Latencia CAS

El tiempo que tarda la memoria en proporcionar el dato es la suma de las tres latencias: ACTIVE, RAS y CAS.

Como se comenta anteriormente, antes de enviar el dato/instrucción a donde deba ir, se deben leer varias celdas de memoria. Por lo tanto, hay que pasar de una celda a otra, e ir esperando su correspondiente latencia CAS.

Si cada tablero tiene, por ejemplo, 64 celdas, y se van a leer 20 posiciones, las latencias totales a esperar son:

• 1 X ACTIVE (ya que se leen menos de 64 celdas, que son las que tiene el tablero completo)
• 3 X RAS (ya que cada fila tiene 8 posiciones)
• 20 X CAS (ya que se van a leer 20 celdas)

La latencia más importante, como queda patente, es la latencia CAS, y cuanto menor sea esta mejor rendimiento tendrá el ordenador en general.

Sea una placa base con bus frontal o FSB a 200 MHz, el tiempo de cada ciclo de reloj es: F = 1 / T --> 200 * 10^6 = 1 / T --> T = 1 / 200 * 10^6 --> T = 5 * 10^-9 s = 5 nanosegundos

NOTA: las antiguas memorias RAM que empleaban los Pentium I eran de 70 ns. Las EDO, que eran las mismas un poco evolucionadas, eran de 60 ns. Así, se puede calcular con bastante facilidad el fsb de aquellos sistemas. Las primeras SDRAM que aparecieron, las PC 100, eran de 10 ns. Evidentemente, el FSB de aquellos sistemas era de 100 MHz.

En función de la calidad de las memorias, sus latencias serán mejores o peores.

En la imagen se ve que la memoria tarda 12.5 ns en hacer el CAS. Si se cogen 3 ciclos (latencia CAS 3) sobran 2.5 ns. 2.5 en 15 es mucho, el 16.6%, y más aún teniendo en cuenta que se hacen muchísimos accesos a memoria. Por lo tanto, cuanto más tiempo se ahorre mejor.

Al hacer uso de la memoria DDR, se puede emplear tanto el flanco de subida como el de bajada para determinar la latencia, de modo que empleando CAS 2.5 este ejemplo sería óptimo.

La diferencia de latencia es algo muy apreciable (en especial la latencia CAS) a la hora de medir el rendimiento del ordenador, ya que cuando se accede a memoria, tanto para leer como para escribir, se tiene que esperar por ella. Por cada celda del tablero que se lea hay que esperar la latencia CAS, por cada fila completa a la RAS, y por cada tablero diferente, a las ACTIVE y PRECHARGE (a veces se solapan). Se lee/escribe por ráfagas, pero en cada ráfaga se espera x veces a CAS, e y veces a RAS, siendo X = Y^2, ACTIVE, PRECHARGE, etc.

Por otra parte, cuanto más alto sea el FSB más rendimiento se obtiene. Aunque es una verdad a medias. Las latencias son inversamente proporcionales a la velocidad del bus FSB/HTT; es decir, cuanto mayor FSB maneje el sistema, peor latencia manejará y viceversa.

En el dibujo se pueden observar dos sistemas: uno con un FSB de 133 MHz (izquierda, no es de 100 MHz como dice en el dibujo; si no quedaría múltiplo directo del 200 MHz, y los lugares "de sobra", los desperdicios que ya veremos, coincidirían unos con otros) y otro, con un FSB de 200 MHz (derecha). Al tener mayor frecuencia, tenemos que en el mismo tiempo se hacen más ciclos. De ahí que a la derecha estén las “ondas” mucho más comprimidas. En ambos casos se emplea la misma memoria, que tarda un tiempo en hacer el acceso CAS. Este tiempo está marcado con una línea verde. La escala de tiempo en ambos casos es exactamente la misma, así que la línea verde será en ambos casos exactamente igual.

Para el sistema de la izquierda, se puede ver que la CAS de la memoria es de casi 2 ciclos. Para redondear, hay que redondear hacia arriba para darle tiempo a que termine; sobrará un poco. Sin embargo, para el caso de la derecha la CAS sería de 3.

En el último dibujo se ve que en la parte de la izquierda se pierde un poco de tiempo desde que se termina la CAS hasta que termina su latencia. Se ve el tiempo desperdiciado abajo a la derecha en color azul claro. Lo mismo pasa en el sistema del dibujo de la derecha. Pero en este caso es más tiempo (la escala temporal, eje de las abscisas, es la misma en ambos casos, por lo que el tiempo es mayor a la derecha).

En principio se podría pensar que aunque se pierda un poco más en un lado que en el otro, como el FSB es bastante superior en un lado que en el otro, seguro que es más rápido aún perdiendo un poco de tiempo en la CAS... A continuación se demuestra que esto no es cierto en todos los casos:

Veamos sistemas a 133 MHz, a 166 MHz y otro a 200 MHz, y empleando la misma, exactamente la misma, memoria en ambos casos. El tiempo que tarda en ejecutarse un ciclo:

• 1/133 * 10^6 = 7.5 * 10^-9 = 7.5 ns
• 1/166 * 10^6 = 6 * 10^-9 = 6 ns
• 1/200 * 10^6 = 5 * 10^-9 = 5 ns

Un ciclo en el sistema con bus a 200 MHz tarda 5 nanosegundos en ejecutarse, uno de 166 MHz tarda 6ns y 7.5 nanosegundos en el sistema con bus a 133 MHz.

Suponiendo que la memoria funciona en ambos sistemas con las siguientes latencias:

• Sistema 133 MHz --> 2 – 2 – 2 – 5 --> CAS, RAS, PRECHARGE y ACTIVE
• Sistema 166 MHz --> 3 – 2 – 2 – 5 --> CAS, RAS, PRECHARGE y ACTIVE
• Sistema 200 MHz --> 3 – 2 – 2 – 5 --> CAS, RAS, PRECHARGE y ACTIVE

Los tiempos que se tardaría en cada caso serían los siguientes:

• Sistema 133 MHz: (2 * 7.5) + (2 * 7.5) + (2 * 7.5) + (5 * 7.5) = 15 + 15 + 15 + 37.5 = 82.5 ns

• Sistema 166 MHz: (3 * 6) + (2 * 6) + (2 * 6) + (5 * 6) = 18 + 12 + 12 + 30 = 72 ns

• Sistema 200 MHz: (3 * 5) + (2 * 5) + (2 * 5) + (5 * 5) = 15 + 10 + 10 + 25 = 60 ns

Hasta aquí parecería que salen bien las cuentas, ya que el sistema con bus a 166 MHz tarda menos tiempo, 72 ns frente a 82.5 ns de uno de 133 MHz y más que uno de 200 MHz, que tarda sólo 60 ns.

Sin embargo, suponiendo que el tablero de la memoria es de 100 filas. Las cosas cambian.

Recordemos que la latencia CAS se ejecuta tantas veces como columnas haya, en este caso, 100 veces por cada vez que se ejecuta cambio de fila (RAS), por lo tanto, el cálculo justo, suponiendo que hay que leer en una ráfaga justo una fila entera quedaría de la siguiente manera:

• Sistema 133 MHz:

[100 * (2 * 7.5)] + (2 * 7.5) + (2 * 7.5) + (5 * 7.5) = (15 * 100) + 15 + 15 + 37.5 = 1500 ns + 67.5 ns = 1567.5 ns

• Sistema 166 MHz:

[100 * (3 * 6)] + (2 * 6) + (2 * 6) + (5 * 6) = (18 * 100) + 12 + 12 + 20 = 1800 ns + 54 ns = 1854 ns

• Sistema 200 MHz:

[100 * (3 * 5)] + (2 * 5) + (2 * 5) + (5 * 5) = (15 * 100) + 10 + 10 + 20 = 1500 ns + 50 ns = 1550 ns

Fíjense en el caso de 133 MHz contra el de 166 MHz. 1567.5 ns contra 1854 ns. ¿Una memoria de 133 MHz tarda menos en procesar que una de 166 MHz?. Este sería un caso extremo, que justo haya que leer una fila entera y no hubiera que hacer ni un solo salto de fila (RAS) ni cambios de tablero. Aunque aun así podría seguir siendo óptimo el caso del sistema con bus a 133.

Con ese cálculo queda clara la importancia de la latencia CAS con respecto a las demás, y la importancia de las latencias con respecto al bus FSB/HTT.