt werden bewährte Techniken, wie etwa SOI (Silicon on Insulator) und Strained Silicon, aber auch neue Verfahren wie die Immersionslithografie. Dabei befindet sich eine Flüssigkeit zwischen Linse und Wafer, um die mögliche Auflösung bei gleicher Wellenlänge zu erhöhen. Angesichts der Verzögerungen bei der EUV-Lithografie (Extreme ultraviolet) ist dieses Verfahren ein wichtiger Schritt, um 32 nm und geringere Strukturbreiten mit bestehenden Lichtquellen zu erreichen. Zur Zeit wird mit einer Wellenlänge von 193 nm gearbeitet, die jedoch ohne weitere Hilfsmittel, wie doppelter Belichtung oder Immersionslithografie zwischen 45- und 32-nm-Prozess an ihre Grenzen stößt. Man vermutet, dass die besagten Methoden sogar bis zum 16- oder 11-nm-Prozess noch mit 193-nm-Lichtquellen auskommen könnte. Früher oder später wird aber eine kurzwelligere Belichtung nötig sein, wie etwa bei der EUV-Lithografie mit 12,5 nm. Solche Lichtquellen ausreichend stark herzustellen, ist aber schwer und das ist nur eines der Probleme. Ist die Quelle nicht stark genug, absoribieren die optischen Bauteile die Strahlung, noch bevor das Licht auf den Wafer trifft.

Trotz der kleineren Strukturen ist der Phenom II mit einer Chipgröße von 258 mm² kaum kleiner als der Vorgänger aus dem 65-nm-Prozess, der sich auf einer Fläche von 283 mm² erstreckt. Der Phenom II besteht aus 758 Milllionen Transistoren und hat nun 6 MB L3-Cache. Der Löwenanteil der knapp 300 Millionen zusätzlichen Transistoren geht in den verdreifachten Cache, während auf die Logik nur ein Bruchteil entfällt. Die Verbesserungen in dieser Richtung beinhalten etwa verbesserte Prefetch-Techniken und -Algorithmen für gesteigerte Effizienz. Dank der beim Phenom II verdoppelten Bandbreite zwischen L1- und L2-Cache, können Daten nun schneller zwischen den beiden Cache-Arten verschoben werden. Die von 32- auf 48-fach gesteigerte Assoziativität des L3-Caches sorgt hingegen für eine größere Treffergenauigkeit. Obwohl ein erhöhter Grad an Assoziativität im Normalfall die Zugriffszeiten erhöht, konnte AMD die Geschwindigkeit steigern und die Latenzzeit um zwei Takte reduzieren.

Stromsparender ist der Phenom II auch: Die 65-nm-Phenoms konnten zwar die Kerne unabhängig voneinander takten und in unterschiedlichen Power-States betreiben, einen Kern abschalten ist aber nicht möglich. Die anderen Kerne könnten dann nämlich nicht mehr auf die Daten im L1- und L2-Cache des deaktivierten Kerns zugreifen. Der Phenom II kann hingegen den Inhalte der L1- und L2-Caches den gemeinsamen L3-Cache schieben, und anschließend den Kern abschalten. Dadurch sinkt der Verbrauch im Leerlauf um bis zu 21%, so AMD.

Es gibt hier allerdings auch einen Haken, der vom Windows Scheduler ausgeht: Er kann durch die diversen unterschiedlichen P-States der einzelnen Kerne durcheinander kommen und trifft dann nicht immer die beste Auswahl, welchem Kern eine Anwendung zugeordnet werden soll. Daher hat man bei AMD beschlossen, die P-States vorerst auf BIOS-Ebene miteinander zu verknüpfen, bis man gemeinsam mit Microsoft eine Lösung für dieses Problem erarbeitet hat. Noch ist allerdings nicht ganz geklärt, wie sich diese Einschränkung auf die Möglichkeit auswirkt, einzelne Kerne in den Tiefschlaf zu versetzen und die Daten von L1+L2 in den L3-Cache auszulagern, denn schließlich verbleibt im Leerlauf zumindest ein Kern im C1(E)-Status.

In diesem Zusammenhang interessant ist auch die für einen 45-nm-Prozessor ziemlich hohe Betriebsspannung des Phenom II X940, die ohne Energiesparfunktionen bei 1,35 V liegt. Bei aktiviertem Cool n' Quiet kann die Versorgungsspannung allerdings auf 1,00 V und der Prozessortakt auf 800 MHz reduziert werden.

AM2+ oder AM3?

Fast alle Phenom- und Phenom-II-Prozessoren laufen auf AM2+-Mainboards und mit BIOS-Updates auch auf vielen älteren AM2-Platinen. Beachten muss man aber die Leistungsaufnahme (TDP), denn nicht alle Boards kommen mit 125 W zurecht. Auch die neuen AM3-Prozessoren passen allesamt in AM2+-Boards, denn der Speicher-Controller arbeitet sowohl mit DDR2-1066- als auch mit DDR3-1333. Umgekehrt klappt es aber nicht: AM3-Mainboards sind vorerst den AM3-Prozessoren vorbehalten. "Vorerst" deshalb, weil es wohl nur eine Frage der Zeit ist, bis es Boards mit Sockel AM2+ und sowohl DDR2- als auch DDR3-Sockeln geben wird. Dieser Umstand wird Einige unweigerlich zur Verzweiflung bringen, wenn es gilt die Richtige Kombination herauszufinden.

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Phenom II X4 940 BE für AM2+ links, Phenom II X3 720 BE für AM3 rechts

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Bei genauem Hinsehen, "fehlen" rechts beim AM3-Prozessor zwei Pins. Das ist nötig, damit er auf AM2+-Mainboards läuft.


Werfen wir nun einen Blick auf die Phenom-II-Modelle für die Sockel AM2+ und AM3, die aktuell erhältlich sind:

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Wie die Tabelle zeigt, gibt es noch kein AM3-Gegenstück zu den beiden schnellsten Phenom II X4, und der einzige Prozessor der 900er Serie ist nur für OEMs gedacht. Daneben gibt es die 800er-Serie mit 4 Kernen und einem auf 4 MB verringerten L3-Cache, sowie die die 700er-Serie mit 3 Kernen und 6 MB L3-Cache. Anders als bei den AM2+-Prozessoren, laufen bei den AM3s der Hyper-Transport Link und Northbridge mit 2 GHz - bei vergleichbarer Konfiguration eventuell ein Vorteil.

Es war abzusehen, dass AMD die Modellpalette nach unten erweitert. Dennoch traurig, dass es zum offiziellen Start des AM3 kein echtes Zugpferd gibt! Es kursieren Gerüchte, wonach es mit DDR3 noch Probleme gibt und dass sich auch die entsprechenden AM3-Boards ein wenig verzögern. Wir selbst hatten mit DDR3 auf dem ASUS M4A78T-E keine Probleme, die über die derzeitige Beschränkung von AMD hinausgehen: Betreibt man mehr als ein Modul DDR3-1333 pro Speicherkanal, kann das System instabil werden, oder der Speicher wird nicht erkannt. Behelfsweise sollen die Hersteller das BIOS ändern, sodass der Speicher dann nur mit 1066 MHz läuft. Das erinnert an ähnliche Probleme bei den ersten K8-Prozessoren mit Speichercontroller für DDR, welche über mehrere Steppings verteilt behoben wurden. Das DDR3-Manko sollte also mit einem der nächsten Steppings verschwinden.

Phenom II X3 720 Black Edition


Der Fokus unseres Tests liegt auf dem Phenom II X3 720 Black Edition, der zumindest vom Takt her das vorläufige Topmodell für AM3 ist und preislich gegen den Core 2 E8400 antreten soll. Der Phenom II X3, Codenamen Heka, ist praktisch ein vollwertiger Phenom-II-Prozessor, mit einem deaktiviert Kern. "Toliman" hieß das beim Phenom X3. Deaktiviert wird ein Kern entweder, weil er defekt ist, oder wesentlich langsamer läuft als die anderen drei Kerne. Der Grund bleibt für den Kunden aber im Finsteren.


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Phenom II X3 720 BE - Zwar nur drei Kerne, dafür aber den vollen L3-Cache von 6 MB


Einen Triple-Core-Prozessors zu vergleichen, ist nicht ganz leicht: Einerseits hält er mit einem gleichgetakteten Quad-Core bei SMT-Anwendungen nicht mit, andererseits sollte er einen Dual-Core Prozessor in die Tasche stecken, solange der Taktunterschied nicht zu groß wird. Nicht ohne Grund sieht AMD daher eher den Core 2 E8400 als den passenden Gegner und nicht etwa die kleinsten Core-2-Quadcores Q9300 und Q9400. Gegenüber dem Phenom II X4 920 sollte der X3 720 dank des schnelleren L3-Cache (2,0 GHz statt 1,8 GHz) zumindest dort einen Vorteil haben, wo nicht mehr als zwei Kerne unterstützt werden oder die Last nicht 100% beträgt.

Zugegeben war unsere erste Meinung zu diesem Prozessor nicht die beste, zumal schon der Name "Triple-Core-Processor" ein wenig exotisch anmutet. Die Tests widerlegten aber die Vorurteile und lediglich beim 7-Zip-Benchmark musste man sich zwischen 2 und 4 Threads entscheiden, wobei die 4-Thread-Einstellung durchaus ansprechende Ergebnisse lieferte. Zwar kann es gerade bei älteren oder schlecht geschriebenen Programmen vorkommen, dass nur zwei der drei Kerne verwendet werden, aktuelle Software sollte diesen Kinderschuhen entwachsen sein.

Übertakten

Gerade in dieser Disziplin sollte ein fehlender Kern nicht unbedingt ein Nachteil sein und vielleicht sogar zu besseren Ergebnissen führen. So benötigt unser Muster des Phenom II X3 720 bei Standardtakt mit 1,325 V um 0,025 V weniger als der Phenom II X4 920 bei gleichem Takt - wenig, aber zumindest ein Anfang! Ohne die Spannung zu erhöhen, konnten wir bei beiden CPUs einen stabilen Takt von 3,3 GHz erreichen. Generell bewegen sich die Prozessoren im Gleichschritt und beschreiten erst am oberen Ende unterschiedliche Wege. Tatsächlich kann sich unser Phenom II X3 720 einen Hauch besser in Szene setzen, erreicht er doch mit 1,525 V stabile 3,7 GHz, während der X4 940 hier unter Last selbst mit 1,55 V instabil ist und bei 3,6 GHz ist Schluß.

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Trotz 1,55 V leider etwas instabil

Bei 1,90 V Spannung laufen auch "ältere" DDR3-Module mit ihrem Nenntakt. Es ist noch ungewiss, ob höhere Werte beim Phenom II das Leben ebenso deutlich verkürzen, wie beim Intel Core i7. Unseren Kurztest hat der Phenom II X3 720 zumindest ohne merkliche Schäden überstanden. Interessant ist natürlich auch der Takt von Northbridge und L3-Cache, der bei unserem Muster bei 1,35 V bis auf stabile 2,8 GHz ging. Zusammen mit schnellem DDR3-Speicher erreichten wir damit eine Speicherbandbreite von knapp 17 GB/s, womit man sich vor Intels Core i7 mit drei Kanälen nicht verstecken muss.

Testaufbau

CPUs:
  • AMD Phenom II X4 940BE (C2)
  • AMD Phenom II X3 720BE (C2)
  • Intel Core 2 Duo E8400 (E0)
  • Intel Core 2 Quad Q9300 (M1)
Mainboards:
  • Gigabyte GA-M790GP-DS4H (790GX+SB750, AM2+), BIOS: F3
  • ASUS M4A78T-E (790GX+SB750, AM3), BIOS: 0408
  • ASUS Rampage Extreme (X48+ICH9, LGA775), BIOS: 0703
Speicher:
  • 2-GB-Satz SuperTalent DDR2-1066
  • 2-GB-Satz SuperTalent ProjectX DDR3-1800
Grafikkarte: ASUS GeForce 9800GTX+

Festplatte: Western Digital Blue 160 GB (WD1600AAJS)

Netzteil: Corsair TX750

Kühler: Noctua NH-U12P

OS: Windows Vista x64 SP1

Treiber:
  • AMD: Catalyst 9.1, Realtek HD Audio 2.14 (Gigabyte) beziehnungsweise VIA 6.60c (ASUS)
  • Intel: Intel Inf 9.1, Analog 6.10.2.6480
  • Grafik: Forceware 181.22

Benchmarks: Speicher und Anwendungen


Speichertests

Wenig überraschend liegt die AM2+-Plattform bei der Speicherbandbreite deutlich vor den getesteten Intel-Prozessoren der LGA775-Plattform. Verantwortlich dafür ist der integrierte Speichercontroller bei AMD, der auch für die besseren Latenzzeiten beim Auslesen eines 8-MB-Blocks sorgt.

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Ein Blick auf die Zahlen zeigt, dass der Phenom II X3 720 bei Durchsatz und Latenzzeit gegenüber den Phenom-II-X4-CPUs ein wenig im Vorteil ist. Verantwortlich zeichnet dafür die um 200 MHz höher getaktete Northbridge. Sie senkt auch die Latenzzeit des ebenfalls schnelleren L3-Caches von 53 auf 48 Takte. DDR3-1333 bewirkt einen marginal höheren Speicherdurchsatz und eine um 1,5 ns geringere Latenzzeit.

Anwendungstests

Beginnen wir mit dem allseits beliebten Cinebench 10, das hier im Forum auch gerne für Vergleiche verwendet wird: Bei einem einzelnen Thread gewinnt der Phenom II X3 720 gegen den Phenom II X4 920 und den Core 2 Q9300, zieht aber klarerweise den Kürzeren gegen den Phenom II X4 940 und den Core 2 E8400. Sobald mehrere Threads ins Spiel kommen, behauptet sich der X3 nur noch gegen den Core 2 E8400, wie zu erwarten war. DDR3-1333 bringt beim Einsatz aller drei Kerne einen kleinen Zuwachs von rund 200 Punkten. Generell schneidet die Core-2-Architektur bei diesem Test nach wie vor besser ab - das zeigt der kleine Unterschied zwischen Phenom II X4 920 und Core 2 Q9300.

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Bei POV-Ray zeigt sich ein ähnliches Bild, wenn auch Phenom II und Core 2 bei selbem Takt etwa gleichauf liegen. Auch hier liegt der Phenom X3 II wieder vor dem E8400 und hinter den etwas teureren Quad-Cores. Teurer DDR3-Speicher zahlt sich hier nicht aus - nur um eine Sekunde verkürzt sich die Berechnung.

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Bei den Encoding-Tests mit Xvid und x264 ist das Ergebnis durchsetzt: Trotz des dritten Kerns sticht der Phenom II X3 720 beim Xvid-Codec den E8400 nicht aus. Ein ganz anderes Bild ergibt der nächste Test: Ein rund 3½ Minuten langes Video in 1080p wird von MPEG2 auf x264 konvertiert. Der dritte Kern entfaltet hier seine Wirkung und nimmt Intels Dual-Core satte 7½ Minuten ab. Ähnlich unterschiedlich ist auch das Bild mit DDR3, wo bei XviD ein Vorsprung von 21 Sekunden entsteht, während es bei x264 nur 14 Sekunden sind - und das auf einen wesentlich längeren Zeitraum!

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MP3-Kodieren mit Lame läuft nach wie vor in einem Thread ab. Der Phenom II X3 profitiert folglich nicht von seinem dritten Kern und hinkt hinter den Intels nach. Das ändert sich auch nicht beim experimentellen Lame MT, das mit mehreren Threads arbeitet.

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Der freie Komprimierer 7-Zip läuft seit einigen Versionen in mehreren Threads und kommt damit dem Phenom II X3 720 sehr entgegen. Er liegt zwar hinter dem Core 2 E8400, wenn man zwei Threads verwendet; unter Einsatz des dritten Kerns verweist er den E8400 aber klar in die Schranken. DDR3-Module steigern die Leistung zusätzlich um 2,6%.

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Benchmarks: Spiele und Strom


Spieletests

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Wir haben mit alten als auch mit neueren Spielen getestet. In die Kategorie "alt" fällt Half-Life 2 - Episode Two, das auf der bewährten Source-Engine aufbaut und von mehreren Kernen nur bedingt profitiert, dafür aber auf hohen Takt, viel Cache und schnellen Speicher anspricht. Daher nicht verwunderlich, dass der Intel Core 2 E8400 das Feld klar anführt, gefolgt vom Phenom II X4 940 und dem Phenom II X3 720. Der X3 720 dominiert dank des schnelleren L3-Caches und der höheren Speicherbandbreite gegenüber dem X4 920, der ebenfalls mit 2,8 GHz getakteten ist. Der Core 2 Q9300 versandet wegen des niedrigen Takts.

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Quake 4 unterstützt zwar offiziell SMT, in der Praxis sind mehr als zwei Kerne aber kein Gewinn. Die höchste Bildrate erreicht auch hier Intels Core 2 E8400 vor dem Phenom II X4 940 und den beiden gleich schnellen X4 920 und X3 720. Anders als bei HL2 kann der Phenom II X3 mit DDR2-Speicher hier nicht vom höheren Northbridge-Takt profitieren und steht daher nicht nur beim Takt, sondern auch bei den Fps auf der selben Stufe. Mit DDR3-1333-Modulen lässt der Phenom II X3 720 den X4 920 hinter sich und reiht sich zwischen die beiden Quad-Cores.

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Unreal Tournament 3 ist bereits Vertreter einer neuen Generation von Spielen, die mit mehrereren Kernen die Bildraten steigern können. Offensichtlich klappt das aber nicht gut genug, um einen deutlichen Unterschied zwischen drei und vier Kernen zu zeigen. DDR3 kompensiert hier den geringeren Takt des Phenom II X3 720 und bei 1280x1024 holt er sogar den Phenom II X4 940 ein. Klar an letzter Stelle liegt der Core 2 E8400, dessen zwei Kerne hier nicht reichen, um mit den Drei- und Vierkern-CPUs mitzuhalten.

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Zuguterletzt durften die Testobjekte noch bei Crysis zeigen, was in ihnen steckt: Die Core-2-basierenden Prozessoren sind hier etwas besser, wie der erste Platz des Core 2 Q9300 zeigt. Dahinter kämpfen Phenom II X4 940 und Phenom II X3 720 mit DDR3 um Platz zwei. Der X3 profitiert dabei sowohl von der schnelleren Northbridge mit dem L3-Cache, als auch vom schnelleren Speicher. Letzten Endes entscheidet aber die Grafikkarte bei Crysis in hoher Auflösung über Gedeih und Verderb!

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Leistungsbedarf

Der leistungshungrige 65-nm-Phenom hatte gegenüber den 45-nm-CPUs von Intel einen schweren Stand. Aber wie sieht es beim 45-nm-Phenom II aus? Starken Einfluß üben natürlich das jeweilige Mainboard und die Versorgungsspannung des Speichers. So ermittelten wir mit auf dem Gigabyte GA-M790GP-DS4H mit DDR2-800 mit 1,90 V einen Vebrauch von 119 W im Leerlauf, mit DDR2-1066 mit 2,20 V waren es 125 W. Besonders erstaunt hat uns der Unterschied zwischen dem ASUS M4A78T-E und dem Gigabyte, die sich von der Ausstattung her praktisch nicht unterscheiden - die DDR3-Steckplätze ausgenommen: Mit DDR3-1333-Modulen bei 1,65 V betrug die Differenz 15 W im Leerlauf, unter Last gar 19 W. Ein Teil davon rührt sicher vom Spannungsunterschied zwischen DDR2 und DDR3, das ASUS M478T-E scheint aber einfach effizienter zu arbeiten.

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Auf dem Gigabyte-Board hält der Phenom II X3 720 im Leerlauf mit den beiden Intel-Prozessoren mit, auf der ASUS-Platine liegt er sogar deutlich vorn. Das für die Intel-CPUs verwendete ASUS Rampage Extreme ist allerdings kein Stromsparer! Unter Last hat der Intel Core 2 E8400 die Nase vorne, jedoch darf man nicht vergessen, dass er nur zwei Kerne hat. Der Core 2 Q9300 liegt zwischen den beiden Ergebnissen des Phenom II X3 720.

Fazit


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Trotz anfänglicher Skepsis offenbart sich der AMD Phenom II X3 720 als interessante Alternative, zu den Core 2 Duo der gleichen Preisliga. Der Phenom II X3 entscheidet das Rennen klar für sich, sobald eine Anwendung vom dritten Kern profitiert. Arbeiteten nur ein oder zwei Kerne, liegt der Core 2 Duo E8400 voran und das nicht nur wegen des höheren Taktes.

Das Black-Edition-Modell bietet einen wichtigen Pluspunkt: Der Prozessor läßt sich einfach übertakten, ohne auf viele Faktoren achten zu müssen. Wie man im Test sehen kann, bietet die Phenom-II-Familie Raum zum Übertakten - selbst ohne aufwendige Kühlung. Das Übertakten macht so richtig Spaß und einige Forenmitglieder haben es auch schon mit Kompressor oder Stickstoff probiert.

In Anbetracht der etwas günstigeren AM2+-Mainboards, empfiehlt sich der Phenom II X3 durchaus für Preisbewußte! Für diese Gruppe ist die Option auf DDR3 eher von theoretischem Wert, wenngleich dieser Speichertyp bei einigen Anwendungen seine Vorzüge hat. Solange DDR2-Module jedoch derart günstig sind, konzentriert sich der Großteil der Käufer wohl weiterhin auf AM2+-Mainboards.
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