Значения латентности в оперативной памяти и какие из них лучше?
Всем привет дорогие гости блога! В сегодняшней публикации давайте разберем, какая латентность оперативной памяти лучше и на что влияет этот параметр. Разбирать сам термин и как именно работает ОЗУ здесь мы не будем – все это можно найти в одном из предыдущих постов.
На что влияет латентность
Логично предположить, что раз латентность – это задержка, то и чем она меньше, тем шустрее будет работать компьютер и тем меньше будет простаивать процессор между тактами, необходимыми модулю памяти на подготовку к следующему циклу перезаписи.
Это актуально, в случае домашнего ПК – игровой станции или медиацентра. В случае с сервером, важна, в первую очередь, стабильность работы. В таких случаях часто жертвуют быстродействием в угоду надежности, поэтому монтируют оперативку с таймингами побольше.
Какое значение лучше
Величина таймингов напрямую зависит от частоты оперативной памяти – чем она выше, тем больше будут задержки в работе.
Например, в оперативке DDR4 тактовая частота выше, чем в DDR3, соответственно больше тайминги.
Однако при этом выше еще и пропускная способность и некоторые другие важные параметры, поэтому предпочтительнее все таки формат ДДР4. 
Сравнивать следует планки одного поколения, если возникла идея выжать из собираемого компьютера максимум возможностей. Таким образом, однозначно можно утверждать:
Что нужно учитывать при выборе латентности
Однако не все так однозначно, так как при сборке нового компа часто все упирается в бюджет. Да, за красивые и эффективные циферки приходится переплачивать, причем иногда существенно: например, разница у модулей памяти с cl9 и cl11 может достигать несколько десятков долларов.
Также не следует забывать, что для большей производительности лучше брать не одну планку памяти большого объема, а две поменьше, чтобы запустить их в двухканальном режиме.
Такое техническое решение оправдано с точки зрения увеличения производительности оперативки, приблизительно на 25%. Покупать следует модули памяти с абсолютно идентичными или очень близкими показателями латентности, иначе двухканальный режим попросту не активируется.
Учитывайте это и при апгрейде компа, выбирая дополнительную планку оперативки. О том, что такое латентность, можно почитать здесь.
На что влияет латентность в играх
Как вы, вероятно, помните из моих постов на эту тему, оперативка хранит промежуточные данные приложений, в том числе игр. В случае с играми это отрендеренные видеокартой 3D объекты – персонажи и окружающая обстановка, а также данные об их состоянии.
В теории, чем меньше латентность, тем ниже вероятность лагов и фризов, в том числе микроскопических, проявляющихся в падении ФПС на несколько пунктов – например, при резком повороте камеры или одновременном скоплении большого количества персонажей на небольшом участке.
На практике же многое зависит от разработчиков, а точнее от того, насколько удачно они оптимизировали игру.
В качестве каноничного примера сольной игры могу привести неплохую во всех отношениях РПГ Kingdom Come: Deliverance. В ней разработчики что-то намудрили с использованием оперативной памяти, поэтому она используется не вся. Как следствие – резкие просадки ФПС в самые неожиданные моменты даже на мощном компе.
В качестве примера многопользовательской игры, на ум сразу же приходит Albion Online – игра, скажем так, с не самой передовой графикой, которую зато можно запустить на слабом ПК.
Особенность проекта в том, что здесь отсутствуют инстансы в принципе – все игроки играют на единственном сервере и единственном канале, поэтому в крупных городах в прайм-тайм из-за колоссального количества персонажей, большинство которых гоняет туда-сюда, можно наблюдать настоящее слайд-шоу: ФПС проседает так, что иногда и поторговать невозможно.
В этом случае от латентности оперативки уже ничего не зависит: она попросту захлебывается под таким потоком изменяющихся данных.
Также советую ознакомиться с публикациями «На что влияет частота оперативной памяти» и «Что такое Яндекс Маркет и как им пользоваться». Буду признателен всем, кто поделится этим постом в социальных сетях. До завтра!
Тайминги
Введение
Модули памяти DDR и DDR2 классифицируются по максимальной частоте, на которой они могут работать. Но, помимо частоты, есть и другие параметры, определяющие производительность памяти – это тайминги. Тайминги – это числа, такие как 2-3-2-6-T1, 3-4-4-8 или 2-2-2-5, чем меньше числа, тем лучше. Давайте разберемся, что обозначает каждая цифра этих чисел.
Модули памяти DDR и DDR2 маркируются по классификации DDRxxx/PCyyyy.
Второе число – yyyy – указывает максимальную скорость передачи данных в МБ/с.
Максимальная скорость передачи данных у модулей DDR400 равна 3200 МБ/с, следовательно, их маркируют PC3200. Модули DDR2-667 передают данные со скоростью 5336 МБ/с, и их маркируют как PC2-5400. Как видите, после “DDR” или «PC» мы ставим цифру «2», чтобы указать, что речь идет о памяти DDR2, а не DDR.
Первая классификация – DDRxxx – является стандартной для классификации чипов памяти, вторая – PCyyyy – для модулей памяти. На рисунке 1 представлен модуль памяти PC2-4200 компании Corsair, который сделан на чипах DDR2-533.
Модуль памяти DDR2-533/PC2-4200
Максимальную рабочую частоту модуля памяти можно рассчитать по следующей формуле:
максимальная теоретическая скорость передачи данных = тактовая частота x число битов / 8
Так как DIMM модули передают одновременно 64 бита, то “число битов” будет 64. Так как 64 / 8 равно 8, то эту формулу можно упростить:
максимальная теоретическая скорость передачи данных = тактовая частота x 8
Если модуль памяти установлен в компьютере, шина памяти которого работает на более низкой тактовой частоте, то максимальная скорость передачи данных у этого модуля памяти будет ниже его максимальной теоретической скорости передачи данных. На практике непонимание этого факта встречается довольно часто.
Например, Вы купили 2 модуля памяти DDR500/PC4000. Даже при том, что они маркированы как DDR500, в вашей системе они не будут автоматически работать на частоте 500 МГц. Это максимальная тактовая частота, которую они поддерживают, но она не всегда совпадает с той тактовой частотой, на которой они будут работать. Если Вы установите их в обычный персональный компьютер, поддерживающий модули DDR, то эти модули памяти будут работать на частоте 400 МГц (DDR400) – максимальной частоте стандарта DDR. При этом максимальная скорость передачи данных будет равна 3200 МБ/с (или 6400 МБ/с, если модули памяти работают в двухканальном режиме). Таким образом, модули не будут автоматически работать на частоте 500 МГц, и не достигнут скорости передачи данных в 4000 МБ/с.
Зачем же, в таком случае, такие модули покупают? Для разгона. Так как изготовитель гарантирует, что эти модули могут работать на частотах до 500 МГц, Вы знаете, что можно поднять частоту шины памяти до 250 МГц, и таким образом увеличить быстродействие компьютера. Но это можно будет сделать при условии, что материнская плата компьютера поддерживает такой разгон. Поэтому, если Вы не хотите «разгонять» свой компьютер, то бесполезно покупать модули памяти с маркировкой по тактовой частоте выше, чем обычная частота шины памяти материнской платы.
Для среднего пользователя этой информации о модулях памяти DDR/DDR2 достаточно. Продвинутому же пользователю нужно знать ещё об одной характеристике: темповости работы памяти, или, как ещё называют совокупность временных параметров работы памяти – тайминги, задержки или латентность. Рассмотрим эти параметры модулей памяти подробнее.
Тайминги
Именно из-за разницы в таймингах, 2 модуля памяти, имеющие одну и ту же теоретическую максимальную скорость передачи данных, могут иметь разную пропускную способность. Почему так может быть, если оба модуля работают на одной и той же частоте?
Для выполнения каждой операции чипу памяти нужно вполне определенное время – тайминги как раз и определяют это время, выраженное в количестве циклов тактовой частоты шины памяти. Приведем пример. Рассмотрим самый известный параметр, который называют CAS Latency (или CL, или «время доступа»), который указывает, через сколько тактовых циклов модуль памяти выдает запрошенные центральным процессором данные. Модуль памяти с CL 4 запоздает с ответом на 4 тактовых цикла, тогда как модуль памяти с CL 3 запаздывает на 3 тактовых цикла. Хотя оба модуля могут работать на одной и той же тактовой частоте, второй модуль будет работать быстрее, поскольку он будет выдавать данные быстрее, чем первый. Эта проблема известна под названием «время ожидания».
Тайминги памяти обозначаются рядом чисел, например, так: 2-3-2-6-T1, 3-4-4-8 или 2-2-2-5. Каждое из этих чисел указывают, за сколько тактовых циклов память выполняет определенную операцию. Чем меньше эти числа, тем быстрее память.
DDR2 модуль памяти с таймингами 5-5-5-15
Числа таймингов указывают параметры следующих операций: CL-tRCD-tRP-tRAS-CMD. Чтобы было понятнее, представьте себе, что память организована в виде двумерной матрицы, где данные хранятся на пересечении строк и столбцов.
CL: CAS Latency – время, проходящее с момента посыла команды в память до начала ответа на этот запрос. То есть это время, которое проходит между запросом процессора некоторых данных из памяти и моментом выдачи этих данных памятью.
tRCD: задержка от RAS до CAS – время, которое должно пройти с момента обращения к строке матрицы (RAS), до момента обращения к столбцу матрицы (CAS), в которых хранятся нужные данные.
tRP: RAS Precharge – интервал времени с момента закрытия доступа к одной строке матрицы и началом доступа к другой строке данных.
tRAS – пауза, которая нужна памяти, чтобы вернуться в состояние ожидания следующего запроса.
CMD: Скорость поступления команды (Command Rate) – время с момента активации чипа памяти до момента, когда можно будет обратиться к памяти с первой командой. Иногда этот параметр не указывается. Обычно это T1 (1 тактовый цикл) или T2 (2 тактовых цикла).
Обычно у пользователя есть 2 возможности. При конфигурации компьютера использовать стандартные тайминги памяти. В большинстве случаев для этого при настройке материнской платы в пункте конфигурации памяти нужно выбрать параметр «авто». Можно также вручную сконфигурировать компьютер, выбрав более низкие тайминги, что может увеличить производительность системы. Нужно заметить, что не все материнские платы позволяют изменять тайминги памяти. Кроме того, некоторые материнские платы могут не поддерживать очень низкие тайминги, из-за чего они могут сконфигурировать ваш модуль памяти так, что он будет работать с более высокими таймингами.
Конфигурирование таймингов памяти в настройках материнской платы
При разгоне памяти может случиться так, что для того, чтобы система работала устойчиво, вам, возможно, придется в настройках увеличить тайминги работы памяти. Вот здесь-то и могут быть очень интересные ситуации. Даже при том, что частота памяти будет поднята, из-за увеличения задержек в работе памяти её пропускная способность может уменьшиться.
В этом ещё одно преимущество скоростных модулей памяти, ориентированных на разгон. Помимо гарантии работы модуля памяти на маркированной тактовой частоте, изготовитель также гарантирует, что при этом Вы сможете сохранить паспортные тайминги модуля.
Возвращаясь к примеру с модулем памяти DDR500/PC4000 – даже при том, что с модулями DDR400/PC3200 Вы сможете достичь частоты в 500 МГц (250 МГц x2), для них, возможно, придется увеличить тайминги, в то время как для модулей DDR500/PC4000 изготовитель гарантирует, что Вы сможете достичь 500 МГц, сохранив указанные в маркировке тайминги.
Далее – рассмотрим в деталях все параметры, из которых состоят тайминги.
CAS Latency (CL)
Как уже упоминалось выше, CAS Latency (CL) является очень важным параметром памяти. Он указывает, сколько тактовых циклов нужно памяти для выдачи запрашиваемых данных. Память с CL = 3 задержится с ответом на 3 тактовых цикла, а память с CL = 5 сделает то же самое только через 5 тактовых циклов. Таким образом, из двух модулей памяти, работающих на одной и той же тактовой частоте, тот модуль, у которого CL меньше, будет быстрее.
Обратите внимание, что здесь под тактовой частотой имеется в виду реальная тактовая частота, на которой работает модуль памяти – то есть половина указываемой частоты. Так как память DDR и DDR2 за один тактовый цикл может выдавать данные 2 раза, то для них указывается двойная реальная тактовая частота.
На рисунке 4 показан пример работы CL. На нем приведены 2 примера: для модуля памяти с CL = 3 и модуля памяти с CL = 5. Синим цветом обозначена команда «читать».
Память с CL = 3 обеспечивает 40% преимущество по времени ожидания по сравнению с памятью с CL = 5, считая, что они обе работают на одной тактовой частоте.
Можно даже вычислить время задержки, после которого память начнет выдавать данные. Период каждого тактового цикла можно легко вычислить по следующей формуле:
Таким образом, период одного тактового цикла памяти DDR2-533, работающей на частоте 533 МГц (частота шины – 266,66 МГц) равен 3,75 нс (нс = наносекунда; 1 нс = 0,000000001 с). Имейте в виду, что при расчетах нужно использовать реальную тактовую частоту, которая равна половине номинальной частоты. Таким образом, память DDR2-533 задержит выдачу данных на 18,75 нс, если CL =5, и на 11,25 нс, если CL =3.
Память SDRAM, DDR и DDR2 поддерживает пакетный режим выдачи данных, когда задержка перед выдачей следующей порции данных составляет всего один тактовый цикл, если эти данные располагаются по адресу, следующему за текущим адресом. Поэтому, в то время как первые данные выдаются с задержкой на CL тактовых циклов, следующие данные будут выдаваться сразу же за первыми, не задерживаясь ещё на CL циклов.
Задержка от RAS до CAS (RAS to CAS Delay [tRCD])
Каждый чип памяти внутренне организован как двумерная матрица. В каждом пересечении строк и столбцов имеется маленький конденсатор, который отвечает за сохранение “0” или “1” – единиц информации, или данных. Процедура доступа к хранящимся в памяти данным состоит в следующем: сначала активируется строка с нужными данными, затем столбец. Эта активация происходит по двум контрольным сигналам – RAS (Row Address Strobe) и CAS (Column Address Strobe). Чем меньше временной интервал между этими двумя сигналами, тем лучше, поскольку данные будут считываться быстрее. Это время называется задержкой от RAS до CAS (RAS to CAS Delay [tRCD]). Это иллюстрирует рисунок 5 – в данном случае для памяти с tRCD = 3.
RAS to CAS Delay (tRCD)
Как видите, задержка от RAS до CAS является также числом тактовых циклов, проходящих с момента прихода команды “Active” (активировать) до команды «чтение» или «запись».
Как и в случае с CAS Latency, RAS to CAS Delay имеет дело с реальной тактовой частотой (которая равна половине маркировочной частоты), и чем меньше этот параметр, тем быстрее работает память, так как в этом случае чтение или запись данных начинается быстрее.
RAS Precharge (tRP)
После получения данных из памяти, нужно послать в память команду Precharge, чтобы закрыть строку памяти, из которой считывались данные, и разрешить активацию другой строки. RAS Precharge time (tRP) – временной интервал между командой Precharge и моментом, когда память сможет принять следующую команду активации – Active. Как мы узнали в предыдущем разделе, команда “active” запускает цикл чтения или записи.
На рисунке 6 приведен пример для памяти с tRCD = 3.
Как и в случае с другими параметрами, RAS Precharge имеет дело с реальной тактовой частотой (которая равна половине маркировочной частоты), и чем меньше этот параметр, тем быстрее работает память, так как в этом случае команда “active” поступает быстрее.
Суммируя рассмотренное выше, получаем, что время, которое проходит с момента выдачи команды Precharge (закрыть строку и …) до фактического получения данных процессором равно tRP + tRCD + CL.
Другие параметры
Рассмотрим 2 других параметра – Active to Precharge Delay (tRAS) и Command Rate (CMD). Как и в случае с другими параметрами, эти 2 параметра имеют дело с реальной тактовой частотой (которая равна половине маркировочной частоты), и чем меньше эти параметры, тем быстрее память.
Active to Precharge Delay (tRAS): если в память поступила команда “Active”, то следующая команда “Precharge” не будет восприниматься памятью, пока не пройдет время равное tRAS. Таким образом, этот параметр определяет временной предел, после которого память может начать считывать (или записывать) данные из другой строки.
Command Rate (CMD) – отрезок времени с момента активации чипа памяти (прихода сигнала на вывод CS – Chip Select [выбор чипа]) до того как чип сможет принять какую-нибудь команду. Этот параметр обозначается буквой “T” и может принимать значения 1Т или 2T – 1 тактовый цикл или 2 тактовых цикла, соответственно.
Тайминги оперативной памяти: разбираемся, какие значения лучше
Что означают эти непонятные цифры на оперативной памяти для ПК? Ведь тайминги напрямую влияют на ее быстродействие, но их величина — это вовсе не объем и не скорость. Рассказываем понятным языком и объясняем, какие параметры лучше.
При выборе оперативной памяти для ПК многие пользователи сталкиваются с вопросом изучения характеристик чипов, в том числе рабочих частот и таймингов. Но если с первыми все понятно — чем они выше, тем быстрее память, то со вторыми не все так просто. Мы расскажем, для чего нужен этот параметр и как выбрать планку с оптимальными значениями таймингов.
Что влияет на скоростные параметры ОЗУ
От скоростных показателей оперативной памяти зависит как быстро будет осуществляться обмен данными между процессором и жестким или твердотельным диском и системой. Чем выше частота работы чипов, тем больше операций чтения/записи она может выполнить в единицу времени. Конечно, от объема оперативной памяти также зависит общее быстродействие ПК, но лишь в определенных программах.
Это может быть интересно:
Характеристики памяти
Возьмем конкретный пример: планка оперативной памяти DDR3 1600 RAM имеет в обозначениях еще и такие характеристики, как PC3 12800, а у модуля DDR4 2400 RAM указано PC4 19200. Что это означает? Первая цифра указывает на частоту работы памяти в МГц, то вторая связана с битами:
1 байт = 8 бит
Из этого можно вычислить, что DDR3 с частотой 1600 МГц сможет обработать 12800 МБ/сек. Аналогично этому DDR4 2400 сможет пропустить через себя данные со скоростью 19200 МБ/сек. Таким образом, со скоростью обработки данных разобрались.
Теперь плавно переходим к таймингам. Эти цифры также указывают на наклейках на оперативной памяти в виде счетверённых через дефис цифр, например, 7-7-7-24, 8-8-8-24 и т.д. Эти цифры обозначают, какой промежуток времени (задержка) необходим модулю RAM для доступа к битам данных при выборке из таблицы массивов памяти.
Эта задержка характеризует, какое количество тактовых импульсов необходимо для считывания данных из ячеек памяти для 4-х таймингов. Самая важная из четырех цифр — первая, и на этикетке может быть написан только она.
Это может быть интересно:
Поэтому в этих характеристиках действует обратный принцип: чем меньше числа, тем выше скорость. А меньшая задержка обеспечит возможность быстрее считать или записать данные в ячейку памяти, а затем достигнуть процессора для обработки.
Тайминги замеряют период ожидания (CL, CAS Latency, где CAS — Acess Strobe) чипа памяти, пока он обрабатывает текущий процесс. Т.е. это время между получением команды на чтение и ее выполнением.
Со следующими двумя цифрами все несколько сложнее. Вторая цифра в строке таймингов (RAS-CAS) является ничем иным, как отрезком времени между получением команды «Active» и выполнением поступающей после нее команды на чтение или запись. Здесь все так же — чем меньше, тем лучше.
Третья цифра, RAS Precharge — время, которое проходит между завершением обработки одной строки и переходом к другой.
Последняя цифра демонстрирует параметр памяти Row Active. Он определяет задержку, в течение которой активна одна строка в ячейке.
Какие тайминги лучше выбирать
Допустим, вы покупаете для своего ноутбука комплект оперативной памяти из двух планок DDR. В этом случае тайминги будут одинаковые у обоих модулей, что определяет их стабильную работу. Что касается величины, то определяющей является первая цифра, обозначаемая, как CL-9. А значения 9-9-9-24 можно охарактеризовать, как средние по быстродействию.
Вы также можете подобрать себе оперативную память в качестве апгрейда. Здесь также нужно придерживаться правила равных таймингов и не допускать, чтобы какой-то из них, например, опережал другой почти на треть цикла.
Если же вы намерены установить на ПК самую быструю память, что следует учесть, что, например, тайминги 4-4-4-8, 5-5-5-15 и 7-7-7-21 могут обеспечить очень быстрый доступ к данным, но процессор и материнская плата не смогут этим воспользоваться. При этом важно, чтобы в материнской плате была возможность вручную установить тайминги для ОЗУ.
Как узнать тайминги оперативной памяти
Для этих целей не обязательно вскрывать корпус и вытаскивать из слотов планки оперативной памяти. Специальная бесплатная утилита CPU-Z позволит быстро узнать нужные цифры таймингов. Скачать ее можно с сайта программы.
Как посчитать тайминг самому
Как посчитать тайминг самомуДля вычисления таймингов самостоятельно можно использовать довольно простую формулу:
Время задержки (сек) = 1 / Частота передачи (Гц)
Таким образом, из скриншота с CPU-Z можно высчитать, что модуль DDR3, работающий с частотой 400 МГц (половина декларируемого производителем значения, т.е. 800 МГц) будет выдавать примерно:
1 / 400 000 000 = 2,5 нсек (наносекунд)
периода полного цикла (время такта). А теперь считаем задержку для обоих вариантов, представленных на рисунках. При таймингах CL-11 модуль будет выдавать задержки периодом 2,5 х 11 = 27,5 нсек. В CPU-Z это значение показано как 28. Как видно из формулы, чем ниже каждый из указываемых параметров, тем быстрее будет работать ваша оперативная память.
Как вручную задать тайминги в BIOS
Такая возможность есть не в любой материнской плате — лишь в оверклокерских модификациях. Вы можете попробовать выставить тайминги вручную из предлагаемых системой значений, после чего нужно внимательно следить за стабильностью работы ПК под нагрузкой. Если в БИОС специальных настроек не предусмотрено, то стоит смириться с теми, которые установлены по умолчанию.
Читайте также:
Фото: компании-производители
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.