Как изменить latency оперативной памяти

Каждый компонент персонального компьютера вносит свой вклад в уровень итоговой производительности системы. Это и процессор, и видеокарта, и жёсткий диск, и конечно оперативная память. Главными характеристиками памяти является её тип, частота и тайминги.

Тайминги памяти — величина довольно абстрактная, это не секунды или миллисекунды. Это такты. Но главное (с чем напрямую связаны тайминги памяти) — это латентность памяти. Латентность памяти — время, затрачиваемое процессором на получение байта информации из оперативной памяти. В этой статье мы разберемся как понизить латентность оперативной памяти DDR4 для Ryzen.

Что лучше — латентность или частота работы памяти

Латентность оперативной памяти для Ryzen может быть вычислена с помощью специальных тестов производительности. На этикетке продаваемых модулей памяти величина затрачиваемого на обмен информацией времени между процессором и модулем памяти показана в виде набора таймингов. Основные из них: CL, T_RCD, T_RP и T_RAS (для DDR4 T_RAS неактуален), иногда к ним ещё добавляется пятый параметр — Command rate.

Частота влияет на пропускную способность памяти. Если для выполнения задачи достаточно и просто пропускной способности с запасом, то ещё больше ускорить выполнение такой задачи может помочь лишь снижение латентности памяти.

Также латентность играет важную роль в задачах, в которых нужен максимально быстрый отклик на действия пользователя или других программ.

Как уменьшить латентность памяти Ryzen

Лучше покупать разогнанные модули памяти с предустановленными в них профилями XMP. Такой профиль сразу позволит использовать минимальные тайминги для данного модуля, активировав его в настройках BIOS материнской платы.

Вариант посложнее — купить обычную неразогнанную память с хорошими чипами от Samsung, Hynix или Micron и самому настроить тайминги памяти. Для процессоров Ryzen имеется утилита DRAM Calculator for Ryzen, позволяющая подобрать тайминги памяти и тем самым снизить латентность (см. статью об утилите: Как пользоваться Ryzen DRAM Calculator).

Попробуем добиться некоторого снижения латентности памяти в обычных модулях, без XMP.

1. Тестирование до снижения латентности

Ещё до коррекции таймингов памяти проведём тестирование времени отклика (латентности) с помощью Теста кэша и памяти утилиты AIDA64:

И ещё сделаем это с помощью теста MEMbench (MEMbench mode: Easy) утилиты DRAM Calculator for Ryzen:

2. Технические особенности модулей памяти

С помощью программы Thaiphoon Burner мы можем более подробно посмотреть характеристики модулей памяти. Данные модули используют микросхемы Micron MT40A1G8SA-062E:J.

Для этих микросхем есть техническая документация в Интернет. В ней имеются интересующие нас технические характеристики:

• 1G8: Configuration — 1 Gig x 8;
• SA: 78-ball 7,5 мм x 11,0 мм FBGA;
• -062E: CK = 0.625 нс, CL = 22;
• :J: Die Revision — :J.

Электрические спецификации данных чипов памяти следующие:

• VDD: от -0,4 В до 1,5 В;
• TSTG: от -55^о С до 150^о С.

При этом рекомендуемая температура не должна превышать 85 ^о С.

Из показанного выше следует: мы можем аккуратно повышать напряжение до 1,4 В, если при этом будем соблюдать безопасный температурный режим памяти.

Внимание: повышение напряжения влечёт за собой серьёзный нагрев чипов! Для того, чтобы избежать этого, необходимо купить для них специальные радиаторы и установить их на модули памяти. В противном случае из-за повышенных температур возможна деградация чипов памяти и, соответственно, выход модулей из строя.

В процессе изучения спецификаций чипов памяти сравнивались чипы B-die и J-die, в следствие чего были сделан вывод, что отличаются данные чипы только диапазоном температур (у J-die диапазон более широкий) и разными токами, но незначительно. В интерфейсе утилиты DRAM Calculator for Ryzen нет опции выбора чипов J-die, поэтому мы выберем в разделе Memory Type чипы Micron E/H-die, так как они в данной серии являются, судя по документации, наиболее некачественными.

3. Подбор таймингов — профиль V1

Как было сказано выше, подбирать тайминги чтобы снизить латентность памяти мы будем с помощью утилиты DRAM Calculator for Ryzen. Перейдите на вкладку Main, выберите характеристики вашего оборудования:

• Processor: ZEN + AM4. Процессор в моём компьютере Ryzen 2700.
• Memory Type: Micron E/H-die.
• Profile version: V1.
• Memory Rank: 1. Данные модули памяти одноранговые.
• Frequency (MT/s): 2933 МГц. Чипы могут функционировать и при гораздо более высоких частотах. Однако, так как нашей целью является уменьшение задержек, выбрана именно данная частота — для неё не нужно дополнительно настраивать контроллер памяти в процессоре (см. статью о разгоне памяти: Как разогнать память на Ryzen).
• BCLK (100-104.8): 100 МГц.
• DIMM Modules: 2 модуля.
• Motherboard: B350/X370.

Нажимаем на кнопку Calculate FAST для выполнения расчёта таймингов. Программа выдаёт следующие результаты для выбранных нами стартовых параметров:

Теперь необходимо зайти в настройки BIOS (UEFI) компьютера и установить вычисленные нами ранее значения.

После установки этих значений наш стендовый компьютер, к сожалению, отказался загружаться. Вычисленные тайминги не подошли. С помощью джампера сбрасываем настройки BIOS до заводского состояния (см. статью: Как сбросить BIOS на заводские настройки). Затем надо попытаться подобрать тайминги по втором профилю. Данная версия профиля рекомендуется для менее качественных чипов памяти.

4. Подбор таймингов — профиль V2

Перезагрузив Windows, вновь запускаем утилиту DRAM Calculator for Ryzen, выбрав ваши параметры:

• Processor: ZEN + AM4 — поколение и сокет вашего процессора.
• Memory Type: Micron E/H-die — Производитель и B-Die ревизия чипов вашей памяти, которую вы узнали из утилиты Thaiphoon Burner.
• Profile version: V2 — версия профиля.
• Memory Rank: 1 — количество рангов вашей памяти, обычно 1.
• Frequency (MT/s): 2933 МГц — частота, которая должна получиться после разгона памяти.
• BCLK (100-104.8): 100 МГц — частота работы шины материнской платы, по умолчанию 100 МГц.
• DIMM Modules: 2 — количество модулей оперативной памяти в вашей системе.
• Motherboard: B350/X370 — чипсет вашей материнской платы.

Нажимаем на кнопку Calculate FAST для выполнения расчёта таймингов. Получаем следующие результаты:

Перезагружаем компьютер, вносим изменения в значения таймингов, опять перезагружаем компьютер, загружаем настройки BIOS. Теперь компьютер работоспособен.

5. Тонкий подбор таймингов памяти

Так как между сформированными с помощью профилей V1 и V2 наборами таймингов может быть достаточное количество промежуточных вариантов, непосредственно в BIOS пробуем потихоньку уменьшать значения, взятые из рассчитанных для профиля V2, до значений аналогичных таймингов, рассчитанных для профиля V1.

Есть основные тайминги: tCL, tRCDWR, tRCDRD, tRP, tRAS и CL. Их сначала не трогаем. Остальные тайминги устанавливаем в значения, рассчитанные для V1. Проверяем работоспособность компьютера. Если компьютер работает корректно, меняем по одному указанные выше тайминги и проверяем каждый раз работоспособность. В случае, если работоспособность оказалась нарушена, откатываемся на шаг назад.

Опытным путём выясняем, что тайминги для профиля V1 работоспособны с отличием всего в одном параметре: значение tRP — вместо 14 должно равняться 15. Именно к настройкам, рассчитанным для профиля V1, следует стремиться максимально приблизиться — они наиболее интересны в плане производительности, в то время как тайминги для профиля V2 — скорее усреднённые, более безопасные.

Скриншоты с выполненными настройками:

Теперь вы знаете как понизить латентность памяти, сделаем ещё немного тестов.

6. Проверка табильности

После завершения настройки параметров памяти конечно же необходимо протестировать стабильность её работы. Для этого можно использовать Тест стабильности системы утилиты AIDA64, его составляющие:

• Stress CPU;
• Stress FPU;
• Stress cache;
• Stress system memory.

Нажимаем кнопку Start. Тест пройдён не был.

Перезапускаем компьютер, заходим в настройки BIOS и повышаем параметр напряжения DRAM Voltage до 1,36 В.

Сохраняем настройки BIOS и перезагружаемся. Вновь запускаем Тест стабильности системы утилиты AIDA64. Тест вновь завершён с ошибкой.

Опять в настройках BIOS немного повышаем значение параметра DRAM Voltage, но не выше чем максимальное возможное для ваших чипов памяти. В данном случае до 1,39 В, опять перезагружаемся и запускаем тест.

Опять ошибка. После этого перезагружаем компьютер и немного увеличиваем в настройках BIOS значения для таймингов tRCDWR и tRCDRD, например:

• tRCDWR: 15;
• tRCDRD: 18.

Перезагружаемся и запускаем тот же тест. Стресс-тест выполнялся 7 минут, ошибок обнаружено не было. Далее попробуем снизить значение параметра напряжения питания памяти DRAM Voltage, например, к значению 1,34 В.

Перезагрузка и выполнение теста. Процесс длился 7 минут, ошибок не было.

7. Тестирование после снижения латентности

После выполнения всех тестов необходимо оценить результаты выполнения всех настроек функционирования оперативной памяти для снижения задержек чтобы понять насколько снизилась латентность оперативной памяти для Ryzen Для этого выполним вновь Тест кэша и памяти утилиты AIDA64:

Кроме этого выполним ещё и тест MEMbench (MEMbench mode: Easy) утилиты DRAM Calculator for Ryzen:

Для сравнения с другими процессорами можно дополнительно выполнить тест Задержка памяти утилиты AIDA64:

Сравним полученный уровень латентности памяти до и после подбора таймингов.

До:

• AIDA 64: 79,7 нс;
• Ryzen DRAM Calculator MEMbench: 102,6 нс.

После:

• AIDA 64: 72,6 нс;
• Ryzen DRAM Calculator MEMbench: 92,1 нс.

Наглядно это видно на скриншоте:

Итак, по данным утилиты AIDA64 нам удалось уменьшить латентность памяти Ryzen на 8,91 %, а по данным утилиты DRAM Calculator for Ryzen — на 10,23 %.

В тесте Задержка памяти утилиты AIDA64 наш процессор AMD Ryzen 7 2700 по латентности оперативной памяти обошёл занесённый в базу процессор AMD Ryzen 7 2700X и почти догнал Intel Core i7-5820K.

Выводы

Сегодня на практике мы изучили такое понятие, как латентность памяти для Ryzen. Фактически был построен новый профиль XMP для использованных нами конкретных модулей памяти. Используя эту инструкцию, вы также можете понизить латентность оперативной памяти DDR4 для Ryzen на своем компьютере, если желаете иметь максимальную отзывчивость системы. Также данная инструкция будет полезна тем, кто уже разогнал память по параметру частоты. В таком случае дальнейший рост производительности возможен только при снижении уровня латентности памяти (уменьшении таймингов памяти).

Предупреждение 1: В данной статье не будет подробных материалов по настройке ODT, RTT и прочих параметров не относящихся к настройке таймингов и частоты, т.к. эти параметры индивидуальны для каждой системы и, как показывает практика, полезны лишь тем людям, которые готовы потратить много времени на их настройку вручную, чтобы получить максимум скорости ОЗУ.

   
Предупреждение 2: Не забывайте про опасность чрезмерного повышения напряжения, уровень рабочего напряжения индивидуален для каждого модуля ОЗУ, некоторые модули ОЗУ не терпят повышение напряжения выше номинального, и повышение напряжения на такие модули памяти может плохо сказаться на стабильности.

   
Предупреждение 3: Модули памяти не любят высокие температуры, при сильном разгоне следует организовать охлаждение для памяти, иначе неизбежно будут ошибки в работе, и не получится достичь максимальных результатов.

Предупреждение 5: Предыдущее предупреждение потерялось, оно  не хотело брать ответственность за свои действия…

Вот и закончились предупреждения, время начать сначала, а именно с момента когда я собственно и пришел к универсальному методу разгона ОЗУ.
Данную предысторию можно пропустить при желании.
В далеком 2016 году у меня появился один интересный модуль, имя его: GeIL 16GB GP416GB2400C16SC (далее сокращенно GEIL), так же была еще Crucial 8GB CT8G4DFD8213, в те времена у меня была система Z170+6700K и опыта в разгоне DDR4 особого не было, мои результаты разгона были 2600 МГц для GEIL и 3100 МГц для Crucial.

Внешний вид GeIL 16GB GP416GB2400C16SC

         
После в 2017 году я перешел на B350+R5 1600 BOX, на первых биосах GEIL отказалась вообще работать, в то время как Crucial легко и просто взяла те же «3100 МГц» (3066 МГц) как и в паре с 6700K, после я прошил последний биос, который был на тот момент, и GEIL без проблем заработала, взяв по частоте 2666 МГц.

Уже в начале 2018 года я смог выжать из GEIL — 2933 МГц, благодаря настройке ODT, для GEIL требовалось ODT на уровне 80 Ом. Crucial даже с ручной настройкой ODT выше «3100 МГц» не получилось разогнать.

Сохранившиеся старые скриншоты GEIL 16GB + Crucial 8GB, 6700K Gammax 300 и R5 1600 BOX.

В том же 2018 году я перешел на 2600X и научился разгонять память по своему, калькуляторы вообще никак не могли помочь с разгоном GEIL, они всегда давали нерабочие параметры, с которыми GEIL не могла работать, советы других людей тоже ничем не помогали в разгоне таймингов (частотный потолок я ведь уже нашел).

Сложность разгона GEIL заключалась в том, что эта память имела 8 двухслойных чипов общим объемом 16GB, и любое ручное отклонение по таймингам от того, что контроллер подобрал на автомате, приводило обычно к нестабильности или вовсе невозможности запустить систему.

Сохранившаяся информация о модуле памяти GeIL 16GB GP416GB2400C16SC

Я обратил внимание на то, что система в автоматическом режиме на разных частотах устанавливает разные вторичные тайминги, и подумал: Почему бы не использовать тайминги от более низкой частоты на более высокой частоте? И мне это удалось.

После я предлагал друзьям и знакомым свой метод разгона памяти попробовать, в целом результаты положительные, если все правильно сделать, особенно если в системе установлена память, которую никто не обозревает, непонятно что за она, и чего ждать от нее (таких комплектующих, увы, большинство на рынке, по которым найти информацию крайне тяжело, либо невозможно по причине «скрытности» производителей некоторых).

Теперь можно перейти к принципу разгона:

Всего 5 этапов, 4 из них обязательны.

1) Поиск максимальной стабильной частоты ОЗУ.

— На данном этапе необходимо подобрать рабочее напряжение, найти максимальную частоту, при которой стабильно работает, ODT установить подходящее.

-RTT сопротивления можно проигнорировать и оставить на авто, мы ведь не собираемся максимум выжимать из памяти, потратив много времени.

— Тайминги на Авто, при необходимости поднять CL выше 16, бывает такое, что система не поднимает сама CL выше 16.

— Этот этап нужен просто для экономии времени в будущем.

2) Откат частоты ОЗУ от максимальной стабильной на 3-4 множителя.

— ODT и напряжение уже установлены, частота максимальная стабильная найдена, допустим, это будет 2933 МГц при 1.35в и 80 Ом ODT.

— Откат делаем, например, до частоты в 2666 МГц при 1.35в и 80 Ом ODT. 

— Если разница частоты слишком большая, например, максимальная стабильная 3333 МГц, а откат нужно делать до 2666 МГц, то возможно потребуется изменить ODT, но это не точно.

— Не забываем делать перезагрузку перед следующим этапом!

3) Зафиксировать тайминги автоматически установленные.

— Мы сделали откат на более низкую частоту, в нашем случае 2666 МГц, теперь самое время записать/сфотографировать все тайминги, получившиеся на данной частоте.

— Устанавливаем все тайминги в биосе, кроме tRFC и таймингов без значения или со значением 0. 

— И еще раз: tRFC и тайминги «без значения» / «установленные в 0» НЕ трогать на данном этапе! Это важно!

— Не забываем делать перезагрузку перед следующим этапом!

4) Поднять частоту ОЗУ обратно вверх.

— Мы установили все тайминги кроме tRFC и «без значения», теперь нам осталось только найти максимальную частоту, при которой все это дело будет работать.

— Первый этап нам сейчас экономит очень много времени, т.к. мы уже знаем максимальную частоту, выше которой не прыгнуть.

— Проверяем стабильность

5) Ужимаем тайминги.

— Проверяем стабильность, по желанию ужимаем tRFC и тайминги уже вручную, для достижения более хороших результатов.

С теорией пожалуй разобрались, теперь начнем практику.

В качестве подопытного будет участвовать система:

CPU: AMD Ryzen 3 1200 @ 3849 MHz, 1.38v
Cooler: Кастомный на основе Titan TTC-NK34TZ/RF(BX), наполовину пассивный режим работы.
RAM: 2 x Samsung M378A1G43TB1-CTD
MB: MSI B450-A Pro Max (MS-7B86)

Дата выпуска модулей памяти: Неделя 47 / 2018 и Неделя 12 / 2019 (покупались в разное время)
Маркировка чипов памяти: SEC 910 K4A4G085WT BCTD

Испытуемые модули памяти без «радиаторов»

Подробная информация о модулях памяти Samsung M378A1G43TB1-CTD
*физически модули памяти установлены в слотах A2 и B2

Внешний вид системы на момент проведения разгона.

С информацией о модулях памяти и системе закончили, теперь поэтапный разгон на практике.
Внимание: т.к. я уже знаю максимальную стабильную частоту ОЗУ при заниженных таймингах, я не буду показывать максимальные частоты, на которых память нестабильно запускалась и работала.
Так же я не буду объяснять про настройку ODT и RTT, т.к. это не входит в рамки данной статьи, но для полноты картины я покажу конкретные значения на фото, конкретно для моей системы, с которыми все работает нормально у меня.

1 Этап:

— Мы нашли максимальную рабочую частоту стабильную, установили ODT для этой частоты, так же установили напряжения подходящие

— Для экономии времени сохраним в профиль разгона параметры, чтобы в случае последующих неудач сэкономить много времени, просто восстановив из профиля настройки.

— Проверяем, что все работает нормально

2 Этап:

— Делаем откат частоты, в моем случае 2866 МГц.

— Все настроенные параметры напряжений и ODT / RTT трогать не надо

3-4 Этап:

— Фиксируем тайминги, которые система автоматически установила для частоты 2866 МГц.

— tRFC и тайминги «без значения» не трогаем!

— Поднимаем частоту вверх, т.к. я уже знаю предел рабочий, я могу поднять частоту сразу до 3333 МГц используя тайминги от 2866 МГц.

— Проверяем стабильность, и если все нормально, то повышаем частоту выше.

— В моем случае разница частоты получается 466 МГц при неизменных таймингах.

— В любом другом случае разница частоты может оказаться другой, в зависимости от возможностей модулей памяти, системной платы и процессора, это нужно проверять индивидуально.

5 Этап:

— Поджимаем первичные тайминги, tRFC и, если позволяют модули памяти, можно поджать субтайминги (модули с двухслойными чипами памяти обычно не позволяют просто так это сделать)

— Проверяем стабильность и, если все нормально, то жмем дальше, либо правим параметры для достижения стабильности.

На этом разгон успешно завершен, никакие калькуляторы использовать не пришлось, и расчеты производить тоже необязательно, потому что мы работаем с параметрами, которые система подготовила сама.

Теперь перейдем к сводке результатов, которые во время разгона были собраны:

Итого мы получаем:

Разница частоты на автоматических таймингах между 2866 МГц и 3333 МГц достигает 16.3%, в то время как пропускная способность по данным AIDA64 поднимается всего лишь на ~6%, не густо как-то…

Но картина полностью меняется, если зафиксировать тайминги на частоте 2866 МГц и поднять частоту до уровня 3333 МГц, в таком случае разница пропускной способности между 2866 АВТО и 3333 с таймингами от 2866 достигает уже ~16%!
Еще больше разница выходит после ручного «дожима» таймингов на последнем этапе, уже целых ~17% разница по отношению к 2866 МГц! И это при разнице частоты в ~16%.

Преимущества данного метода разгона:

1) Не требуется калькулятор с формулами под рукой для расчета таймингов.

2) Отличные результаты, по сравнению с автоматической установкой таймингов контроллером памяти на высоких частотах.

3) Вероятность ошибки минимальна — мы просто используем то, что система сама настроила стабильно.

4) Не нужно прибегать к помощи программ-калькуляторов, которые, как правило, бесполезны во многих случаях и тратят очень много времени, заставляя перебирать скорее всего нерабочие параметры, которые могут не подходить в конкретном случае.

5) Метод работает всегда, разве что требует внимательности, чтобы не допустить ошибку на одном из этапов разгона.

А теперь немного полезной информации:

— ODT для двухранговой памяти обычно выше чем для одноранговой, в моем случае двухранговая память и рабочие значения у меня 60-68.6 Ом, в вашем случае могут быть другие значения в зависимости от системной платы, от модулей ОЗУ, от процессора.
Например, на Gigabyte B450 Aorus M рабочее значение ODT подходило к 50 Ом с этой же памятью… Поэтому не пытайтесь копировать значения ODT и RTT, оно индивидуально в каждом конкретном случае! И на данный момент я не могу ничего посоветовать универсального с настройкой данных параметров.

— Температура: модули памяти могут давать ошибки при сильном нагреве, именно поэтому у меня стоит над видеокартой 12см куллер, он одновременно сгоняет нагретый воздух с зоны врм, и подгоняет  воздух к модулям памяти для охлаждения, так же он в радиатор процессора подгоняет дополнительно воздух.
По факту тройная польза от одного косо-установленного вентилятора на низких оборотах, не говоря уже о том, что он дополнительно обдувает текстолит видеокарты…
Воздушный поток кулера процессора направлен в зону передней панели*

— Чистота и порядок: Иногда мешать разгону могут окисления на контактах ОЗУ, решение проблемы кроется в старом добром ластике…

На этом пожалуй все.