Что такое латентность оперативной памяти и на что влияет
Что такое латентность оперативной памяти и что она означает?
Приветствую вас уважаемые гости! Сегодня поговорим про латентность оперативной памяти – что это такое, какая бывает, как на нее влияют тайминги и что значит это в практическом плане.
Как работает оперативная память
Структурно любая планка оперативки представляет собой своего рода матрицу, разделенную на строчки и столбцы. Каждая ячейка может иметь значение 1 (полный заряд) или 0 (полный разряд). По сути, любая такая планка – своеобразная таблица, состоящая из множества микроскопических конденсаторов.
Каждый элемент в оперативке имеет собственный уникальный адрес, по которому к нему обращаются напрямую процессор или периферические устройства.
Кроме того, конденсаторы сгруппированы по банкам, число которых зависит от плотности ячеек. На открытие строки в одном банке уходит больше времени, чем если обратиться к другому банку, так как используемую строку сначала нужно закрыть. Применяется принцип чередования строк, когда новая строка открывается в новом банке.
Что значит латентность у модуля памяти
Дословное определение этого параметра ОЗУ – «задержка», то есть время, необходимое на чтение, запись и копирование данных.
Несмотря на высокое быстродействие современных компьютеров, все действия не выполняются мгновенно. По-другому такие задержки называют таймингами и для удобства пользователей наносят такие характеристики на шильдике, который должен быть наклеен согласно нормативам(правда это, не всегда встречается). Например, так: 4-4-4-6.
Каждая цифра в этой маркировке обозначает время в миллисекундах, которое проходит перед началом выполнения команды.
Здесь идут в ряд четыре типа латентности:
Чем выше тактовая частота ОЗУ, тем больше и тайминги у нее будут.
Поэтому у современной памяти возможны значения cl 11, cl15, cl 16 и даже cl19. Например, для планки памяти DDR3 с тактовой частотой 1333 МГц оптимальным значением считается CL 9.
У ДДР4 с частотой 2800 МГц средние значения латентности 14-15. К слову, в этом случае речь идет о так называемой CAS-латентности, то есть задержке между отправкой в ОЗУ адреса столбца данных и началом передачи данных – время, необходимое для чтения первого бита.
Детальнее про значения латентности в оперативной памяти и какие из них лучше читайте скоро на блоге.
Настройка латентности
Именно данная цифра (CL) представляет наибольший интерес в практическом плане, поэтому часто в маркировке указывают только ее.
Для того, чтобы узнать более детальную информацию об интервалах задержки оперативки, приходится искать на сайте производителя ее полную спецификацию.
Информация о латентности записана в самой планке оперативной памяти в микросхеме SPD, который есть в любом модуле ОЗУ. Как правило, при сборке компьютера не нужно выполнять дополнительных настроек в BIOS: предусмотренная производителем латентность выставляется автоматически.
Все, что нужно сделать пользователю – только правильно смонтировать модули ОЗУ в подходящие слоты.
Впрочем, в случае необходимости тайминги таки можно настроить, для чего БИОС предоставляет ряд возможностей пользователю. Для этого используется функция DRAM Timings, с помощью которой можно задать значения четырех основных значений латентности.
При установке режима AUTO будут использованы настройки по умолчанию – те, на которых планка работает с оптимальной производительностью.
Самостоятельная установка таймингов может понадобиться при разгоне модуля памяти: так как наблюдается обратная взаимосвязь, меньшая латентность приводит к ускорению работы ОЗУ.
Кроме того, это может понадобиться при попытке подружить пару немного отличающихся по параметрам планок оперативной памяти, чтобы заставить их работать в двухканальном режиме. С другой стороны, увеличение задержек немного замедляет работу памяти, но делает ее более стабильной.
Такие «танцы с бубном» рекомендуется проводить пользователям, которые твердо знают, что именно они делают и зачем.
Если же вы пока не на «Ты» с компьютерным железом и еще не скоро будете в нем хорошо разбираться, рекомендую установить латентность по умолчанию. А еще советую ознакомиться с публикациями «На что влияет частота оперативной памяти» и «Что это — поддержка ECC оперативной памяти».
Напоминаю, что делясь статьями этого блога в социальных сетях, вы способствуете его продвижению, что позволит мне публиковать еще больше полезных инструкций. Чтобы не пропустить новость, подпишитесь на рассылку уведомлений по электронной почте. А на сегодня все. Всем до завтра!
В случае с процессорами AMD Ryzen все понятно — там внутренняя шина напрямую зависит от частоты ОЗУ, так что чем последняя больше, тем быстрее передаются данные между кластерами ядер и тем быстрее работает CPU.
Но в случае с Intel такого нет, кольцевая шина этих процессоров не зависит от частоты ОЗУ. К тому же большая часть игровых ноутбуков работает на медленной памяти с частотой 2400-2666 МГц без каких-либо проблем в играх, как и многие относительно старые топовые Core i7, которые вообще пашут вместе с DDR3 на частоте 1600 МГц и в ус не дуют. Чтобы этот обзор был полезен обоим лагерям, мы расскажем, так ли нужна быстрая память для современного игрового ПК на процессоре Intel, нужно ли так внимательно обращать внимание на тайминги и сколько оперативной памяти нужно современному ПК для игр и работы. Посмотрим, так ли нужны низкие тайминги, и как FPS в тяжелых играх зависит от частоты ОЗУ.
В этой статье мы будем рассматривать реальную игровую систему с реальными настройками графики. Иными словами, не будет никаких тестов в HD с минимальным пресетом, чтобы максимально нагрузить процессор — все игровые бенчмарки прогонялись в народном разрешении 1920х1080 на максимальных настройках, чтобы упор был именно в видеокарту. В противном случае, если упор идет в процессор, низкий FPS будет еще терпимой проблемой — вы скорее всего будете получать фризы и непрогруженные текстуры. Конечно, если вы суровый челябинский геймер, едва ли это вас остановит, но мы все же рассматриваем реальные игровые условия.
Также мы рассматриваем ситуацию, когда видеокарте хватает собственной памяти — в противном случае вы опять же можете столкнуться с проблемами производительности в играх, и быстрая ОЗУ едва ли вас спасет, потому что она все еще будет чуть ли не на порядок медленнее видеопамяти. Перейдем к тестовой системе.
Процессором выступил инженерный Core i9-9900K в разгоне до 4.8 ГГц, который точно не станет бутылочным горлышком в системе, куплен проц на али. Видеокарта — топ предыдущего поколения, Nvidia GTX 1080 Ti. Ну и главный компонент — это 32 ГБ ОЗУ DDR4-3400 с таймингами 16-18-18-36 CR1 4-мя планками по 8 ГБ. Все игры и система запускались с быстрых NVMe SSD Samsung.
Что будет, если задрать тайминги в облака?
Первое, что мы проверим — что будет, если мы очень сильно увеличим тайминги ОЗУ. Что же это такое? По сути оперативная память — это набор ячеек, которые могут хранить 0 или 1. Однако процессору, чтобы добраться до определенной ячейки, нужен ее точный адрес — банк памяти, строка и столбец. Тут все очень похоже на реальные адреса — на письме вы должны указать город, улицу, дом и лишь потом только квартиру.
При это процессор — очень ответственный почтальон, он должен точно знать, сколько у него займет по времени обращение к определенной ячейке. И как раз это время и есть тайминг, и всего выделяют 4 основных или первичных, а также с десяток вторичных и нередко под полсотню третичных. Максимальный вклад в быстродействие памяти дают именно первичные тайминги, поэтому именно их мы и будем рассматривать.
И, очевидно, чем тайминги меньше, тем быстрее процессор сможет добираться до нужных ячеек и тем быстрее он будет работать с ОЗУ, поэтому выглядит разумным покупать тот комплект памяти, у которого минимальные задержки на своей частоте.
Но так ли сильно тайминги влияют на производительность? Давайте проверим. В моем случае ОЗУ DDR4 на частоте в 3400 МГц работала на неплохих таймингах 16-18-18-36. Давайте сильно их завысим, до 20-22-22-60, и посмотрим, как это сказалось за быстродействии памяти. Тут нужно понимать, что ОЗУ с настолько высокими таймингами с такой частотой вы в продаже не найдете, то есть мы рассматриваем случай даже хуже крайнего.
Итак, тест памяти и кэша в AIDA64 показал, что при таком завышении таймингов слегка снизилась скорость копирования и на 10% увеличилась задержка доступа к ОЗУ. Последнее как раз и было ожидаемо с учетом того, что мы сильно увеличили тайминги, но в общем и целом падение сложно назвать катастрофическим.
А как обстоят дела в играх? Посмотрим на Assassin’s Creed: Odyssey. Эта игра выжимает все соки из системы и неплохо нагружает даже быстрый 8-ядерный процессор, да и заняла она целых 7 ГБ ОЗУ. И что же мы видим? Средний FPS не изменился абсолютно, он около сотни.
Ладно, а как себя поведет игра World War Z на API Vulkan? Он низкоуровневый и в теории может лучше работать с железом. Но и здесь разницы нет — что с оптимизированными, что с задранными таймингами FPS непоколебим и составляет 180.
Может в Far Cry New Dawn картина изменится, как-никак эта игра не очень хорошо оптимизирована под многопоток? И да, разница действительно есть, но ее сложно назвать значительной — средний FPS при увеличении таймингов снизился с 125 до 122, то есть лишь на 2%.
Какой отсюда можно сделать вывод? Даже если поставить откровенно гипертрофированные тайминги, разница в FPS минимальна или ее нет совсем. С учетом того, что продающиеся наборы ОЗУ нередко уже из коробки имеют неплохие тайминги для своей частоты, нет никакого смысла переплачивать за дорогие комплекты с небольшими задержками — вы едва ли уловите разницу в FPS. И это же, в теории, касается процессоров AMD.
Почему так происходит? Все просто — подавляющее большинство современных и не очень процессоров и имеют по три или даже четыре уровня кэша. И информация из ОЗУ заранее пишется в кэш, и лишь потом с ней работает CPU. А с учетом того, что кэша третьего уровня много, нередко пара десятков мегабайт, влияние задержек доступа к памяти становится минимальным.
Играемся с частотой памяти
Окей, а есть ли вообще смысл в большой частоте ОЗУ? Мы решили проверить три варианта. Первый — это DDR4-2133, минимальная пользовательская частота для последнего поколения памяти. Да, вы можете сказать, что большая часть процессоров даже на неразгонных платах поддерживает частоту хотя бы 2400 МГц, но мы решили пойти по самому минимуму и рассмотреть вариант, когда в компьютере стоит самая дешевая память с AliExpress.
Второй вариант — это DDR4-2933. Именно такую память способны поддерживать современные процессоры Intel Core 10-ого поколения, они же Comet Lake, на всех платах даже без разгона. С учетом того, что возможности по оверклокингу у таких процессоров чисто номинальные и вы от силы получите несколько лишних процентов производительности, возникает вопрос — а есть ли вообще смысл переплачивать за платы на чипсете Z490, раз CPU почти не гонится, и остается только разгон памяти?
Ну и третий вариант — это текущая конфигурация на DDR4-3400. Такая частота доступна подавляющему большинству современных процессоров Intel, даже если это урезанные Core i3, при этом планки на ней стоят вменяемых денег.
Во всех случаях были выбраны средние тайминги для каждой из частот — то есть те, которые будут доступны на любых магазинных модулях. Для DDR4-2133 это 12-14-14-29, для DDR4-2933 это 15-17-17-35, ну и для DDR4-3400 это 16-18-18-36.
Для начала — все тот же тест ОЗУ из AIDA64. Тут уже падение скоростей чтения и записи сложно назвать слабым — шутка ли, DDR4-3400 быстрее стоковой DDR4-2133 в полтора раза. А вот задержки увеличились не очень сильно, приблизительно на 20% — сказывается то, что тайминги в обоих случаях были неплохо оптимизированы.
Перейдем к тестам в играх, и начнем с все той же Assassin’s Creed Odyssey. Падение частоты больше чем на 20%, с 3400 до 2933 МГц, игра просто не заметила — средний FPS не изменился совершенно. А вот на DDR4-2133 игра уже выдала только 93 кадра в секунду, то есть падение производительности составило порядка 5%.
В World War Z API Vulkan показывает, что он дейсвительно ближе к железу, чем DirectX — уже на 2933 МГц мы видим падение частоты кадров с 180 до 178, а на 2133 МГц мы получаем только 169 FPS. Иными словами, максимальная потеря кадров составила 7% — не так уж и мало.
Ну и переходим к Far Cry New Dawn, и вот тут даже переход на DDR4-2933 снижает FPS на пару процентов, а на DDR4-2133 вы не досчитаетесь уже 13 кадров в секунду, что составляет 11% — достаточно внушительная потеря.
Какой можно сделать вывод? DDR4-2133 для игр брать точно не стоит, во всех протестированных играх такая память ощутимо снижает итоговый FPS. А вот DDR4-2933 показывает себя на удивление неплохо — я ожидал, что в тяжелом Assassin-е будут просадки частоты кадров, но их там не было от слова совсем. Так что Intel не зря выбрала такую частоту дефолтной для своих псевдо новых процессоров — память на ней едва ли будет узким местом в системе.
Что касается обьема ОЗУ, совсем недавно популярный зарубежный Youtube-канал Linus Tech Tips, подтвердил, то, о чем мы уже не раз говорили, объём DDR4 в 4GB почти непригоден для использования, так как после простой загрузки Windows 10 половина памяти уже была занята.
С 8 гигабайтами ОЗУ работать становиться куда приятней. Можно смело запускать 3 ролика в 4K или 27 простых вкладок. В играх потребление памяти зависит от конкретного тайтла, но 16 Гб можно смело назвать золотой серединой. C 8 Gb ОЗУ тоже жить можно, но при этом файл подкачки используется на 20% от своего объёма, так что для дополнительных фоновых процессов неплохо бы обзавестись китом памяти на 16 Gb.
Дальнейшее наращивание объёма оперативной памяти не даёт почти никакого эффекта. Этих же 16 Гб будет сполна хватать для рендера, 32 Gb ОЗУ может понадобиться либо профессионалам, либо если вы любите открывать все и сразу.
Более 32 Gb может потребоваться художникам и создателям контента, которые держат открытыми сразу несколько рабочих программ.
Ну и глобальный итог — нет особого смысла гнаться за очень быстрой памятью. Если между DDR4-2933 и DDR4-3400 разницу уже нужно искать под лупой, то уж при переходе на DDR4-4000 вам потребуется микроскоп. А ведь стоит последняя достаточно дорого, и, сэкономив на ней, вы вполне можете взять более быструю видеокарту и гарантированно получить прирост производительности в играх.
Так что на данный момент имеет смысл остановиться на 8 или лучше 16 Гб памяти с частотой около 3 ГГц, причем не нужно дополнительно ужимать тайминги, стандартного XMP-профиля вполне хватит.
Мой Компьютер, специально для Пикабу.
Начну с первого поколения DDR, которое появилось ровно 20 лет назад в 2001 году. Как первое поколение Double Data Rate памяти, её частоты понемногу росли год от года. И к 400 МГц или спецификации DDR400 (PC-3200) первое поколение этого типа памяти можно считать, что созрело.
реклама
DDR1 использовалась с Pentium 4, c Athlon XP и даже Athlon 64 первой волны, которые устанавливались в Socket 754 и 939. Были, естественно, и оверклокерские модули памяти с частотой, превышающей 400 МГц. Память, под конец своего развития, доросла до 600 и в отдельных случаях до 700 МГц.
Нормальными и быстрыми таймингами считались цифры 2-2-2-5 на 400 МГц. Память чуть похуже или золотая середина работала с таймингами 2.5-3-3-5, а вся остальная или медленная на всех тройках: 3-3-3-6. Я нашел в интернете несколько скриншотов работы скоростной памяти на частоте 500 и 700 МГц. Посмотрите на её латентность.
реклама
С 2004 года начала появляться память второго поколения. За пару лет она достигла своих зрелых частот и её стандартной и эффективной частотой работы можно назвать 800 МГц. Конечно, как и с DDR1 производители скоростных комплектов не сидели сложа руки, появились наборы, работающие на 1066 МГц, 1200 и даже 1300 МГц. Скоростные модули памяти на 800 МГц работали с таймингами 4-4-4-12, а подавляющее большинство уже на всех пятерках 5-5-5-18. Третий сорт довольствовался шестерками соответственно.
реклама
На 800 МГц при таймингах 5-5-5-18 латентность составляет 82.5 нс, но в некоторых случаях она доходила до 90 и даже 100 нс. На 1000 МГц ситуация несколько улучшалась и можно было надеяться на цифры менее 70 нс.
В 2008 году появились первые планки памяти стандарта DDR3. Сначала их примерили процессоры на Intel Socket 775, а затем и AMD AM3. Стартовало третье поколение DDR памяти с 800 МГц, хотя более распространенными были 1066 и 1333 МГц планки. Для таких частот нормальными таймингами считались 9-9-9-24.
С появлением народных процессоров нового поколения Sandy Bridge частота DDR3 памяти подросла до 2133 МГц. На такой частоте самые скоростные модули работали на 7 и 8-х, а подавляющее большинство на 9 и 10.
реклама
Sandy Bridge вернул латентность в прежнее русло и она стала меньше 50 нс. Потом появились Ivy Bridge, Haswell, где частота выросла до 2800, 3000 и в отдельных случаях до 3200 МГц. Для таких частот тайминги подросли до значений 12-12-12.
На 2600 МГц память стандарта DDR3 с таймингами 11-12-11-32 демонстрирует латентность порядка 40.6 нс.
С 2014 года началось шествие нового стандарта оперативной памяти четвертого поколения. В этот раз начало новому стандарту дала не мейнстрим платформа, а HEDT Socket 2011 от Intel. Раскачиваться DDR4 начала с отметки 2133 МГц, хотя сразу же был доступен и вариант с 2400 МГц. Тайминги памяти подросли до 15-15-15-36.
Латентность в таких условиях равнялась 60 наносекундам. Далее память медленно, но верно покорила отметку в 3 ГГц, и продолжила дальнейший рост.
А спустя год, цифры порядка четырех гигагерц стали уже нормой. Вариант выборов таймингов в это время стал очень обширным. Все благодаря микросхемам памяти производства Samsung. Память на одной и той же частоте могла работать как с таймингами 16-16-16, так и 20-20-20.
На скриншоте выше показан очень хороший результат работы оперативной памяти стандарта DDR4 на частоте 4 ГГц с таймингами 16-16-16, латентность при этом составляет 36,2 нс. Рост частот продолжился и далее, благодаря компании Hynix появились модули памяти с частотой 5000 и 5333 МГц. Тайминги на такой частоте уже подросли до 20-24 по Cas Latency.
Но к концу жизни памяти DDR4 её уделом стала платформа AMD. На 5000 МГц с таймингами 18-26-24-42 латентность на ней составляет 58.1 нс.
И вот буквально несколько дней назад мы все стали свидетелями появления нового стандарта памяти – DDR5, который принесли нам процессоры Intel Alder lake для Socket LGA1700. Память нового стандарта стартовала с отметки 4800 МГц с таймингами 40-40-40.
С заниженными до минимальных значений 36-36-36 на 4800 МГц DDR5 демонстрирует латентность порядка 86.3 нс, что конечно же многовато.
На 6400 МГц с таймингами 40-40-40 латентность увеличивается до 92.5 нс. Подводя итог можно сказать, что DDR5 еще только в начале своего пути и пока сыровата. Должна пройти пара лет, и мы увидим привычные нам цифры латентности менее 50 нс, а может и не увидим, смотря в какую сторону пойдет прогресс и развитие.
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.