задержка cas что это

Что такое тайминги и как они влияют на скорость оперативной памяти

Содержание

Содержание

Выбор оперативной памяти в игровую сборку может обернуться кошмаром, если начать разбираться в тонкостях ее работы. Требования современных игровых и рабочих задач диктуют свои условия, поэтому память — теперь чуть ли не самая важная и сложная часть в сборке компьютера. Среди многочисленных моделей нужно выбрать единственный подходящий вариант и это пугает. Причем самое сложное в этом — почему память с меньшей частотой работает быстрее и показывает больше кадров в играх, чем та, у которой частота выше. Для этого нужно разобраться, в чем все-таки измеряется скорость памяти и какие параметры влияют на нее.

Мощность компьютера измеряется величиной FLOPS, которая обозначает количество вычислительных операций за секунду. По причине того, что компьютеры могут одновременно выполнять миллионы операций, к флопсам добавляют приставку «гига».

В привычной же обстановке мы можем путать мощность и частоту, поэтому считаем производительность компьютеров не гигафлопсами, а максимальной рабочей частотой. Это проще в рядовых ситуациях, когда говорящие знают тему хорошо и соотносят мощность с герцами в уме автоматически.

В то же время, такое языковое упрощение вносит коррективы в понимание практической части вопроса. Вырывая контекст из форумов, рядовой пользователь и правда думает, что мощность памяти можно выразить в герцах. Просто потому, что гонка за частотой стала трендом среди любителей и энтузиастов. Это и мешает неопытному человеку понять, почему его высокочастотный процессор может проиграть тому, у которого на несколько сотен герц меньше. Все просто — у одного два ядра и четыре потока, а у другого четыре настоящих. И это большая разница.

Оперативная память и ее скорость

Оперативная память состоит из тысяч элементов, связанных между собой в чипах-микросхемах. Их называют банками (bank), которые хранят в себе строчки и столбцы с электрическим зарядом. Сам электрический заряд — это информация (картинки, программы, текст в буфере обмена и много чего еще). Как только системе понадобились данные, банка отдает заряд и ждет команды на заполнение новыми данными. Этим процессом руководит контроллер памяти.

Для аналогии, сравним работу оперативной памяти и работу кафе. Чипы можно представить в виде графинов с томатным соком. Каждый наполнен соком и мякотью спелых помидоров (электрический заряд, информация). В кафе приходит клиент (пользователь компьютера) и заказывает сок (запускает игру). Бармен (контроллер, тот, кто управляет банками) принимает заказ, идет на кухню (запрашивает информацию у банок), наливает сок (забирает игровые файлы) и несет гостю, а затем возвращается и заполняет графин новым соком (новой информацией о том, что запустил пользователь). Так до бесконечности.

Тайминги — качество

Работа памяти, вопреки стереотипу, измеряется не только герцами. Быстроту памяти принято измерять в наносекундах. Все элементы памяти работают в наносекундах. Чем чаще они разряжаются и заряжаются, тем быстрее пользователь получает информацию. Время, за которое банки должны отрабатывать задачи назвали одним словом — тайминг (timing — расчет времени, сроки). Чем меньше тактов (секунд) в тайминге, тем быстрее работают банки.

Такты. Если нам необходимо забраться на вершину по лестнице со 100 ступеньками, мы совершим 100 шагов. Если нам нужно забраться на вершину быстрее, можно идти через ступеньку. Это уже в два раза быстрее. А можно через две ступеньки. Это будет в три раза быстрее. Для каждого человека есть свой предел скорости. Как и для чипов — какие-то позволяют снизить тайминги, какие-то нет.

Частота — количество

Теперь, что касается частоты памяти. В работе ОЗУ частота влияет не на время, а на количество информации, которую контроллер может утащить за один подход. Например, в кафе снова приходит клиент и требует томатный сок, а еще виски со льдом и молочный коктейль. Бармен может принести сначала один напиток, потом второй, третий. Клиент ждать не хочет. Тогда бармену придется нести все сразу за один подход. Если у него нет проблем с координацией, он поставит все три напитка на поднос и выполнит требование капризного клиента.

Аналогично работает частота памяти: увеличивает ширину канала для данных и позволяет принимать или отдавать больший объем информации за один подход.

Тайминги плюс частота — скорость

Соответственно, частота и тайминги связаны между собой и задают общую скорость работы оперативной памяти. Чтобы не путаться в сложных формулах, представим работу тандема частота/тайминги в виде графического примера:

Разберем схему. На торговом центре есть два отдела с техникой. Один продает видеокарты, другой — игровые приставки. Дефицит игровой техники довел клиентов до сумасшествия, и они готовы купить видеокарту или приставку, только чтобы поиграть в новый Assassin’s Creed. Условия торговли такие: зона ожидания в отделе первого продавца позволяет обслуживать только одного клиента за раз, а второй может разместить сразу двух. Но у первого склад с видеокартами находится в два раза ближе, чем у второго с приставками. Поэтому он приносит товар быстрее, чем второй. Однако, второй продавец будет обслуживать сразу двух клиентов, хотя ему и придется ходить за товаром в два раза дальше. В таком случае, скорость работы обоих будет одинакова. А теперь представим, что склад с приставками находится на том же расстоянии, что и у первого с видеокартами. Теперь продавец консолей начнет работать в два раза быстрее первого и заберет себе большую часть прибыли. И, чем ближе склад и больше клиентов в отделе, тем быстрее он зарабатывает деньги.

Так, мы понимаем, как взаимодействует частота с таймингами в скорости работы памяти.

Соответственно, чем меньше метров проходит контроллер до банок с электрическим зарядом, тем быстрее пользователь получает информацию. Если частота памяти позволяет доставить больше информации при том же расстоянии, то скорость памяти возрастает. Если частота памяти тянет за собой увеличение расстояния до банок (высокие тайминги), то общая скорость работы памяти упадет.

Сравнить скорость разных модулей ОЗУ в наносекундах можно с помощью формулы: тайминг*2000/частоту памяти. Так, ОЗУ с частотой 3600 и таймингами CL14 будет работать со скоростью 14*2000/3600 = 7,8 нс. А 4000 на CL16 покажет ровно 8 нс. Выходит, что оба варианта примерно одинаковы по скорости, но второй предпочтительнее из-за большей пропускной способности. В то же время, если взять память с частотой 4000 при CL14, то это будет уже 7 нс. При этом пропускная способность станет еще выше, а время доставки информации снизится на 1 нс.

Строение чипа памяти и тайминги

В теории, оперативная память имеет скорость в наносекундах и мегабайтах в секунду. Однако, на практике существует не один десяток таймингов, и каждый задает время на определенную работу в микросхеме.

Они делятся на первичные, вторичные и третичные. В основном, для маркетинговых целей используется группа первичных таймингов. Их можно встретить в характеристиках модулей. Например:

Вот, как выглядят тайминги на самом деле:

Их намного больше и каждый за что-то отвечает. Здесь бармен с томатным соком не поможет, но попробуем разобраться в таймингах максимально просто.

Схематика чипов

Микросхемы памяти можно представить в виде поля для игры в морской бой или так:

В самом упрощенном виде иерархия чипа это: Rank — Bank — Row — Column. В ранках (рангах) хранятся банки. Банки состоят из строк (row) и столбцов (column). Чтобы найти информацию, контроллеру необходимо иметь координаты точки на пересечении строк и столбцов. По запросу, он активирует нужные строки и находит информацию. Скорость такой работы зависит от таймингов.

Первичные

CAS Latency (tCL) — главный тайминг в работе памяти. Указывает время между командой на чтение/запись информации и началом ее выполнения.

RAS to CAS Delay (tRCD) — время активации строки.

Row Precharge Time (tRP) — прежде чем перейти к следующей строке в этом же банке, предыдущую необходимо зарядить и закрыть. Тайминг обозначает время, за которое контроллер должен это сделать.

Row Active Time (tRAS) — минимальное время, которое дается контроллеру для работы со строкой (время, в течение которого она может быть открыта для чтения или записи), после чего она закроется.

Command Rate (CR) — время до активации новой строки.

Вторичные

Второстепенные тайминги не так сильно влияют на производительность, за исключением пары штук. Однако, их неправильная настройка может влиять на стабильность памяти.

Write Recovery (tWR) — время, необходимое для окончания записи данных и подачи команды на перезарядку строки.

Refresh Cycle (tRFC) — период времени, когда банки памяти активно перезаряжаются после работы. Чем ниже тайминг, тем быстрее память перезарядится.

Row Activation to Row Activation delay (tRRD) — время между активацией разных строк банков в пределах одного чипа памяти.

Write to Read delay (tWTR) — минимальное время для перехода от чтения к записи.

Read to Precharge (tRTP) — минимальное время между чтением данных и перезарядкой.

Four bank Activation Window (tFAW) — минимальное время между первой и пятой командой на активацию строки, выполненных подряд.

Write Latency (tCWL) — время между командой на запись и самой записью.

Refresh Interval (tREFI) — чтобы банки памяти работали без ошибок, их необходимо перезаряжать после каждого обращения. Но, можно заставить их работать дольше без отдыха, а перезарядку отложить на потом. Этот тайминг определяет количество времени, которое банки памяти могут работать без перезарядки. За ним следует tRFC — время, которое необходимо памяти, чтобы зарядиться.

Третичные

Эти тайминги отвечают за пропускную способность памяти в МБ/с, как это делает частота в герцах.

Эти отвечают за скорость чтения:

Эти отвечают за скорость копирования в памяти (tWTR):

Скорость чтения после записи (tRTP):

А эти влияют на скорость записи:

Скорость памяти во времени

Итак, мы разобрались, что задача хорошей подсистемы памяти не только в хранении и копировании данных, но и в быстрой доставке этих данных процессору (пользователю). Будь у компьютера хоть тысяча гигабайт оперативной памяти, но с очень высокими таймингами и низкой частотой работы, по скорости получится уровень неплохого SSD-накопителя. Но это в теории. На самом деле, любая доступная память на рынке как минимум соответствует требованиям JEDEC. А это организация, которая знает, как должна работать память, и делает это стандартом для всех. Аналогично ГОСТу для колбасы или сгущенки.

Стандарты JEDEC демократичны и современные игровые системы редко работают на таких низких настройках. Производители оставляют запас прочности для чипов памяти, чтобы компании, которые выпускают готовые планки оперативной памяти могли немного «раздушить» железо с помощью разгона. Так, появились заводские профили разгона XMP для Intel и DOHCP для AMD. Это «официальный» разгон, который даже покрывается гарантией производителя.

Профили разгона включают в себя информацию о максимальной частоте и минимальных для нее таймингах. Так, в характеристиках часто пишут именно возможности работы памяти в XMP режимах. Например, частоте 3600 МГц и CL16. Чаще всего указывают самый первый тайминг как главный.

Чем выше частота и ниже тайминги, тем круче память и выше производительность всей системы.

Так работает оперативная память с момента ее создания и до нашего времени.

Источник

Тайминги RAM: CAS, RAS, tRCD, tRP, tRAS с пояснениями

Оперативная память на самом деле является одним из наиболее важных компонентов компьютера, но когда дело доходит до решения о покупке, на нее редко вкладывают столько же усилий и усилий, сколько на другие компоненты. Обычно емкость — это единственное, что, кажется, волнует обычных потребителей, и хотя это оправданный подход, ОЗУ — это нечто большее, чем просто размер памяти, которую она хранит. Несколько важных факторов могут определять производительность и эффективность ОЗУ, и, вероятно, два из самых важных из них — это частота и время.

Частота ОЗУ — это довольно простое число, которое описывает тактовую частоту, на которую рассчитана работа ОЗУ. Он четко упоминается на страницах продуктов и следует простому правилу «чем выше, тем лучше». В настоящее время часто встречаются комплекты ОЗУ, рассчитанные на 3200 МГц, 3600 МГц, 4000 МГц или даже выше. Другая более сложная часть истории — это задержка или «тайминги» ОЗУ. Их гораздо сложнее понять и может быть непросто понять с первого взгляда. Давайте углубимся в то, что на самом деле такое тайминги RAM.

Что такое тайминги RAM?

Хотя частота является одним из наиболее разрекламированных показателей, тайминги ОЗУ также играют большую роль в общей производительности и стабильности ОЗУ. Тайминги измеряют задержку между различными общими операциями на микросхеме ОЗУ. Поскольку задержка — это задержка между операциями, она может серьезно повлиять на производительность ОЗУ, если она превысит определенный предел. Тайминги ОЗУ отражают внутреннюю задержку, которую может испытывать ОЗУ при выполнении различных операций.

Время RAM измеряется в тактах. Возможно, вы видели строку чисел, разделенных тире на странице продукта комплекта RAM, которая выглядит примерно как 16-18-18-38. Эти числа известны как тайминги набора RAM. По сути, поскольку они представляют задержку, чем меньше, тем лучше, когда дело доходит до таймингов. Эти четыре числа представляют так называемые «основные тайминги» и оказывают наиболее значительное влияние на задержку. Есть и другие суб-тайминги, но пока мы обсудим только первичные тайминги.

4 основных тайминга ОЗУ представлены следующим образом — Изображение: Tipsmake

Основные сроки

В любом списке продуктов или на фактической упаковке время указано в формате tCL-tRCD-tRP-tRAS, что соответствует 4 основным временам. Этот набор оказывает наибольшее влияние на фактическую задержку набора оперативной памяти и является точкой фокусировки при разгоне. Следовательно, порядок чисел в строке 16-18-18-38 сразу показывает нам, какое первичное время имеет какое значение.

Задержка CAS (tCL / CL / tCAS)Задержка CAS — Изображение: MakeTechEasier

Задержка CAS — это наиболее важный основной момент времени, который определяется как количество циклов между отправкой адреса столбца в память и началом данных в ответ. Это наиболее часто сравниваемые и рекламируемые сроки. Это количество циклов, необходимое для чтения первого бита памяти из DRAM с уже открытой правильной строкой. Задержка CAS — это точное число, в отличие от других чисел, которые представляют собой минимумы. Этот номер должен быть согласован между памятью и контроллером памяти.

По сути, задержка CAS — это время, необходимое памяти для ответа ЦП. При обсуждении CAS необходимо учитывать еще один фактор, поскольку CL нельзя рассматривать отдельно. Мы должны использовать формулу, которая преобразует рейтинг CL в фактическое время, выраженное в наносекундах, которое основано на скорости передачи данных RAM. Формула: (CL / скорость передачи) x 2000. Используя эту формулу, мы можем определить, что комплект RAM, работающий на частоте 3200 МГц с CL16, будет иметь фактическую задержку 10 нс. Теперь это можно сравнить с наборами с разными частотами и таймингами.

Задержка RAS в CAS (tRCD)Задержка RAS в CAS — Изображение: MakeTechEasier

RAS в CAS — это потенциальная задержка для операций чтения / записи. Поскольку модули RAM используют сеточную структуру для адресации, пересечение номеров строк и столбцов указывает конкретный адрес памяти. tRCD — это минимальное количество тактов, необходимое для открытия строки и доступа к столбцу. Время, необходимое для чтения первого бита памяти из DRAM без какой-либо активной строки, приведет к дополнительным задержкам в виде tRCD + CL.

tRCD можно рассматривать как минимальное время, необходимое ОЗУ для перехода к новому адресу.

Время предварительной зарядки ряда (tRP)Время предварительной зарядки строки — Изображение: MakeTechEasier

В случае открытия неправильной строки (это называется пропуском страницы), строка должна быть закрыта (так называемая предварительная зарядка), а следующая должна быть открыта. Только после этой предварительной зарядки можно получить доступ к столбцу в следующей строке. Следовательно, общее время увеличивается до tRP + tRCD + CL.

Технически он измеряет задержку между выдачей команды предварительной зарядки для ожидания или закрытия одной строки и активацией команды для открытия другой строки. tRP идентичен второму числу tRCD, поскольку одни и те же факторы влияют на задержку в обеих операциях.

Время активности строки (tRAS)Время активности строки — Изображение: MakeTechEasier

Также известное как «Задержка активации до предварительной зарядки» или «Минимальное время активности RAS», tRAS — это минимальное количество тактов, требуемых между активной командой строки и выдачей команды предварительной зарядки. Это совпадает с tRCD, и это просто tRCD + CL в модулях SDRAM. В остальных случаях это примерно tRCD + 2xCL.

tRAS измеряет минимальное количество циклов, которое строка должна оставаться открытой для правильной записи данных.

Командная скорость (CR / CMD / CPC / tCPD)

Также есть определенный суффикс –T, который часто можно увидеть при разгоне и который обозначает командную скорость. AMD определяет Command Rate как количество времени в циклах между выбором микросхемы DRAM и выполнением команды. Это либо 1T, либо 2T, где 2T CR может быть очень полезным для стабильности при более высоких тактовых частотах памяти или для конфигураций с 4 модулями DIMM.

CR иногда также называют командным периодом. В то время как 1T быстрее, 2T может быть более стабильным в определенных сценариях. Он также измеряется в тактах, как и другие тайминги памяти, несмотря на уникальное обозначение –T. Разница в производительности между ними незначительна.

Влияние более низкого тайминга памяти

Поскольку тайминги обычно соответствуют задержке набора RAM, более низкие тайминги лучше, поскольку это означает меньшую задержку между различными операциями RAM. Как и в случае с частотой, существует точка уменьшения отдачи, когда улучшение времени отклика будет в значительной степени сдерживаться скоростью других компонентов, таких как ЦП или общей тактовой частотой самой памяти. Не говоря уже о том, что снижение таймингов определенной модели ОЗУ может потребовать от производителя дополнительного биннинга, что, в свою очередь, приведет к снижению урожайности и более высокой стоимости.

Хотя в разумных пределах, более низкие тайминги RAM обычно улучшают производительность RAM. Как мы видим в следующих тестах, более низкие общие тайминги (и, в частности, задержка CAS) действительно приводят к улучшению, по крайней мере, с точки зрения чисел на графике. Может ли улучшение восприниматься обычным пользователем во время игры или во время рендеринга сцены в Blender — это совсем другая история.

Влияние различных таймингов и частот ОЗУ на время рендеринга в Corona Benchmark — Изображение: TechSpot

Точка убывающей доходности быстро устанавливается, особенно если мы опускаемся ниже CL15. На этом этапе, как правило, время и задержка не являются факторами, сдерживающими производительность ОЗУ. Другие факторы, такие как частота, конфигурация ОЗУ, возможности ОЗУ материнской платы и даже напряжение ОЗУ, могут быть задействованы в определении производительности ОЗУ, если задержка достигает точки убывающей отдачи.

Время и частота

Частота и тайминги ОЗУ взаимосвязаны. Просто невозможно получить лучшее из обоих миров в массовых потребительских наборах RAM. Как правило, по мере увеличения номинальной частоты комплекта RAM тайминги становятся более слабыми (тайминги увеличиваются), чтобы несколько компенсировать это. Частота, как правило, немного перевешивает влияние таймингов, но бывают случаи, когда доплачивать за высокочастотный комплект RAM просто не имеет смысла, поскольку тайминги становятся слабее, а общая производительность страдает.

Хорошим примером этого являются споры между ОЗУ DDR4 3200 МГц CL16 и ОЗУ DDR4 3600 МГц CL18. На первый взгляд может показаться, что комплект 3600Mhz быстрее и тайминги не намного хуже. Однако, если мы применим ту же формулу, которую мы обсуждали при объяснении задержки CAS, история принимает другой оборот. Ввод значений в формулу: (CL / Скорость передачи) x 2000 для обоих комплектов RAM дает результат, что оба комплекта RAM имеют одинаковую реальную задержку 10 нс. Хотя да, существуют и другие различия в субтимингах и способе настройки ОЗУ, но аналогичная общая скорость делает комплект 3600 МГц худшим из-за его более высокой цены.

Результаты тестов различных частот и задержек — Изображение: GamersNexus

Как и в случае с таймингом, мы довольно скоро достигаем точки уменьшения отдачи и с частотой. Как правило, для платформ AMD Ryzen DDR4 3600 МГц CL16 считается оптимальным выбором как по таймингу, так и по частоте. Если мы перейдем к более высокой частоте, такой как 4000 МГц, то не только ухудшатся тайминги, но даже поддержка материнской платы может стать проблемой для чипсетов среднего уровня, таких как B450. Мало того, что на Ryzen часы Infinity Fabric и часы контроллера памяти должны быть синхронизированы с частотой DRAM в соотношении 1: 1: 1 для достижения наилучших возможных результатов, а выход за пределы 3600 МГц нарушает эту синхронизацию. Это приводит к увеличению задержки, общей нестабильности и неэффективной частоте, что делает эти комплекты ОЗУ в целом плохим соотношением цены и качества. Как и в отношении таймингов, необходимо установить золотую середину, и лучше всего придерживаться разумных частот, таких как 3200 МГц или 3600 МГц, при более жестких временных интервалах, таких как CL16 или CL15.

Разгон

Разгон оперативной памяти — один из самых утомительных и вспыльчивых процессов, когда приходится возиться с компьютером. Энтузиасты вникали в этот процесс не только для того, чтобы выжать из своей системы все до последнего кусочка производительности, но и из-за проблем, связанных с этим процессом. Основное правило разгона оперативной памяти простое. Вы должны достичь максимально возможной частоты, сохраняя при этом одинаковые тайминги или даже сокращая тайминги, чтобы получить лучшее из обоих миров.

Оперативная память — один из самых чувствительных компонентов системы, и обычно ее не следует настраивать вручную. Поэтому производители оперативной памяти включают предустановленную функцию разгона, известную как «XMP» или «DOCP», в зависимости от платформы. Предполагается, что это будет предварительно протестированный и подтвержденный разгон, который пользователь может включить через BIOS, и чаще всего это самый оптимальный уровень производительности, который нужен пользователю.

Калькулятор DRAM для Ryzen от «1usmus» — фантастический инструмент для ручного разгона на платформах AMD.

Если вы действительно хотите разогнать оперативную память вручную, вам может помочь наше подробное руководство по разгону оперативной памяти. Тестирование стабильности при разгоне — самая сложная часть разгона оперативной памяти, поскольку для правильного выполнения может потребоваться много времени и много сбоев. Тем не менее, эта задача может быть хорошим опытом для энтузиастов, а также может привести к некоторому приросту производительности.

Заключительные слова

ОЗУ, безусловно, является одним из наиболее недооцененных компонентов системы, который может существенно повлиять на производительность и общую скорость отклика системы. Тайминги ОЗУ играют большую роль в этом, определяя задержку, которая присутствует между различными операциями с ОЗУ. Более сжатые тайминги, безусловно, приводят к повышению производительности, но есть точка уменьшения отдачи, которая затрудняет ручной разгон и ужесточение таймингов для минимального прироста производительности.

Достижение идеального баланса между частотой ОЗУ и таймингами при одновременном контроле стоимости ОЗУ — лучший способ принять решение о покупке. Наш выбор лучших комплектов оперативной памяти DDR4 в 2020 году может быть полезен при принятии обоснованного решения относительно вашего выбора оперативной памяти.

Источник