Die meisten Computerbenutzer werden sich beim Kauf eines Computers nicht besonders um die Leistung kümmern. Solange es schnell und billig genug ist, ist das gut genug. Sie kaufen einen Computer mit einer CPU der aktuellen oder einer früheren Generation und suchen nach der richtigen Speichermenge auf das nächste halbe Terabyte genau.
Einige suchen vielleicht nach CPU-Geschwindigkeit, Kernanzahl oder RAM-Kapazität, aber das ist es in der Regel. Wenn Sie ein Technik-Enthusiast sind, achten Sie vielleicht mehr auf diese Dinge, damit Sie wissen, was Sie bekommen und ob es wirklich ein gutes Geschäft ist.
Eine der Möglichkeiten, die maximale Leistung aus Ihrem Computer herauszuholen, besteht darin, Hochleistungs-RAM zu erhalten. Die signifikante auffällige Verkaufszahl ist die Taktrate des Arbeitsspeichers, beispielsweise DDR4-3200 oder DDR5-6400. Technisch gesehen ist diese zweite Zahl nicht die Taktrate. Es ist die Übertragungsrate. Dies ist die doppelte Taktrate, da DDR RAM Double Data Rate ist. Dennoch klingt die höhere Zahl auf dem Marketingmaterial besser.
Diese Übertragungsrate ist ein Maß für die Bandbreite des Arbeitsspeichers, daher sind höhere Zahlen besser. Die Bandbreite ist jedoch nicht der einzige Faktor für die RAM-Leistung. Latenz ist genauso wichtig, wenn nicht sogar noch wichtiger.
Was ist Latenz?
Die Latenz ist ein Maß für die Verzögerung zwischen dem Beginn eines Prozesses und seinem tatsächlichen Ablauf. Ein einfaches Beispiel ist der „Ping“ Ihrer Internetverbindung. Wenn Sie jemals einen Geschwindigkeitstest durchgeführt haben, haben Sie Ihre Download-Geschwindigkeit und Ihren Ping gesehen. Die Download-Geschwindigkeit ist Ihre Internetbandbreite, und der Ping ist die Latenz zwischen Ihrer Anfrage und dem Empfang durch den Server. Wie viele Spieler wissen, spielt es keine Rolle, wie schnell Ihr Internet ist. Sie werden keine gute Erfahrung machen, wenn Sie eine hohe Latenz haben.
Hochleistungs-RAM wird immer mit seiner Geschwindigkeit werben. Es wird oft mindestens ein bestimmtes Latenzmaß beworben. Das gebräuchlichste und wichtigste Latenzmaß ist CAS Latency, manchmal abgekürzt als CL. Wenn man sich die Produktspezifikationen etwas genauer ansieht, ist es im Allgemeinen möglich, die vier wichtigsten Timings zu finden. Dies sind tCL/tCAS (die CAS-Latenz), tRCD, tRP und tRAS. Diesen Timings kann gelegentlich eine fünfte Zahl folgen, eine Befehlsrate, aber das ist etwas anders und im Allgemeinen unwichtig.
Die Grundlagen des RAM-Betriebs
Bevor wir diese primären Timings definieren, ist es wichtig, die Grundlagen der tatsächlichen Funktionsweise von RAM zu verstehen. Daten im RAM werden in Spalten gespeichert, und es kann immer nur mit einer interagiert werden. Um aus einer Spalte lesen oder schreiben zu können, müssen Sie zuerst die Zeile öffnen, in der sich diese Spalte befindet. Es kann immer nur eine Reihe geöffnet sein. RAM kann mit mehreren Bänken geliefert werden. In diesem Fall kann pro Bank nur eine Zeile verfügbar sein. Während nur mit einer Spalte gleichzeitig interagiert werden kann, ermöglicht das Öffnen einer zweiten Zeile in einer zweiten Bank, dass die nächste Lese- oder Schreiboperation effizient in die Warteschlange gestellt wird.
Es ist wichtig zu verstehen, dass Timings keine absoluten Werte sind. Sie sind tatsächlich Vielfache des RAM-E/A-Takts, da sie Einheiten von Taktzyklen sind. Auch hier ist RAM die doppelte Datenrate, was der Hälfte der angegebenen Geschwindigkeit entspricht. Sie müssen etwas rechnen, um die tatsächliche Latenz eines bestimmten Timings zu bestimmen. Sie können 1/(angegebene Übertragungsrate in Ts/2) verwenden, um die Länge eines einzelnen Taktzyklus in Sekunden zu erhalten, und diese dann mit dem Zeitverhältnis multiplizieren, dessen Wert Sie wissen möchten. Nehmen Sie alternativ an, Sie möchten eine einfachere Zeit. In diesem Fall können Sie eine 2000/angegebene Übertragungsrate in MTs durchführen, um die Länge eines einzelnen Taktzyklus in Nanosekunden zu erhalten, und diese mit dem Zeitverhältnis multiplizieren.
Wenn wir beispielsweise zwei RAM-Sätze haben, DDR4-3000 CL15 und DDR4-3200 CL16, können wir (2000/3000)*15 und (2000/3200)*16 ausführen, um die absolute CAS-Latenz beider Typen zu ermitteln RAM beträgt 10 Nanosekunden.
Primäre Timings
Die primären Timings des RAM werden typischerweise als ein Satz von vier Zahlen dargestellt, die durch Bindestriche getrennt sind. Gelegentlich werden diese entweder von einem „1T“ oder „2T“ am Ende begleitet. Für die folgenden Beispiele verwenden wir die primären Timings von zwei Einträgen in unserem letzten Artikel über die bester Gaming-RAM im Jahr 2022: das G.Skill Trident Z Royal DDR4 3200 CL16-18-18-38 und die G.Skill Trident Z5 RGB DDR5 6400 CL32-39-39-102. Für diese Beispiele sind die primären Timings 16-18-18-38 bzw. 32-39-39-102. Die Zeit für einen einzelnen Taktzyklus beträgt 0,625 Nanosekunden bzw. 0,3125 Nanosekunden.
Notiz: All diese Timings wirken sich auf alle Lese- oder Schreibvorgänge aus. In den folgenden Beispielen beziehen wir uns jedoch nur auf Lesevorgänge, um die Dinge einfach zu halten.
CAS-Latenz
Die erste Zahl in den primären Timings ist die CAS-Latenz. Dies ist normalerweise das primäre Timing, das verbessert werden muss, wenn Sie versuchen, den RAM zu übertakten. Die CAS-Latenz kann auch als CL, tCAS oder tCL bezeichnet werden, wobei die beiden letzteren eher im BIOS und anderen Konfigurationsdienstprogrammen zu finden sind. CAS ist die Abkürzung für Column Address Strobe. Technisch gesehen ist es kein Blitz mehr. Aber der Befehl liest Daten aus einer Spalte einer offenen Zeile in einem sogenannten „Seitentreffer“.
tCL ist ein Maß dafür, wie viele Zyklen nach dem Senden eines CAS-Befehls damit begonnen wird, die Antwort über den E/A-Bus zurückzusenden. Für unser DDR4-Beispiel beträgt die CAS-Latenz also 10 Nanosekunden; für unser DDR5-Beispiel beträgt die CAS-Latenz ebenfalls 10 Nanosekunden.
RAS-zu-CAS-Verzögerung
Der zweite Eintrag in den primären Timings ist die RAS-zu-CAS-Verzögerung. Dies wird im Allgemeinen als tRCD bezeichnet und ist ein Mindestwert, kein exakter Wert. Wenn beim Eintreffen einer Leseanweisung keine Zeilen geöffnet sind, wird dies als „Seitenfehler“ bezeichnet. Eine Zeile muss zuerst geöffnet werden, um auf eine Spalte zuzugreifen und ihre Daten zu lesen. RAS steht für Row Access Strobe. Wie CAS ist es kein Strobe mehr, dessen Name ein Kater ist, sondern der Name des Befehls, der zum Öffnen einer Zeile ausgegeben wird.
Die RAS-zu-CAS-Verzögerung ist die minimale Anzahl von Taktzyklen, die benötigt werden, um die Zeile zu öffnen, vorausgesetzt, dass keine offen ist. Die Zeit, um Daten in diesem Szenario lesen zu können, ist tRCD + tCL. Unser DDR4-Beispiel hat einen tRCD von 18, was 11,25 Nanosekunden entspricht, während unser DDR5-Beispiel einen tRCD von 39 hat, was 12,1875 Nanosekunden ergibt.
Zeilenvorladezeit
Das dritte primäre Timing ist die Row Precharge Time, die allgemein mit tRP abgekürzt wird. Dieser Wert ist wichtig, wenn es eine andere Art von Fehlseiten gibt. In diesem Fall ist nicht die rechte Reihe offen, sondern eine andere Reihe. Um die rechte Reihe zu öffnen, muss zuerst die andere Reihe geschlossen werden. Das Vervollständigen einer Reihe wird als Vorladen bezeichnet. Dies beinhaltet das Schreiben der Werte in die Zeile, die beim Öffnen gelesen wurde.
Die Zeilenvorladezeit ist die minimale Anzahl von Taktzyklen, die erforderlich ist, um den Vorladeprozess in einer offenen Zeile abzuschließen. Die Gesamtzeit, um in diesem Szenario Daten aus einer Zelle lesen zu können, wäre tRP + tRCD + tCL. Da die Werte von tRP in unseren beiden Beispielen dieselben sind wie die von tRCD, ist es leicht zu erkennen, dass sie enden würden mit denselben Werten: 11,25 Nanosekunden für DDR4 tRP und 12,1875 Nanosekunden für DDR5 tRP.
Zeilenaktivierungszeit
Das vierte primäre Timing ist die Zeilenaktivierungszeit, die allgemein mit tRAS abgekürzt wird. Dies ist die minimale Anzahl von Taktzyklen zwischen dem Befehl zum Öffnen einer Zeile und dem Vorladebefehl zum erneuten Schließen. Es ist die Zeit, die benötigt wird, um die Zeile intern zu aktualisieren. Dies ist das einzige primäre Timing, das sich mit einem anderen, insbesondere tRCD, überschneidet. Die Werte variieren, sind aber typischerweise ungefähr tRCD + tCL, obwohl sie bis zu etwa tRCD + (2* tCL) reichen können.
Unser DDR4-Beispiel hat eine tRAS von 38 Zyklen, was eine Gesamtzeit von 23,75 Nanosekunden ergibt. Unser DDR5-Beispiel hat einen rRAS-Wert von 102 Zyklen, was eine Gesamtzeit von 31,875 Nanosekunden ergibt.
In der Vergangenheit lagen die Werte für synchronisiertes DRAM sehr nahe bei tRCD + tCL, wie in unserem Beispiel für DDR4-Timings zu sehen ist. Das tRCD + (2* tCL)-Szenario wurde traditionell für asynchrones DRAM verwendet, da der Speichercontroller mehr als genug Zeit für den Abschluss des Vorgangs einräumen musste. Interessanterweise verwendet DDR5 derzeit auch die tRCD + (2* tCL) Summe. Es ist unklar, ob dies auf eine Änderung des Standards zurückzuführen ist oder ob es sich um ein Anfangsproblem früher DDR5-Produkte handelt, das mit zunehmender Reife der Plattform verschärft wird.
Interessanterweise gibt es Hinweise darauf, dass es möglich ist, mit einem niedrigeren tRAS als tRCD + tCL zu booten. Theoretisch sollte das nicht wirklich funktionieren. Es ist unklar, ob dies daran liegt, dass dieser Wert, wie die meisten anderen Timings, ein Minimum ist und der Speichercontroller in der Praxis lockerere Timings verwendet. Oder wenn die Einstellungen nur teilweise stabil waren. Von den primären Timings hat dies wahrscheinlich den geringsten Einfluss auf die tatsächliche Leistung, kann aber eine Anpassung wert sein, wenn Sie nach Spitzenleistung suchen, insbesondere bei den hohen Werten, die in aktuellem DDR5 zu sehen sind.
Befehlsrate
Die Befehlsrate ist die Anzahl von Zyklen zwischen einem ausgewählten DRAM-Chip und einem auf diesem Chip ausgeführten Befehl. Für diesen Wert gibt es viele Akronyme wie CR, CMD, CPC und tCPD. Der einfachste Weg, dies zu erkennen, besteht darin, dass auf den Zahlenwert normalerweise ein „T“ folgt. Trotz der T-Notation ist dies immer noch ein Maß in Taktzyklen.
Der meiste RAM, den Sie finden, läuft mit 2T, obwohl einige mit 1T laufen können. Es wird einen minimalen Unterschied geben, da dies der Unterschied eines einzelnen Taktzyklus ist, weniger als eine Nanosekunde.
Sekundäre und tertiäre Timings
Es gibt viele andere sekundäre und tertiäre Timings, die geändert werden können. Allerdings ist dies sehr komplex. Selbst erfahrene Speicherübertakter können einen Tag oder länger brauchen, um stabile Einstellungen einzustellen. Einige sind einfacher anzupassen als andere und haben größere Auswirkungen. Zum Beispiel tREFI und tRFC. Diese steuern, wie oft die Speicherzellen aufgefrischt werden und wie lange der Auffrischvorgang dauert. Während des Auffrischvorgangs muss die Bank ansonsten im Leerlauf bleiben. Wenn Sie also eine möglichst große Lücke zwischen den Aktualisierungen und eine möglichst kurze Aktualisierungsdauer haben, kann Ihr RAM länger funktionieren.
Das Tunen dieser Werte zeigt einen besonderen Wert, wenn Ihre RAM-Konfiguration eine unzureichende Anzahl von Bänken hat. Es ist wichtig zu verstehen, dass eine falsche Eingabe dieser Werte zu großflächigen Speicherbeschädigungsfehlern führt, da die Zellen nicht oft genug aktualisiert werden. Diese Einstellungen sind auch anfällig für die RAM-Temperatur, da diese direkt beeinflusst, wie schnell die Ladung in einer Zelle abfällt und somit wie oft sie aufgefrischt werden muss.
Speicher-Controller-Verhältnis
Bei neueren CPU-Generationen können Sie das Speicher-Controller-Verhältnis konfigurieren. Dies ist normalerweise als Gang 1, 2 und 4 bekannt. Gear 1 bringt den Speichercontroller dazu, im Verhältnis 1:1 mit dem Speicher zu laufen. Dies führt jedoch zu einer übermäßigen Leistungsaufnahme über 3600 MTs, was die Systemstabilität beeinträchtigt. Um die Latenz etwas zu erhöhen, führt der Wechsel zu Gear 2 den Speichercontroller mit einem Verhältnis von 1:2 aus, also mit der halben Geschwindigkeit des Speichers. Dies bietet letztendlich erst ab etwa 4400 MTs einen Vorteil. Gang 1 ist besser, aber Gang 2 kann bei höheren Geschwindigkeiten für Stabilität sorgen.
Während dies für DDR4-RAM wichtig ist, läuft DDR5-RAM derzeit immer in Gear 2, da es schneller startet. Während es derzeit unnötig ist, da die Technologie nicht ausgereift genug ist, um es zu verwenden, würde Gear 4 den Speichercontroller in einem Verhältnis von 1: mit dem Speicher mit einem Viertel der Geschwindigkeit betreiben. Auch dies ist nur bei hohen Geschwindigkeiten notwendig. Es ist jedoch unklar, wo genau diese Umstellung stattfinden würde, da die Hardware noch nicht da ist.
Schlussfolgerungen
RAM-Timings bieten eine unglaubliche Konfigurierbarkeit für Ihren System-RAM. Sie sind jedoch auch ein tiefes Kaninchenloch, wenn Sie in die volle RAM-Übertaktung einsteigen. Um die Nutzung der meisten Vorteile zu erleichtern, ermöglicht der XMP-Standard Speicherherstellern, ihre empfohlenen Timings außerhalb der JEDEC-Standards anzugeben. Dies kann zusätzliche Leistung in einer nahezu Plug-and-Play-Implementierung bieten.
In einigen Fällen wird das XMP-Profil standardmäßig aktiviert. Dennoch wird es oft notwendig sein, es manuell im BIOS auszuwählen. Dadurch werden automatisch die höheren vom Anbieter empfohlenen Geschwindigkeiten angewendet und die Timings auf die vom Anbieter getesteten Einstellungen gestrafft. Wenn Sie sich entscheiden, Ihre RAM-Timings zu konfigurieren, ist es wichtig zu wissen, was sie sind und was sie tun.