Większość użytkowników komputerów nie przejmuje się zbytnio wydajnością przy zakupie komputera. Dopóki jest wystarczająco szybki i tani, to wystarczy. Kupią komputer z procesorem obecnej lub poprzedniej generacji i poszukają odpowiedniej ilości pamięci do najbliższego półterabajta.
Niektórzy mogą szukać szybkości procesora, liczby rdzeni lub pojemności pamięci RAM, ale to zwykle jest to. Jeśli jesteś entuzjastą technologii, możesz zwracać większą uwagę na te rzeczy, więc wiesz, co dostajesz i czy to naprawdę dobra okazja.
Jednym ze sposobów na wyciśnięcie jak największej wydajności z komputera jest uzyskanie wysokowydajnej pamięci RAM. Znaczącą, krzykliwą liczbą sprzedaży jest taktowanie pamięci RAM, takiej jak DDR4-3200 lub DDR5-6400. Technicznie ta druga liczba nie jest prędkością zegara. To szybkość transferu. Jest to dwukrotność szybkości zegara, ponieważ pamięć DDR RAM to podwójna szybkość transmisji danych. Mimo to wyższa liczba brzmi lepiej w materiale marketingowym.
Ta szybkość transferu jest miarą przepustowości pamięci RAM, więc wyższe liczby są lepsze. Jednak przepustowość nie jest jedynym czynnikiem wpływającym na wydajność pamięci RAM. Opóźnienie jest równie ważne, jeśli nie ważniejsze.
Co to jest opóźnienie?
Opóźnienie jest miarą opóźnienia między zainicjowaniem procesu a jego faktycznym wystąpieniem. Prostym przykładem jest „ping” Twojego połączenia internetowego. Jeśli kiedykolwiek uruchomiłeś test prędkości, zobaczysz prędkość pobierania i ping. Szybkość pobierania to przepustowość Internetu, a ping to opóźnienie między wysłaniem żądania a serwerem, który je odbiera. Jak wielu graczy wie, nie ma znaczenia, jak szybki jest Twój internet. Nie będziesz miał dobrego doświadczenia, jeśli masz duże opóźnienia.
Wysokowydajna pamięć RAM zawsze będzie reklamować swoją szybkość. Często będzie reklamować co najmniej jedną konkretną miarę opóźnienia. Najczęstszą i najważniejszą miarą latencji jest opóźnienie CAS, czasami skracane do CL. Przyglądając się nieco głębiej specyfikacjom produktu, generalnie można znaleźć cztery główne czasy. Są to tCL/tCAS (opóźnienie CAS), tRCD, tRP i tRAS. Po tych czasach może czasami następować piąta liczba, wskaźnik poleceń, ale jest to nieco inne i generalnie nieistotne.
Podstawy działania pamięci RAM
Zanim zdefiniujemy te podstawowe czasy, konieczne będzie zrozumienie podstaw działania pamięci RAM. Dane w pamięci RAM są przechowywane w kolumnach i tylko z jedną można wchodzić w interakcję w dowolnym momencie. Aby móc czytać z kolumny lub pisać do niej, musisz najpierw otworzyć wiersz, w którym ta kolumna się znajduje. Jednocześnie może być otwarty tylko jeden rząd. Pamięć RAM może mieć wiele banków. W takim przypadku w jednym banku może być dostępny tylko jeden wiersz. Podczas gdy tylko jedna kolumna może być używana na raz, posiadanie drugiego wiersza otwartego w drugim banku pozwala na efektywne kolejkowanie następnej operacji odczytu lub zapisu.
Ważne jest, aby zrozumieć, że czasy nie są wartościami bezwzględnymi. W rzeczywistości są one wielokrotnościami zegara we/wy pamięci RAM, ponieważ są jednostkami cykli zegara. Znowu pamięć RAM ma podwójną szybkość transmisji danych, co stanowi połowę reklamowanej prędkości. Musisz wykonać trochę matematyki, aby określić rzeczywiste opóźnienie określonego czasu. Możesz wykonać 1/(reklamowana szybkość transferu w Ts/2), aby uzyskać długość pojedynczego cyklu zegara w sekundach, a następnie pomnożyć ją przez współczynnik taktowania, którego wartość chcesz poznać. Ewentualnie załóżmy, że chcesz mieć łatwiejszy czas. W takim przypadku możesz wykonać 2000/reklamowaną szybkość transferu w MT, aby uzyskać długość pojedynczego cyklu zegara w nanosekundach i pomnożyć ją przez współczynnik taktowania.
Na przykład, jeśli mamy dwa zestawy pamięci RAM, DDR4-3000 CL15 i DDR4-3200 CL16, możemy wykonać (2000/3000)*15 i (2000/3200)*16, aby odkryć, że bezwzględne opóźnienie CAS obu typów pamięci RAM to 10 nanosekund.
Czasy podstawowe
Podstawowe czasy pamięci RAM są zazwyczaj przedstawiane jako zestaw czterech liczb oddzielonych myślnikami. Czasami będzie im towarzyszyć na końcu „1T” lub „2T”. W poniższych przykładach użyjemy podstawowych czasów z dwóch wpisów w naszym ostatnim artykule na temat najlepsza pamięć RAM do gier w 2022 r.: G.Skill Trident Z Royal DDR4 3200 CL16-18-18-38 i G.Skill Trident Z5 RGB DDR5 6400 CL32-39-39-102. W tych przykładach podstawowe czasy to odpowiednio 16-18-18-38 i 32-39-39-102. Czas pojedynczego cyklu zegara wynosi odpowiednio 0,625 nanosekund i 0,3125 nanosekund.
Notatka: Wszystkie te czasy wpływają na każdą operację, odczytu lub zapisu, chociaż w poniższych przykładach odniesiemy się do operacji odczytu, aby uprościć sprawę.
Opóźnienie CAS
Pierwsza liczba w podstawowym czasie to opóźnienie CAS. Jest to zazwyczaj główny moment poprawy, jeśli próbujesz przetaktować pamięć RAM. Opóźnienie CAS może być również oznaczone jako CL, tCAS lub tCL, przy czym te dwa ostatnie są bardziej prawdopodobne w BIOS-ie i innych narzędziach konfiguracyjnych. CAS to skrót od Column Address Strobe. Technicznie rzecz biorąc, nie jest to już stroboskop. Ale polecenie odczytuje dane z kolumny otwartego wiersza w tak zwanym „trafieniu na stronę”.
tCL jest miarą liczby cykli po wysłaniu instrukcji CAS, po której odpowiedź zacznie być zwracana przez magistralę we/wy. Tak więc w naszym przykładzie DDR4 opóźnienie CAS wynosi 10 nanosekund; w naszym przykładzie DDR5 opóźnienie CAS wynosi również 10 nanosekund.
Opóźnienie RAS do CAS
Drugi wpis w podstawowym czasie to opóźnienie RAS do CAS. Będzie to ogólnie oznaczane jako tRCD i jest to wartość minimalna, a nie dokładna. Jeśli nie ma otwartych wierszy, gdy pojawia się instrukcja odczytu, jest to nazywane „pominięciem strony”. Aby uzyskać dostęp do kolumny w celu odczytania jej danych, należy najpierw otworzyć wiersz. RAS oznacza stroboskop dostępu do rzędu. Podobnie jak CAS, nie jest to już stroboskop, którego nazwa to kac, ale jest to nazwa polecenia wydanego w celu otwarcia rzędu.
Opóźnienie RAS do CAS to minimalna liczba cykli zegara potrzebnych do otwarcia wiersza, przy założeniu, że żaden nie jest otwarty. Czas, aby móc odczytać dane w tym scenariuszu, to tRCD + tCL. Nasz przykład DDR4 ma tRCD równy 18, czyli 11,25 nanosekund, podczas gdy nasz przykład DDR5 ma tRCD równy 39, co daje 12,1875 nanosekund.
Czas wstępnego ładowania rzędu
Trzecim podstawowym czasem jest czas wstępnego ładowania rzędu, ogólnie skrócony do tRP. Ta wartość jest niezbędna, gdy występuje inny rodzaj chybienia strony. W takim przypadku prawy rząd nie jest otwarty, ale jest inny. Aby otworzyć prawy rząd, należy najpierw zamknąć drugi rząd. Proces kompletowania rzędu nazywany jest ładowaniem wstępnym. Wiąże się to z zapisywaniem wartości w wierszu odczytanym z momentu jego otwarcia.
Czas wstępnego ładowania rzędu to minimalna liczba cykli zegara wymagana do zakończenia procesu wstępnego ładowania w otwartym rzędzie. Całkowity czas potrzebny na odczytanie danych z komórki w tym scenariuszu wynosiłby tRP + tRCD + tCL. Ponieważ wartości tRP są takie same jak tRCD w obu naszych przykładach, łatwo zauważyć, że się skończą z tymi samymi wartościami: 11,25 nanosekund dla DDR4 tRP i 12,1875 nanosekund dla DDR5 tRP.
Czas aktywacji wiersza
Czwartym głównym czasem jest czas aktywacji rzędu, zwykle skracany do tRAS. Jest to minimalna liczba cykli zegara między poleceniem otwarcia wiersza a poleceniem wstępnego naładowania, aby go ponownie zamknąć. Jest to czas potrzebny na wewnętrzne odświeżenie wiersza. Jest to jedyny główny czas, który pokrywa się z innym, w szczególności tRCD. Wartości różnią się, ale zazwyczaj są to w przybliżeniu tRCD + tCL, chociaż mogą wynosić do około tRCD + (2* tCL).
Nasz przykład DDR4 ma tRAS 38 cykli, co daje całkowity czas 23,75 nanosekund. Nasz przykład DDR5 ma wartość rRAS wynoszącą 102 cykle, co daje całkowity czas 31,875 nanosekund.
Historycznie dla zsynchronizowanej pamięci DRAM wartości były bardzo zbliżone do tRCD + tCL, jak widać w naszym przykładowym taktowaniu DDR4. Scenariusz tRCD + (2* tCL) był tradycyjnie używany dla asynchronicznej pamięci DRAM, ponieważ kontroler pamięci potrzebował więcej niż wystarczająco dużo czasu na zakończenie operacji. Co ciekawe, obecnie DDR5 wykorzystuje również sumę tRCD + (2*tCL). Nie jest jasne, czy jest to spowodowane zmianą standardu, czy jest to problem początkujący wczesnych produktów DDR5, które zostaną zaostrzone w miarę dojrzewania platformy.
Co ciekawe, istnieją dowody na to, że możliwy jest rozruch z tRAS niższym niż tRCD + tCL. Teoretycznie to nie powinno działać. Nie jest jasne, czy dzieje się tak, ponieważ ta wartość, podobnie jak większość innych czasów, jest minimalna, a kontroler pamięci wybiera w praktyce stosowanie luźniejszych czasów. Lub gdyby ustawienia były tylko częściowo stabilne. Spośród podstawowych czasów ma to prawdopodobnie najmniejszy wpływ na rzeczywistą wydajność, ale może być warte dostosowania, jeśli szukasz szczytowej wydajności, zwłaszcza przy wysokich wartościach widocznych w obecnej pamięci DDR5.
Szybkość poleceń
Szybkość poleceń to liczba cykli między wybranym układem DRAM a poleceniem wykonanym na tym układzie. Dla tej wartości istnieje wiele akronimów, takich jak CR, CMD, CPC i tCPD. Najłatwiejszym sposobem stwierdzenia jest to, że po wartości liczbowej zwykle występuje „T”. Pomimo notacji T, jest to nadal miara cykli zegarowych.
Większość znalezionych pamięci RAM będzie działać z prędkością 2T, chociaż niektóre mogą działać z prędkością 1T. Będzie minimalna różnica, ponieważ jest to różnica pojedynczego cyklu zegara, mniej niż nanosekunda.
Drugorzędny i trzeciorzędny takt
Istnieje wiele innych czasów drugorzędowych i trzeciorzędnych, które można zmienić. Jest to jednak bardzo złożone. Nawet doświadczonym overclockerom pamięci może zająć dzień lub więcej, aby uzyskać stabilne ustawienia. Niektóre są łatwiejsze do dostosowania niż inne i mają bardziej znaczący wpływ. Na przykład tREFI i tRFC. Kontrolują one częstotliwość odświeżania komórek pamięci i czas trwania procesu odświeżania. W przeciwnym razie podczas procesu odświeżania bank musi siedzieć bezczynnie. Tak więc duża przerwa między odświeżaniami i możliwie najkrótszy okres odświeżania oznaczają, że pamięć RAM może działać dłużej.
Strojenie tych wartości pokazuje konkretną wartość, gdy konfiguracja pamięci RAM ma niewystarczającą liczbę banków. Bardzo ważne jest, aby zrozumieć, że nieprawidłowe podanie tych wartości spowoduje błędy uszkodzenia pamięci na dużą skalę, ponieważ komórki nie będą odświeżane wystarczająco często. Ustawienia te są również podatne na temperaturę pamięci RAM, ponieważ ma to bezpośredni wpływ na to, jak szybko rozładowuje się ładunek w ogniwie, a tym samym na częstotliwość jego odświeżania.
Współczynnik kontrolera pamięci
Najnowsze generacje procesorów umożliwiają skonfigurowanie współczynnika kontrolera pamięci. Jest to zwykle znane jako Gear 1, 2 i 4. Gear 1 sprawia, że kontroler pamięci działa w stosunku 1:1 z pamięcią. Powoduje to jednak nadmierny pobór mocy powyżej 3600 MT, wpływając na stabilność systemu. Aby uzyskać pewien wzrost opóźnień, przejście na Gear 2 uruchamia kontroler pamięci w stosunku 1:2, przy połowie szybkości pamięci. To ostatecznie oferuje korzyści tylko od około 4400 MT i więcej. Gear 1 jest lepszy, ale Gear 2 może zapewnić stabilność przy wyższych prędkościach.
Chociaż jest to ważne w przypadku pamięci RAM DDR4, pamięć RAM DDR5 obecnie zawsze działa w Gear 2, ponieważ zaczyna się szybciej. Chociaż obecnie jest to niepotrzebne, ponieważ technologia nie jest wystarczająco dojrzała do użycia, Gear 4 obsługuje kontroler pamięci w stosunku 1: z pamięcią o jednej czwartej prędkości. Ponownie, jest to konieczne tylko przy dużych prędkościach. Jednak nie jest jasne, gdzie dokładnie nastąpi ta zmiana, ponieważ sprzętu jeszcze nie ma.
Wnioski
Taktowanie pamięci RAM zapewnia niesamowitą konfigurowalność pamięci RAM w systemie. Jednak są również głęboką króliczą norą, jeśli przejdziesz do pełnego przetaktowania pamięci RAM. Aby ułatwić uzyskanie większości korzyści, standard XMP umożliwia producentom pamięci określanie zalecanych czasów poza standardami JEDEC. Może to zapewnić dodatkową wydajność w niemalże plug-and-play implementacji.
W niektórych przypadkach profil XMP zostanie domyślnie włączony. Często jednak konieczne będzie ręczne wybranie go w BIOS-ie. Spowoduje to automatyczne zastosowanie wyższych prędkości zalecanych przez dostawcę i zaostrzenie taktowania do ustawień sprawdzonych przez dostawcę. Jeśli zdecydujesz się skonfigurować taktowanie pamięci RAM, wiedza o tym, czym one są i co robią, jest niezbędna.