RAM-Timings: CAS, RAS, tRCD, tRP, tRAS erklärt

RAM ist eigentlich eine der wichtigsten Komponenten in einem Computer, aber es wird selten so viel Nachdenken und Aufwand betrieben wie bei den anderen Komponenten, wenn es um die Kaufentscheidung geht. Normalerweise ist die Kapazität das einzige, was den allgemeinen Verbrauchern wichtig zu sein scheint, und obwohl dies ein gerechtfertigter Ansatz ist, bietet RAM mehr als nur die Größe des Speichers, den es enthält. Mehrere wichtige Faktoren können die Leistung und Effizienz des RAM bestimmen, und wahrscheinlich sind zwei der wichtigsten Faktoren die Häufigkeit und das Timing.

Das GSkill TridentZ RGB ist ein fantastisches RAM-Kit für Ryzen-Systeme - Bild: GSkill

Die Frequenz des RAM ist eine ziemlich einfache Zahl, die die Taktrate beschreibt, für die der RAM ausgelegt ist. Es wird auf den Produktseiten deutlich erwähnt und folgt der einfachen Regel „höher ist besser“. Es ist heutzutage üblich, RAM-Kits zu sehen, die für 3200 MHz, 3600 MHz, 4000 MHz oder sogar höher ausgelegt sind. Der andere kompliziertere Teil der Geschichte ist die Latenz oder die „Timings“ des RAM. Diese sind viel komplizierter zu verstehen und auf den ersten Blick möglicherweise nicht leicht zu verstehen. Lassen Sie uns untersuchen, wie die RAM-Timings tatsächlich sind.

Was sind RAM-Timings?

Während die Frequenz eine der am häufigsten angekündigten Zahlen ist, spielen die Timings des RAM eine große Rolle für die Gesamtleistung und Stabilität des RAM. Die Timings messen die Latenz zwischen den verschiedenen gemeinsamen Operationen auf einem RAM-Chip. Da die Latenz die Verzögerung ist, die zwischen den Vorgängen auftritt, kann sie schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung des Arbeitsspeichers haben, wenn sie über einen bestimmten Grenzwert hinaus ansteigt. Die Zeitabläufe des RAM sind eine Darstellung der inhärenten Latenz, die der RAM während der Ausführung seiner verschiedenen Operationen erfahren kann.

Das RAM-Timing wird in Taktzyklen gemessen. Möglicherweise haben Sie auf der Produktseite eines RAM-Kits eine durch Bindestriche getrennte Zahlenfolge gesehen, die ungefähr wie 16-18-18-38 aussieht. Diese Nummern werden als Timings des RAM-Kits bezeichnet. Inhärent, da sie die Latenz darstellen, ist niedriger besser, wenn es um Timings geht. Diese vier Zahlen stellen sogenannte „Primary Timings“ dar und haben den größten Einfluss auf die Latenz. Es gibt auch andere Sub-Timings, aber im Moment werden wir nur die primären Timings diskutieren.

Die 4 primären RAM-Timings werden folgendermaßen dargestellt - Image: Tipsmake

Primäre Timings

In jeder Produktliste oder auf der tatsächlichen Verpackung sind die Timings im Format tCL-tRCD-tRP-tRAS aufgeführt, das den 4 primären Timings entspricht. Dieses Set hat den größten Einfluss auf die tatsächliche Latenz des RAM-Kits und ist auch beim Übertakten ein Schwerpunkt. Die Reihenfolge der Zahlen in der Zeichenfolge 16-18-18-38 gibt daher auf einen Blick an, welches primäre Timing welchen Wert hat.

CAS-Latenz (tCL / CL / tCAS)

CAS-Latenz - Bild: MakeTechEasier

Die CAS-Latenz ist das wichtigste primäre Timing und wird als die Anzahl der Zyklen zwischen dem Senden einer Spaltenadresse an den Speicher und dem Beginn der Daten als Antwort definiert. Dies ist das am häufigsten verglichene und angekündigte Timing. Dies ist die Anzahl der Zyklen, die zum Lesen des ersten Speicherbits aus einem DRAM mit der bereits geöffneten richtigen Zeile erforderlich sind. Die CAS-Latenz ist eine genaue Zahl, im Gegensatz zu anderen Zahlen, die Mindestwerte darstellen. Diese Nummer muss sowohl zwischen dem Speicher als auch zwischen dem Speichercontroller vereinbart werden.

Im Wesentlichen ist die CAS-Latenz die Zeit, die der Speicher benötigt, um auf die CPU zu reagieren. Es gibt noch einen weiteren Faktor, den wir bei der Erörterung von CAS berücksichtigen müssen, da CL nicht für sich allein berücksichtigt werden kann. Wir müssen eine Formel verwenden, die die CL-Bewertung in die in Nanosekunden angegebene tatsächliche Zeit umwandelt, die auf der Übertragungsrate des RAM basiert. Die Formel lautet (CL / Übertragungsrate) x 2000. Mithilfe dieser Formel können wir feststellen, dass ein RAM-Kit mit 3200 MHz und CL16 eine tatsächliche Latenz von 10 ns aufweist. Dies kann nun über Kits mit unterschiedlichen Frequenzen und Timings hinweg verglichen werden.

Verzögerung von RAS zu CAS (tRCD)

RAS to CAS Delay - Bild: MakeTechEasier

RAS zu CAS ist eine mögliche Verzögerung für Lese- / Schreibvorgänge. Da RAM-Module zur Adressierung ein gitterbasiertes Design verwenden, gibt der Schnittpunkt von Zeilen- und Spaltennummern eine bestimmte Speicheradresse an. tRCD ist die Mindestanzahl von Taktzyklen, die erforderlich sind, um eine Zeile zu öffnen und auf eine Spalte zuzugreifen. Die Zeit zum Lesen des ersten Speicherbits aus einem DRAM ohne aktive Zeile führt zu zusätzlichen Verzögerungen in Form von tRCD + CL.

tRCD kann als die Mindestzeit angesehen werden, die der RAM benötigt, um an die neue Adresse zu gelangen.

Zeilenvorladezeit (tRP)

Zeilenvorladezeit - Bild: MakeTechEasier

Im Falle des Öffnens einer falschen Zeile (als Seitenfehler bezeichnet) muss die Zeile geschlossen werden (als Vorladen bezeichnet) und die nächste Zeile muss geöffnet werden. Erst nach dieser Vorladung kann auf die Spalte in der nächsten Zeile zugegriffen werden. Daher wird die Gesamtzeit auf tRP + tRCD + CL erhöht.

Technisch gesehen misst es die Latenz zwischen der Ausgabe des Vorladebefehls zum Leerlauf oder Schließen einer Zeile und dem Aktivierungsbefehl zum Öffnen einer anderen Zeile. tRP ist identisch mit der zweiten Nummer tRCD, da die gleichen Faktoren die Latenz in beiden Operationen beeinflussen.

Aktive Zeilenzeit (tRAS)

Aktive Zeilenzeit - Bild: MakeTechEasier

Der tRAS wird auch als 'Aktivieren, um die Vorladeverzögerung zu aktivieren' oder 'Minimale aktive RAS-Zeit' bezeichnet und ist die minimale Anzahl von Taktzyklen, die zwischen einem zeilenaktiven Befehl und der Ausgabe des Vorladebefehls erforderlich sind. Dies überschneidet sich mit dem tRCD und ist in SDRAM-Modulen einfach tRCD + CL. In anderen Fällen ist es ungefähr tRCD + 2xCL.

tRAS misst die Mindestanzahl von Zyklen, die eine Zeile geöffnet bleiben muss, um Daten ordnungsgemäß zu schreiben.

Befehlsrate (CR / CMD / CPC / tCPD)

Es gibt auch ein bestimmtes –T-Suffix, das beim Übertakten häufig angezeigt wird und die Befehlsrate angibt. AMD definiert die Befehlsrate als die Zeitspanne in Zyklen zwischen der Auswahl eines DRAM-Chips und der Ausführung eines Befehls. Es ist entweder 1T oder 2T, wobei 2T CR für die Stabilität mit höheren Speichertakten oder für 4-DIMM-Konfigurationen sehr vorteilhaft sein kann.

CR wird manchmal auch als Befehlsperiode bezeichnet. Während 1T schneller ist, kann 2T in bestimmten Szenarien stabiler sein. Es wird auch in Taktzyklen wie andere Speicherzeiten trotz der eindeutigen T-Notation gemessen. Der Leistungsunterschied zwischen den beiden ist vernachlässigbar.

Auswirkungen niedrigerer Speicherzeiten

Da Timings im Allgemeinen der Latenz des RAM-Kits entsprechen, sind niedrigere Timings besser, da dies eine geringere Verzögerung zwischen den verschiedenen Operationen des RAM bedeutet. Wie bei der Frequenz gibt es einen Punkt mit abnehmenden Renditen, an dem die Verbesserungen der Antwortzeit durch die Geschwindigkeiten anderer Komponenten wie der CPU oder die allgemeine Taktrate des Speichers selbst weitgehend gebremst werden. Ganz zu schweigen davon, dass das Verringern der Zeitabläufe eines bestimmten RAM-Modells möglicherweise eine zusätzliche Gruppierung durch den Hersteller erfordert, was zu niedrigeren Ausbeuten und höheren Kosten führt.

Niedrigere RAM-Zeiten verbessern im Allgemeinen die Leistung des RAM. Wie wir in den folgenden Benchmarks sehen können, führen die niedrigeren Gesamtzeiten (und insbesondere die CAS-Latenz) zumindest in Bezug auf die Anzahl der Diagramme zu einer Verbesserung. Ob die Verbesserung vom durchschnittlichen Benutzer während des Spielens oder beim Rendern einer Szene in Blender wahrgenommen werden kann oder nicht, ist eine ganz andere Geschichte.

Einfluss verschiedener RAM-Timings und Frequenzen auf die Renderzeiten in Corona Benchmark - Bild: TechSpot

Ein Punkt sinkender Renditen ist schnell festzustellen, insbesondere wenn wir unter CL15 gehen. Zu diesem Zeitpunkt sind im Allgemeinen die Zeitabläufe und die Latenz nicht die Faktoren, die die Leistung des RAM beeinträchtigen. Andere Faktoren wie die Frequenz, die Konfiguration des RAM, die RAM-Funktionen des Motherboards und sogar die Spannung des RAM können bei der Bestimmung der Leistung des RAM eine Rolle spielen, wenn die Latenz diesen Punkt erreicht, an dem die Renditen abnehmen.

Timings vs. Frequenz

Die Frequenz und die Zeitabläufe des RAM sind miteinander verbunden. Es ist einfach nicht möglich, das Beste aus beiden Welten in den Massen-Consumer-RAM-Kits zu bekommen, die in Massenproduktion hergestellt werden. Im Allgemeinen werden die Timings mit zunehmender Nennfrequenz des RAM-Kits lockerer (Timings nehmen zu), um dies etwas auszugleichen. Die Frequenz überwiegt im Allgemeinen die Auswirkungen von Timings ein wenig, aber es gibt Fälle, in denen eine zusätzliche Zahlung für ein Hochfrequenz-RAM-Kit einfach keinen Sinn ergibt, da die Timings lockerer werden und die Gesamtleistung darunter leidet.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die Debatte zwischen dem DDR4 3200Mhz CL16 RAM und dem DDR4 3600Mhz CL18 RAM. Auf den ersten Blick scheint das 3600-MHz-Kit schneller zu sein und die Timings sind nicht viel schlechter. Wenn wir jedoch dieselbe Formel anwenden, die wir bei der Erklärung der CAS-Latenz besprochen haben, nimmt die Geschichte eine andere Wendung. Wenn Sie die Werte in die Formel: (CL / Transfer Rate) x 2000 eingeben, ergibt sich für beide RAM-Kits das Ergebnis, dass beide RAM-Kits die gleiche tatsächliche Latenz von 10 ns haben. Zwar gibt es auch andere Unterschiede bei den Subtimings und der Art und Weise, wie der RAM konfiguriert ist, aber die ähnliche Gesamtgeschwindigkeit macht das 3600-MHz-Kit aufgrund seines höheren Preises zu einem schlechteren Wert.

Benchmark-Ergebnisse verschiedener Frequenzen und Latenzen - Bild: GamersNexus

Wie bei Timings erreichen wir auch bald einen Punkt, an dem die Renditen mit der Häufigkeit sinken. Im Allgemeinen wird für AMD Ryzen-Plattformen DDR4 3600 MHz CL16 sowohl hinsichtlich des Timings als auch der Frequenz als der Sweet Spot angesehen. Wenn wir mit einer höheren Frequenz wie 4000 MHz arbeiten, müssen nicht nur die Timings schlechter werden, auch die Unterstützung von Motherboards kann ein Problem für Midrange-Chipsätze wie B450 sein. Nicht nur, dass bei Ryzen der Infinity Fabric Clock und der Memory Controller Clock mit der DRAM-Frequenz im Verhältnis 1: 1: 1 synchronisiert werden sollten, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen. Wenn Sie über 3600 MHz hinausgehen, wird diese Synchronisation unterbrochen. Dies führt zu einer erhöhten Latenz, allgemeiner Instabilität und ineffektiven Frequenz, was diese RAM-Kits zu einem insgesamt schlechten Preis-Leistungs-Verhältnis macht. Wie bei den Timings muss ein Sweet Spot eingerichtet werden, und es ist am besten, bei engeren Timings wie CL16 oder CL15 bei angemessenen Frequenzen wie 3200 MHz oder 3600 MHz zu bleiben.

Übertakten

RAM-Übertaktung ist einer der frustrierendsten und temperamentvollsten Prozesse beim Basteln an Ihrem PC. Enthusiasten haben sich mit diesem Prozess befasst, um nicht nur die Leistung aus ihrem System herauszuholen, sondern auch um die Herausforderung zu bewältigen, die der Prozess mit sich bringt. Die Grundregel des RAM-Übertaktens ist einfach. Sie müssen die höchstmögliche Frequenz erreichen, während Sie die Timings gleich halten oder sogar die Timings straffen, um das Beste aus beiden Welten zu erhalten.

RAM ist eine der empfindlichsten Komponenten des Systems und erfordert im Allgemeinen keine manuellen Anpassungen. Daher bieten RAM-Hersteller je nach Plattform eine vorinstallierte Übertaktung an, die als 'XMP' oder 'DOCP' bezeichnet wird. Dies soll eine vorab getestete und validierte Übertaktung sein, die der Benutzer über das BIOS aktivieren kann. Meistens ist dies das optimale Leistungsniveau, das der Benutzer benötigt.

Der DRAM-Rechner für Ryzen von „1usmus“ ist ein fantastisches Tool zum manuellen Übertakten auf AMD-Plattformen

Wenn Sie sich der Herausforderung des manuellen RAM-Übertaktens stellen möchten, können Sie unsere umfassende Anleitung zum RAM-Übertakten kann eine große Hilfe sein. Das Testen der Stabilität der Übertaktung ist leicht der schwierigste Teil des RAM-Übertaktens, da es viel Zeit und viele Abstürze dauern kann, bis es richtig ist. Trotzdem kann die ganze Herausforderung eine gute Erfahrung für Enthusiasten sein und auch zu ordentlichen Leistungssteigerungen führen.

Letzte Worte

RAM ist sicherlich eine der unterbewerteten Komponenten des Systems und eine, die einen erheblichen Einfluss auf die Leistung und die allgemeine Reaktionsfähigkeit des Systems haben kann. Die Zeitabläufe des RAM spielen dabei eine große Rolle, indem sie die Latenz bestimmen, die zwischen verschiedenen RAM-Operationen vorhanden ist. Engere Timings führen sicherlich zu einer Leistungsverbesserung, aber es gibt einen Punkt, an dem die Renditen sinken, was es etwas mühsam macht, die Timings manuell zu übertakten und zu straffen, um minimale Leistungssteigerungen zu erzielen.

Ein perfektes Gleichgewicht zwischen der Frequenz des Arbeitsspeichers und den Zeitabläufen zu finden und gleichzeitig den Wert des Arbeitsspeichers in Schach zu halten, ist der beste Weg, um eine Kaufentscheidung zu treffen. Unsere Auswahl für die besten DDR4-RAM-Kits im Jahr 2020 könnte hilfreich sein, um eine fundierte Entscheidung bezüglich Ihrer RAM-Wahl zu treffen.