Co jsou časování RAM?

Většina uživatelů počítačů se při nákupu počítače nebude příliš zajímat o výkon. Dokud je to dostatečně rychlé a levné, je to dost dobré. Koupí si počítač s aktuální nebo předchozí generací CPU a hledají správné množství úložiště s přesností na půl terabajtu.

Někdo může hledat rychlost CPU, počet jader nebo kapacitu RAM, ale to bývá. Pokud jste technologický nadšenec, můžete těmto věcem věnovat více pozornosti, abyste věděli, co dostáváte a jestli je to opravdu dobrý obchod.

Jedním ze způsobů, jak z počítače vymáčknout maximum výkonu, je získat vysoce výkonnou paměť RAM. Významným honosným prodejním číslem je takt RAM, jako je DDR4-3200 nebo DDR5-6400. Technicky to druhé číslo není rychlost hodin. Jde o přenosovou rychlost. To je dvojnásobná rychlost hodin, protože DDR RAM má dvojnásobnou rychlost přenosu dat. Přesto vyšší číslo zní na marketingových materiálech lépe.

Tato přenosová rychlost je měřítkem šířky pásma paměti RAM, takže vyšší čísla jsou lepší. Šířka pásma však není jediným faktorem výkonu RAM. Latence je stejně důležitá, ne-li ještě důležitější.

Co je latence?

Latence je měřítkem zpoždění mezi zahájením procesu a jeho skutečným průběhem. Jednoduchým příkladem je „ping“ vašeho internetového připojení. Pokud jste někdy spustili test rychlosti, uvidíte rychlost stahování a ping. Rychlost stahování je šířka vašeho internetového pásma a ping je latence mezi vámi zadaným požadavkem a serverem, který jej přijme. Jak mnoho hráčů jistě ví, nezáleží na tom, jak rychlý máte internet. Pokud máte vysokou latenci, nebudete mít dobrou zkušenost.

Vysoce výkonná RAM bude vždy inzerovat svou rychlost. Často bude inzerovat alespoň jednu konkrétní míru latence. Nejběžnějším a nejdůležitějším měřítkem latence je CAS Latency, někdy zkrácená na CL. Když se podíváte trochu hlouběji do specifikací produktu, je obecně možné najít hlavní čtyři primární časování. Jsou to tCL/tCAS (CAS Latency), tRCD, tRP a tRAS. Po těchto časováních může občas následovat páté číslo, rychlost příkazů, ale to je trochu jiné a obecně nedůležité.

Základy provozu RAM

Než definujeme tato primární časování, bude nezbytné porozumět základům toho, jak RAM skutečně funguje. Data v paměti RAM jsou uložena ve sloupcích a v každém okamžiku lze pracovat pouze s jedním. Abyste mohli číst nebo zapisovat do sloupce, musíte nejprve otevřít řádek, ve kterém se tento sloupec nachází. Najednou může být otevřen pouze jeden řádek. RAM může mít více bank. V tomto případě může být pro každou banku k dispozici pouze jeden řádek. Zatímco lze pracovat pouze s jedním sloupcem najednou, otevření druhého řádku v druhé bance umožňuje, aby další operace čtení nebo zápisu byla efektivně zařazena do fronty.

Je důležité pochopit, že načasování nejsou absolutní hodnoty. Jsou to vlastně násobky hodin RAM I/O, protože jsou to jednotky hodinových cyklů. Opět platí, že RAM má dvojnásobnou rychlost přenosu dat, což je polovina inzerované rychlosti. Chcete-li určit skutečnou latenci konkrétního načasování, musíte provést nějakou matematiku. Můžete udělat 1/(inzerovaná přenosová rychlost v Ts/2), abyste získali délku jednoho hodinového cyklu v sekundách a poté ji vynásobte poměrem časování, jehož hodnotu chcete znát. Případně předpokládejme, že chcete jednodušší čas. V takovém případě můžete provést přenosovou rychlost 2000/inzerovanou přenosovou rychlost v MT, abyste získali délku jednoho hodinového cyklu v nanosekundách a vynásobili ji poměrem časování.

Například, pokud máme dvě sady RAM, DDR4-3000 CL15 a DDR4-3200 CL16, můžeme udělat (2000/3000)*15 a (2000/3200)*16, abychom zjistili, že absolutní latence CAS obou typů RAM je 10 nanosekund.

Primární časování

Primární časování RAM jsou obvykle prezentovány jako sada čtyř čísel oddělených pomlčkami. Příležitostně budou na konci doplněny buď „1T“ nebo „2T“. Pro následující příklady použijeme primární časování ze dvou položek v našem nedávném článku o nejlepší herní paměti RAM v roce 2022 : G.Skill Trident Z Royal DDR4 3200 CL16-18-18-38 a G.Skill Trident Z5 RGB DDR5 6400 CL32-39-39-102 . Pro tyto příklady jsou primární časování 16-18-18-38, respektive 32-39-39-102. Čas pro jeden cyklus hodin je 0,625 nanosekund a 0,3125 nanosekund, v tomto pořadí.

Poznámka : Všechna tato načasování ovlivňují jakoukoli operaci, čtení nebo zápis, i když v níže uvedených příkladech budeme pro zjednodušení pouze odkazovat na operace čtení.

CAS latence

První číslo v primárním časování je CAS latence. Toto je obvykle primární načasování, které se má zlepšit, pokud se pokoušíte přetaktovat RAM. Latence CAS může být také označena jako CL, tCAS nebo tCL, přičemž poslední dvě lze pravděpodobně nalézt v BIOSu a dalších konfiguračních utilitách. CAS je zkratka pro Column Address Strobe. Technicky už to není stroboskop. Příkaz však čte data ze sloupce otevřeného řádku v tom, co je známé jako „požadavek na stránku“.

tCL je měřítkem toho, kolik cyklů po odeslání instrukce CAS se začne vracet odpověď přes I/O sběrnici. Takže pro náš příklad DDR4 je latence CAS 10 nanosekund; pro náš příklad DDR5 je latence CAS také 10 nanosekund.

Zpoždění RAS do CAS

Druhá položka v primárním časování je zpoždění RAS to CAS. To bude obecně označováno jako tRCD a je to minimální hodnota, nikoli přesná hodnota. Pokud při příchodu instrukce čtení nejsou otevřené žádné řádky, nazývá se to „chybějící stránka“. Chcete-li získat přístup ke sloupci a přečíst si jeho data, musíte nejprve otevřít řádek. RAS je zkratka pro Row Access Strobe. Stejně jako CAS to již není stroboskop s názvem kocovina, ale je to název příkazu vydaného k otevření řádku.

Zpoždění RAS to CAS je minimální počet hodinových cyklů potřebných k otevření řádku, za předpokladu, že žádný není otevřený. Čas potřebný k načtení dat v tomto scénáři je tRCD + tCL. Náš příklad DDR4 má tRCD 18, což je 11,25 nanosekund, zatímco náš příklad DDR5 má tRCD 39, což dává 12,1875 nanosekund.

Doba přednabíjení řádku

Třetím primárním časováním je doba přednabíjení řádku, obecně zkrácená na tRP. Tato hodnota je nezbytná, pokud dojde k chybě jiného typu stránky. V tomto případě není otevřen pravý řádek, ale jiný řádek ano. Chcete-li otevřít pravou řadu, musíte nejprve uzavřít druhou řadu. Proces dokončení řádku se nazývá předběžné nabíjení. To zahrnuje zápis hodnot do řádku, který byl přečten při jeho otevření.

Doba přednabíjení řádku je minimální počet hodinových cyklů potřebný k dokončení procesu předběžného nabíjení na otevřené řadě. Celková doba potřebná k načtení dat z buňky by v tomto scénáři byla tRP + tRCD + tCL. Protože hodnoty tRP jsou stejné jako tRCD v obou našich příkladech, je snadné vidět, že by skončily se stejnými hodnotami: 11,25 nanosekund pro DDR4 tRP a 12,1875 nanosekund pro DDR5 tRP.

Čas aktivace řádku

Čtvrtým primárním načasováním je doba aktivace řádku, obecně zkrácená na tRAS. Toto je minimální počet hodinových cyklů mezi příkazem k otevření řádku a příkazem precharge k jeho opětovnému uzavření. Je to čas potřebný k vnitřnímu obnovení řádku. Toto je jediné primární časování, které se překrývá s jiným, konkrétně tRCD. Hodnoty se liší, ale obvykle jsou zhruba tRCD + tCL, ačkoli se mohou pohybovat až kolem tRCD + (2* tCL).

Náš příklad DDR4 má tRAS 38 cyklů, což dává celkový čas 23,75 nanosekund. Náš příklad DDR5 má hodnotu rRAS 102 cyklů, což dává celkový čas 31,875 nanosekund.

Historicky byly pro synchronizovanou DRAM hodnoty velmi blízké tRCD + tCL, jak je vidět v našem příkladu časování DDR4. Scénář tRCD + (2* tCL) byl tradičně používán pro asynchronní DRAM, protože paměťový řadič potřeboval na dokončení operace poskytnout více než dostatek času. Zajímavé je, že DDR5 aktuálně používá také součet tRCD + (2* tCL). Není jasné, zda je to způsobeno změnou standardu, nebo jde o počáteční problém raných produktů DDR5, které budou zpřísněny, jak platforma dozrává.

Je zajímavé, že existují určité důkazy, že je možné zavést systém s tRAS nižším než tRCD + tCL. Teoreticky by to opravdu fungovat nemělo. Není jasné, zda je to proto, že tato hodnota, stejně jako většina ostatních časování, je minimální a paměťový řadič se v praxi rozhodl používat volnější časování. Nebo kdyby bylo nastavení jen částečně stabilní. Z primárních načasování to má pravděpodobně nejmenší vliv na skutečný výkon, ale může být vhodné upravit, pokud hledáte špičkový výkon, zejména s vysokými hodnotami, které lze vidět u současných DDR5.

Příkazová rychlost

Rychlost příkazů je počet cyklů mezi vybraným čipem DRAM a příkazem provedeným na tomto čipu. Pro tuto hodnotu existuje mnoho akronymů, například CR, CMD, CPC a tCPD. Nejjednodušší způsob, jak to zjistit, je, že za číselnou hodnotou obvykle následuje „T“. Navzdory označení T je to stále míra v hodinových cyklech.

Většina RAM, kterou najdete, poběží na 2T, i když některé mohou běžet na 1T. Bude zde minimální rozdíl, protože se jedná o rozdíl jednoho hodinového cyklu, méně než nanosekundu.

Sekundární a terciární časování

Existuje spousta dalších sekundárních a terciárních časování, které lze změnit. To je však velmi složité. Dokonce i zkušeným uživatelům přetaktování paměti může trvat den nebo déle, než vytočí stabilní nastavení. Některé se upravují snadněji než jiné a mají výraznější dopady. Například tREFI a tRFC. Ty řídí, jak často jsou paměťové buňky obnovovány a jak dlouho proces obnovy trvá. Během procesu obnovy musí banka jinak nečinně sedět. Takže co největší mezera mezi obnovami a co nejkratší obnovovací perioda znamená, že vaše RAM může fungovat déle.

Vyladění těchto hodnot zobrazí konkrétní hodnotu, když vaše konfigurace RAM má nedostatečný počet bank. Je důležité pochopit, že nesprávné nastavení těchto hodnot způsobí rozsáhlé chyby poškození paměti, protože buňky nebudou dostatečně často obnovovány. Tato nastavení jsou také citlivá na teplotu RAM, protože to přímo ovlivňuje, jak rychle se vybije náboj v článku a tedy jak často je třeba jej obnovovat.

Poměr řadiče paměti

Nedávné generace CPU vám umožňují konfigurovat poměr řadiče paměti. Toto je obvykle známé jako Gear 1, 2 a 4. Gear 1 zajistí, aby řadič paměti běžel s pamětí v poměru 1:1. To však vede k nadměrnému odběru energie nad 3600 MT, což ovlivňuje stabilitu systému. Pro určité zvýšení latence přepnutí na Gear 2 spustí paměťový řadič v poměru 1:2, při poloviční rychlosti paměti. To v konečném důsledku nabízí pouze výhody od přibližně 4400 MT a více. Gear 1 je lepší, ale Gear 2 dokáže zajistit stabilitu při vyšších rychlostech.

I když je to důležité pro DDR4 RAM, DDR5 RAM v současné době vždy běží na Gear 2, protože začíná rychleji. I když je to v současnosti zbytečné, protože technologie není dostatečně vyspělá k použití, Gear 4 by řadič paměti provozoval v poměru 1: s pamětí na čtvrtinovou rychlost. Opět je to nutné pouze při vysokých rychlostech. Není však jasné, kde přesně k tomuto přechodu dojde, protože hardware tam ještě není.

Závěry

Časování RAM nabízí neuvěřitelnou konfigurovatelnost pro vaši systémovou RAM. Jsou však také hlubokou králičí norou, pokud se dostanete do plného přetaktování RAM. Aby bylo snazší získat většinu výhod, umožňuje standard XMP výrobcům pamětí specifikovat jejich doporučená časování mimo normy JEDEC. To může nabídnout extra výkon v implementaci téměř plug-and-play.

V některých případech bude profil XMP ve výchozím nastavení povolen. Přesto bude často nutné jej vybrat ručně v BIOSu. Tím se automaticky použijí vyšší rychlosti doporučené dodavatelem a zpřísní se časování na nastavení testovaná dodavatelem. Pokud se rozhodnete nakonfigurovat časování RAM, je nezbytné vědět, co to je a co dělají.