CAS-Latenz - CAS latency

Die Latenzzeit des Spaltenadreßstrobes (CAS) oder CL ist die Verzögerung in Taktzyklen zwischen dem READ-Befehl und dem Moment, in dem Daten verfügbar sind. Beim asynchronen DRAM wird das Intervall in Nanosekunden (absolute Zeit) angegeben. Beim synchronen DRAM wird das Intervall in Taktzyklen angegeben. Da die Latenz von einer Anzahl von Taktimpulsen und nicht von der absoluten Zeit abhängt, kann die tatsächliche Zeit für ein SDRAM- Modul, um auf ein CAS-Ereignis zu reagieren, zwischen den Verwendungen desselben Moduls variieren, wenn sich die Taktrate unterscheidet.

Hintergrund zum RAM-Betrieb

Dynamischer RAM ist in einem rechteckigen Array angeordnet. Jede Zeile wird durch eine horizontale Wortleitung ausgewählt . Das Senden eines logisch hohen Signals entlang einer gegebenen Reihe aktiviert die in dieser Reihe vorhandenen MOSFETs , wobei jeder Speicherkondensator mit seiner entsprechenden vertikalen Bitleitung verbunden wird . Jede Bitleitung ist mit einem Leseverstärker verbunden , der die durch den Speicherkondensator erzeugte kleine Spannungsänderung verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dann vom DRAM-Chip ausgegeben sowie die Bitleitung zurückgetrieben, um die Zeile aufzufrischen .

Wenn keine Wortleitung aktiv ist, befindet sich das Array im Ruhezustand und die Bitleitungen werden in einem vorgeladenen Zustand gehalten, mit einer Spannung auf halbem Weg zwischen hoch und niedrig. Dieses unbestimmte Signal wird durch den Speicherkondensator nach High oder Low abgelenkt, wenn eine Zeile aktiviert wird.

Um auf den Speicher zuzugreifen, muss zuerst eine Zeile ausgewählt und in die Leseverstärker geladen werden. Diese Zeile ist dann aktiv, und auf Spalten kann zum Lesen oder Schreiben zugegriffen werden.

Die CAS-Latenzzeit ist die Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Spaltenadresse und das Spaltenadressen-Strobe- Signal dem Speichermodul präsentiert werden, und dem Zeitpunkt, zu dem die entsprechenden Daten vom Speichermodul zur Verfügung gestellt werden. Die gewünschte Zeile muss bereits aktiv sein; ist dies nicht der Fall, ist zusätzliche Zeit erforderlich.

Ein typisches 1- GiB- SDRAM- Speichermodul kann beispielsweise acht separate Ein- Gibibit- DRAM-Chips enthalten, die jeweils 128 MiB Speicherplatz bieten . Jeder Chip ist intern in acht Bänke von 2 27 = 128 Mibits unterteilt , von denen jede ein separates DRAM-Array bildet. Jede Bank enthält 2 14 = 16384 Zeilen mit jeweils 2 13 = 8192 Bits. Auf ein Byte Speicher (von jedem Chip; insgesamt 64 Bits vom gesamten DIMM) wird zugegriffen, indem eine 3-Bit-Banknummer, eine 14-Bit-Reihenadresse und eine 13-Bit-Spaltenadresse bereitgestellt werden.

Auswirkung auf die Speicherzugriffsgeschwindigkeit

Beim asynchronen DRAM wurde auf den Speicher von einem Speichercontroller auf dem Speicherbus basierend auf einem eingestellten Timing anstatt auf einem Takt zugegriffen und war vom Systembus getrennt. Synchroner DRAM weist jedoch eine CAS-Latenz auf, die von der Taktrate abhängig ist. Dementsprechend wird die CAS-Latenz eines SDRAM- Speichermoduls in Clock-Ticks statt in absoluter Zeit angegeben.

Da Speichermodule über mehrere interne Bänke verfügen und Daten von einem während der Zugriffslatenz auf ein anderes ausgegeben werden können, können die Ausgangspins unabhängig von der CAS-Latenz durch Pipelining zu 100 % belegt bleiben ; die maximal erreichbare Bandbreite wird allein durch die Taktfrequenz bestimmt. Leider kann diese maximale Bandbreite nur erreicht werden, wenn die Adresse der zu lesenden Daten lange genug im Voraus bekannt ist; Wenn die Adresse der Daten, auf die zugegriffen wird, nicht vorhersehbar ist, können Pipeline-Störungen auftreten, die zu einem Bandbreitenverlust führen. Für einen völlig unbekannten Speicherzugriff (AKA Random Access) ist die relevante Latenzzeit die Zeit zum Schließen einer beliebigen offenen Zeile plus die Zeit zum Öffnen der gewünschten Zeile, gefolgt von der CAS-Latenz zum Lesen von Daten daraus. Aufgrund der räumlichen Lokalität ist es jedoch üblich, auf mehrere Wörter in derselben Zeile zuzugreifen. In diesem Fall bestimmt allein die CAS-Latenz die verstrichene Zeit.

Da die CAS-Latenzen moderner DRAM- Module in Takt-Ticks und nicht in der Zeit angegeben werden, müssen die Latenzen beim Vergleich von Latenzen bei unterschiedlichen Taktgeschwindigkeiten in absolute Zeiten übersetzt werden, um einen fairen Vergleich zu ermöglichen; eine höhere numerische CAS-Latenz kann immer noch kürzer sein, wenn der Takt schneller ist. Ebenso könnte bei einem Speichermodul, das untertaktet ist, seine CAS-Latenzzykluszahl reduziert werden, um die gleiche CAS-Latenzzeit beizubehalten.

Double Data Rate (DDR) RAM führt zwei Übertragungen pro Taktzyklus durch und wird normalerweise durch diese Übertragungsrate beschrieben. Da die CAS-Latenz in Taktzyklen und nicht in Übertragungen angegeben wird (die sowohl an der steigenden als auch an der fallenden Flanke des Takts auftreten), ist es wichtig sicherzustellen, dass die Taktrate (die Hälfte der Übertragungsrate) verwendet wird CAS-Latenzzeiten berechnen.

Ein weiterer erschwerender Faktor ist die Verwendung von Burst-Übertragungen. Ein moderner Mikroprozessor kann eine Cache- Zeilengröße von 64 Byte haben, was acht Übertragungen von einem 64 Bit breiten (acht Byte) Speicher zum Füllen erfordert. Die CAS-Latenz kann nur die Zeit zum Übertragen des ersten Speicherworts genau messen; die Zeit für die Übertragung aller acht Wörter hängt auch von der Datenübertragungsrate ab. Glücklicherweise muss der Prozessor normalerweise nicht auf alle acht Wörter warten; der Burst wird normalerweise in erster Ordnung des kritischen Wortes gesendet , und das erste kritische Wort kann sofort vom Mikroprozessor verwendet werden.

In der folgenden Tabelle sind die Datenraten in Millionen Transfers – auch bekannt als Megatransfers – pro Sekunde (MT/s) angegeben, während die Taktraten in MHz, Millionen Zyklen pro Sekunde, angegeben sind.

Beispiele für Speicher-Timing

Beispiele für Speicher-Timing (nur CAS-Latenz)
Generation Art Datenrate Transferzeit Befehlsrate Zykluszeit CAS-Latenz Erstes Wort Viertes Wort Achtes Wort
SDRAM PC100 100 MT/s 10.000 ns 100 MHz 10.000 ns 2 20,00 ns 50,00 ns 90,00 ns
PC133 133 MT/s 7.500 ns 133 MHz 7.500 ns 3 22.50 ns 45,00 ns 75,00 ns
DDR-SDRAM DDR-333 333 MT/s 3.000 ns 166 MHz 6.000 ns 2.5 15.00 ns 24,00 ns 36,00 ns
DDR-400 400 MT/s 2.500 ns 200 MHz 5.000 ns 3 15.00 ns 22.50 ns 32,50 ns
2.5 12,50 ns 20,00 ns 30,00 ns
2 10,00 ns 17,50 ns 27,50 ns
DDR2-SDRAM DDR2-400 400 MT/s 2.500 ns 200 MHz 5.000 ns 4 20,00 ns 27,50 ns 37,50 ns
3 15.00 ns 22.50 ns 32,50 ns
DDR2-533 533 MT/s 1,875 ns 266 MHz 3.750 ns 4 15.00 ns 20,63 ns 28,13 ns
3 11,25 ns 16,88 ns 24,38 ns
DDR2-667 667 MT/s 1.500 ns 333 MHz 3.000 ns 5 15.00 ns 19.50 ns 25,50 ns
4 12.00 ns 16,50 ns 22.50 ns
DDR2-800 800 MT/s 1.250 ns 400 MHz 2.500 ns 6 15.00 ns 18,75 ns 23,75 ns
5 12,50 ns 16,25 ns 21,25 ns
4.5 11,25 ns 15.00 ns 20,00 ns
4 10,00 ns 13,75 ns 18,75 ns
DDR2-1066 1066 MT/s 0,938 ns 533 MHz 1,875 ns 7 13,13 ns 15,94 ns 19,69 ns
6 11,25 ns 14,06 ns 17,81 ns
5 9,38 ns 12.19 ns 15,94 ns
4.5 8,44 ns 11,25 ns 15.00 ns
4 7,50 ns 10,31 ns 14,06 ns
DDR3-SDRAM DDR3-1066 1066 MT/s 0,938 ns 533 MHz 1,875 ns 7 13,13 ns 15,94 ns 19,69 ns
DDR3-1333 1333 MT/s 0,750 ns 666 MHz 1.500 ns 9 13,50 ns 15,75 ns 18,75 ns
7 10,50 ns 12,75 ns 15,75 ns
6 9.00 ns 11,25 ns 14,25 ns
DDR3-1375 1375 MT/s 0,727 ns 687 MHz 1,455 ns 5 7,27 ns 9,45 ns 12,36 ns
DDR3-1600 1600 MT/s 0,625 ns 800 MHz 1.250 ns 11 13,75 ns 15,63 ns 18,13 ns
10 12,50 ns 14,38 ns 16,88 ns
9 11,25 ns 13,13 ns 15,63 ns
8 10,00 ns 11,88 ns 14,38 ns
7 8,75 ns 10,63 ns 13,13 ns
6 7,50 ns 9,38 ns 11,88 ns
DDR3-1866 1866 MT/s 0,536 ns 933 MHz 1.071 ns 10 10,71 ns 12.32 ns 14,46 ns
9 9,64 ns 11,25 ns 13,39 ns
8 8,57 ns 10,18 ns 12.32 ns
DDR3-2000 2000 MT/s 0,500 ns 1000 MHz 1.000 ns 9 9.00 ns 10,50 ns 12,50 ns
DDR3-2133 2133 MT/s 0,469 ns 1066 MHz 0,938 ns 12 11,25 ns 12,66 ns 14,53 ns
11 10,31 ns 11,72 ns 13,59 ns
10 9,38 ns 10,78 ns 12,66 ns
9 8,44 ns 9,84 ns 11,72 ns
8 7,50 ns 8,91 ns 10,78 ns
7 6,56 ns 7,97 ns 9,84 ns
DDR3-2200 2200 MT/s 0,455 ns 1100 MHz 0,909 ns 7 6,36 ns 7,73 ns 9,55 ns
DDR3-2400 2400 MT/s 0,417 ns 1200 MHz 0,833 ns 13 10,83 ns 12.08 ns 13,75 ns
12 10,00 ns 11,25 ns 12.92 ns
11 9,17 ns 10,42 ns 12.08 ns
10 8,33 ns 9,58 ns 11,25 ns
9 7,50 ns 8,75 ns 10,42 ns
DDR3-2600 2600 MT/s 0,385 ns 1300 MHz 0,769 ns 11 8,46 ns 9,62 ns 11,15 ns
DDR3-2666 2666 MT/s 0,375 ns 1333 MHz 0,750 ns fünfzehn 11,25 ns 12.38 ns 13,88 ns
13 9,75 ns 10,88 ns 12.38 ns
12 9.00 ns 10,13 ns 11,63 ns
11 8,25 ns 9,38 ns 10,88 ns
DDR3-2800 2800 MT/s 0,357 ns 1400 MHz 0,714 ns 16 11,43 ns 12,50 ns 13,93 ns
12 8,57 ns 9,64 ns 11,07 ns
11 7,86 ns 8,93 ns 10,36 ns
DDR3-2933 2933 MT/s 0,341 ns 1466 MHz 0,682 ns 12 8,18 ns 9,20 ns 10,57 ns
DDR3-3000 3000 MT/s 0,333 ns 1500 MHz 0,667 ns 12 8,00 ns 9.00 ns 10,33 ns
DDR3-3100 3100 MT/s 0,323 ns 1550 MHz 0,645 ns 12 7,74 ns 8,71 ns 10,00 ns
DDR3-3200 3200 MT/s 0,313 ns 1600 MHz 0,625 ns 16 10,00 ns 10,94 ns 12.19 ns
DDR3-3300 3300 MT/s 0,303 ns 1650 MHz 0,606 ns 16 9,70 ns 10,61 ns 11,82 ns
DDR4-SDRAM
DDR4-1600 1600 MT/s 0,625 ns 800 MHz 1.250 ns 12 15.00 ns 16,88 ns 19,38 ns
11 13,75 ns 15,63 ns 18,13 ns
10 12,50 ns 14,38 ns 16,88 ns
DDR4-1866 1866 MT/s 0,536 ns 933 MHz 1.071 ns 14 15.00 ns 16,61 ns 18,75 ns
13 13,93 ns 15,54 ns 17,68 ns
12 12,86 ns 14,46 ns 16,61 ns
DDR4-2133 2133 MT/s 0,469 ns 1066 MHz 0,938 ns 16 15.00 ns 16,41 ns 18,28 ns
fünfzehn 14,06 ns 15,47 ns 17,34 ns
14 13,13 ns 14,53 ns 16,41 ns
DDR4-2400 2400 MT/s 0,417 ns 1200 MHz 0,833 ns 17 14,17 ns 15,42 ns 17.08 ns
16 13,33 ns 14,58 ns 16,25 ns
fünfzehn 12,50 ns 13,75 ns 15,42 ns
DDR4-2666 2666 MT/s 0,375 ns 1333 MHz 0,750 ns 17 12,75 ns 13,88 ns 15,38 ns
16 12.00 ns 13,13 ns 14,63 ns
fünfzehn 11,25 ns 12.38 ns 13,88 ns
13 9,75 ns 10,88 ns 12.38 ns
12 9.00 ns 10,13 ns 11,63 ns
DDR4-2800 2800 MT/s 0,357 ns 1400 MHz 0,714 ns 17 12.14 ns 13,21 ns 14,64 ns
16 11,43 ns 12,50 ns 13,93 ns
fünfzehn 10,71 ns 11,79 ns 13,21 ns
14 10,00 ns 11,07 ns 12,50 ns
DDR4-3000 3000 MT/s 0,333 ns 1500 MHz 0,667 ns 17 11,33 ns 12.33 ns 13,67 ns
16 10,67 ns 11,67 ns 13.00 ns
fünfzehn 10,00 ns 11,00 ns 12.33 ns
14 9,33 ns 10,33 ns 11,67 ns
DDR4-3200 3200 MT/s 0,313 ns 1600 MHz 0,625 ns 16 10,00 ns 10,94 ns 12.19 ns
fünfzehn 9,38 ns 10,31 ns 11,56 ns
14 8,75 ns 9,69 ns 10,94 ns
DDR4-3300 3300 MT/s 0,303 ns 1650 MHz 0,606 ns 16 9,70 ns 10,61 ns 11,82 ns
DDR4-3333 3333 MT/s 0,300 ns 1666 MHz 0,600 ns 16 9,60 ns 10,50 ns 11,70 ns
DDR4-3400 3400 MT/s 0,294 ns 1700 MHz 0,588 ns 16 9,41 ns 10,29 ns 11,47 ns
DDR4-3466 3466 MT/s 0,288 ns 1733 MHz 0,577 ns 18 10,38 ns 11,25 ns 12,40 ns
17 9,81 ns 10,67 ns 11,83 ns
16 9,23 ns 10,10 ns 11,25 ns
DDR4-3600 3600 MT/s 0,278 ns 1800 MHz 0,556 ns 19 10,56 ns 11,39 ns 12,50 ns
18 10,00 ns 10,83 ns 11,94 ns
17 9,44 ns 10,28 ns 11,39 ns
16 8,89 ns 9,72 ns 10,83 ns
fünfzehn 8,33 ns 9,17 ns 10,28 ns
DDR4-3733 3733 MT/s 0,268 ns 1866 MHz 0,536 ns 17 9,11 ns 9,91 ns 10,98 ns
DDR4-3866 3866 MT/s 0,259 ns 1933 MHz 0,517 ns 18 9,31 ns 10,09 ns 11,12 ns
DDR4-4000 4000 MT/s 0,250 ns 2000 MHz 0,500 ns 19 9,50 ns 10,25 ns 11,25 ns
DDR4-4133 4133 MT/s 0,242 ns 2066 MHz 0,484 ns 19 9,19 ns 9,92 ns 10,89 ns
DDR4-4200 4200 MT/s 0,238 ns 2100 MHz 0,476 ns 19 9,05 ns 9,76 ns 10,71 ns
DDR4-4266 4266 MT/s 0,234 ns 2133 MHz 0,469 ns 19 8,91 ns 9,61 ns 10,55 ns
18 8,44 ns 9,14 ns 10,08 ns
DDR4-4600 4600 MT/s 0,217 ns 2300 MHz 0,435 ns 19 8,26 ns 8,91 ns 9,78 ns
18 7,82 ns 8,48 ns 9,35 ns
DDR4-4800 4800 MT/s 0,208 ns 2400 MHz 0,417 ns 19 7,92 ns 8,54 ns 9,38 ns
Generation Art Datenrate Transferzeit Befehlsrate Zykluszeit CAS-Latenz Erstes Wort Viertes Wort Achtes Wort

Anmerkungen

Siehe auch

Verweise

Externe Links