Wie wichtig sind die Memory Timings?

Lewis Hamilton zieht beim Grossen Preis von Abu Dhabi zuvorderst seine Runden. Nach 55 Mal im Kreis fahren, gewinnt er das Rennen in den Vereinigten Arabischen Emiraten. Sein Teamkollege Valtteri Bottas, der im baugleichen Rennflitzer sitzt, kommt mit knapp 45 Sekunden Rückstand ins Ziel.

Was hat das mit Memory Timings zu tun, fragst du dich? Den Unterschied zwischen Taktfrequenz und Memory Timings kannst du dir genauso vorstellen: Die Taktfrequenz ist die Leistung des Fahrzeugs und die Timings sind die Fahrer. Obwohl Hamilton und Bottas dasselbe Fahrzeug in Bezug auf die Leistung haben, fährt Hamilton schneller. Genauso wie die Fahrer, haben die Timings einen grossen Einfluss auf die Gesamtleistung von RAM-Modulen. Kurz gesagt, bestimmen die Timings, wie schnell der Speicher auf Anfragen reagieren und Aufgaben ausführen kann.

Vom getimten Hertz

Die RAM-Frequenz wird in Megatransfers pro Sekunde (MT/s) gemessen. Bei den Memory Timings sind’s hingegen reine Transfer. Um diese Transfers in Zeitmasse umzuwandeln, musst du die MT/s des RAM kennen. Bei RAM mit 3200 MT/s sind's 3 200 000 000 Transfers pro Sekunde. Die benötigte Zeit, um einen Transfer zu beenden, sollte demnach 1/3 200 000 000 Sekunden betragen. Modernes RAM ist jedoch DDR (double data rate). Das heisst, Daten werden auf dem steigenden und dem fallenden Ende jedes Transfers übertragen. Die angegebenen MT/s sind doppelt so gross, wie die tatsächliche I/O-Taktfrequenz. Die Transferzeit (Clock Cycle Time) – also die benötigte Zeit, um einen Transfer zu beenden – des RAMs mit 3200 MT/s beträgt 1/(3 200 000 000/2) Sekunden oder 0.625 Nanosekunden.

Jetzt kommen die Timings hinzu. Hat das RAM eine CAS Latenz (kurz: CL) von 16 Transfers, bedeutet das, dass die Latenz in Sekunden 16*1/(3 200 000 000/2), also 10 Nanosekunden, entspricht. Es gibt viele verschiedene Timings. Ich konzentriere mich auf die primären CL (CAS Latency), tRCD (Row Column Delay), tRP (Row Precharge Time) und tRAS (Row Active Time). Die primären Timings sind am weitesten gefasst und können (meistens) im BIOS eingestellt werden. Üblicherweise werden die Timings in einem numerischen Format à la 16 - 18 -18 - 18 dargestellt.

CAS Latency (CL)

Die Zeit, die ein Speichermodul benötigt, Daten auf Anfrage des RAM-Controllers bereitzustellen. CAS Latency ist das bekannteste Memory Timing. Das CL Timing ist eine exakte Zahl. Bei den Angaben der anderen primären Timings sagt die Zahl, wie lange es mindestens dauert. Ein Transfer kann aber auch länger sein. CAS Latency wird mit der Leistung in Verbindung gebracht. Eine tiefere CAS Latency bedeutet aber nicht zwingendermassen weniger Latenz. Neuere Memory-Typen haben einen höhere CAS Latency.

Dass neueres RAM trotzdem eine geringere tatsächliche Latenz hat, liegt daran, dass die Transferzeit tiefer ist. In Kombination mit der Formel CL*(1/(Angegebener Takt/2)) hat deshalb DDR4 RAM mit 2666 MT/s und einer CAS Latency von 18 trotzdem eine kürzere tatsächliche Latenz (13.5 Nanosekunden) als DDR4 RAM mit 1866 MT/s und einer CAS Latency von 13 (13.93 Nanosekunden).

Row Column Delay (tRCD)

tRCD ist die minimale Anzahl Taktzyklen, die benötigt werden, eine Speicherreihe zu öffnen und auf die Kolonnen in der Reihe zuzugreifen. Die Zeit, um das erste Bit Speicher eines DRAM zu lesen, ohne dass die Speicherreihe aktiv ist, ist tRCD+CL.

Row Precharge Time (tRP)

tRP ist die minimale Anzahl Taktzyklen, die Speicher benötigt, eine neue Speicherreihe zur Datennutzung bereitzustellen. Die Zeit, um das erste Bit Speicher von RAM mit der falsch geöffneten Reihe zu lesen, ist tRP+tRCD+CL. Wenn die falsche Reihe offen ist, muss sie erst geschlossen (precharged) werden

Row Active Time (tRAS)

tRAS ist die minimale Anzahl Taktzyklen, die benötigt wird, eine Reihe zu aktivieren und sicherzustellen, dass die Daten zugänglich sind.

Sind die Memory Timings tatsächlich wichtig?

In der täglichen Arbeit am Computer oder beim Gamen wirst du den Unterschied zwischen RAM mit tieferer Latenz und solchem mit höherer Latenz nicht wirklich bemerken. Das RAM-Kit Corsair Vengeance LPX (2x, 16GB, DDR4-3200, DIMM 288) mit 3200 MT/s und einer CAS Latency von 16 hat eine tatsächliche Latenz von 10 Nanosekunden. Das RAM-Kit G.Skill Trident Z RGB (2x, 16GB, DDR4-3600, DIMM 288) mit 3600 MT/s und einer CAS Latency von 17 hat eine tatsächliche Latenz von 9.44 Nanosekunden. Diese 0.56 Nanosekunden Differenz bemerkst du bei alltäglichen Aufgaben nicht. Bei vielen Operationen, wie grossen Renderaufgaben, summieren sich die Unterschiede bei der Latenz und können tatsächlich einen Unterschied machen.

Wieso sollten dich die RAM-Timings also interessieren? Jedes RAM hat im EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Informationen zu Timing und Frequenz gespeichert. Durch SPD (Serial Presence Detect) kann der Computer während dem POST-Prozesses (Power On Self Test), also dem Booten, diese Informationen abrufen und automatisch einstellen. Die Informationen stellt die Standardisierungs-Vereinigung JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) bereit. So weiss das System, mit welchen Memory Timings das jeweilige RAM sicher stabil läuft.

Nebst SPD gibt es noch XMP (Extreme Memory Profiles) – bei manchen Mainboard-Herstellern auch DOCP (Direct Over Clock Profile) oder EOCP (Extended Over Clock Profiles). Dabei handelt es sich um Informationen zu Memory Timings und Frequenz mit höherer Leistung als die SPD von JEDEC. Diese Informationen kommen direkt von den RAM-Herstellern. Die XMP sind meistens schneller als die SPD. Bei einem 3600 MT/s RAM hat bei mir das System automatisch 2666 MT/s mit einer CL von 18 ausgewählt. Korrekt wäre aber 3600 MT/s und eine CL von 17. In Nanosekunden sind das 13.5 bei SPD und 9.4 Nanosekunden bei XMP. Korrekte XMP können tatsächlich zu mehr Leistung führen. Die Profile müssen aber im BIOS ausgewählt werden.

XMP und den Rest überlässt du am besten den Pros

Hamilton und Bottas sind Profis. Die Unterschiede in ihren Fahrqualitäten – trotz sechs Weltmeistertiteln von Hamilton und einem Vizeweltmeistertitel von Bottas – sind gering, machen aber dennoch einen Unterschied. So macht es auch bei extreme Overclockern einen Unterschied, ob sie stabile Memory Timings ausgewählt haben. Für Otto-Normaluser oder auch Gamer reicht es vollkommen aus, die korrekten XMP im Bios einzustellen.