メモリとCAS Latency

今回はメモリのCAS Latencyについてお話したいと思います。

CAS Latencyは自作ショップでメモリなどの説明にCL=14などという表記で書いてあることがありますが、普通の家電量販店などでは店員さんに聞いてもわからないかもしれません。

「DDR4 SDRAM」のSDRAMとはSynchronus DRAMの略で動作クロックと同期して動作するのDRAMのことです。

SDRAMは基本的にメモリの動作クロックと同期して動作しますので言葉通りの性能が発揮できればLatency(遅延)は発生しないように思えます。

しかし、残念ながらメモリにアクセスするときには待ち時間が発生します。これが一般にCAS Latencyと呼ばれるものです。

CAS Latencyはなぜ発生するのか？

メモリセルとアクセスの仕組み

メモリセルへのアクセス

メモリセルは上の図のように格子状になっており、アクセスするにはRowとColumnのアドレスを指定する必要があります。

行(Row)のアドレスを指定してから列(Column)のアドレス指定して読み込みをするという手順になります。

またDRAMの特性として読み込んだ後はメモリの内容が空になるので、メモリの内容をあらかじめ別の場所にコピーしておき、読み込みが終わったら再度メモリの内容を移さなくてはならなりません。

この動作をプリチャージと言い、この動作にも待ち時間が発生します。

列のアドレス(Column)を指定してから実際にデータが送られてくるまでの待ち時間をCAS Latencyと言い、CL=9などの数字で表します。

自作パーツショップで販売されているメモリの解説に「CL2-2-2-6」などの数字が入っていることがあります。

この数字が具体的に何を指すのかを解説したのが上の図です。

非常に簡略化されている図ですので、これがすべてではありません。

赤字のカッコ内に書いてあるのが順番になり、

CAS Latency - Row Col Delay - Row Precharge - Row Accesstime

となります。4番目の数字は入っていないこともあります。

上の図は作成の都合上CAS Latencyが小さかった時代のメモリを例にして解説しています。

上の図の場合、CL2-2-2-7になります。

DDR以降のメモリの場合、クロックの立ち上がりと下がりを同期信号としているため、CAS Latencyの最小値は0.5となります。

また、DDR3、DDR4など新しいメモリになればなるほどCAS Latencyの数字は大きくなる傾向があります。

過去にあったCAS Latencyに対する誤解

CAS Latencyは新しいメモリになればなるほど大きくなっていくため、DDR2世代くらいまではネットでは「新しいメモリの方がアクセス速度が遅くなる」と言われていました。

これは間違いです。

CAS Latencyはあくまでもクロック単位での遅延です。

新しいメモリは動作クロックが上がっておりますので、CAS Latencyの値が大きくなってもアクセスの絶対速度は速くなります。

但し、例えばDDR3とDDR4で同じ速度のメモリだった場合、DDR4のほうがCAS Latencyが大きくなる傾向がありますので、その場合は速度は遅くなります。

各世代ごとにメモリの速度はオーバーラップしていますので、このような逆転現象が起きることがあります。

各メモリの動作クロックごとのCAS Latencyでどのくらいの速度になるかをまとめたのが下の表です。

SDR-DDR2 CAS Latency VS True Latency


世代	型式	速度(MT/s)	Cycle Time(ns)	CAS latency	実際の遅延(ns)
SDRAM	PC100	100	10.000	2	20.00
	PC133	133	7.500	3	22.50
DDR SDRAM	DDR-333	333	6.000	2.5	15.00
	DDR-400	400	5.000	3	15.00
				2.5	12.50
				2	10.00
DDR2 SDRAM	DDR2-400	400	5.000	4	20.00
				3	15.00
	DDR2-533	533	3.750	4	15.00
				3	11.25
	DDR2-667	667	3.000	5	15.00
				4	12.00
	DDR2-800	800	2.500	6	15.00
				5	12.50
				4.5	11.25
				4	10.00
	DDR2-1066	1066	1.875	7	13.13
				6	11.25
				5	9.38
				4.5	8.44
				4	7.50

DDR3 CAS Latency VS True Latency


型式	速度(MT/s)	Cycle Time(ns)	CAS latency	実際の遅延(ns)
DDR3-1066	1066	1.875	7	13.13
DDR3-1333	1333	1.500	9	13.50
			7	10.50
			6	9.00
DDR3-1600	1600	1.250	11	13.75
			10	12.50
			9	11.25
			8	10.00
			7	8.75
			6	7.50
DDR3-1866	1866	1.071	10	10.71
			9	9.64
			8	8.57
DDR3-2133	2133	0.938	12	11.25
			11	10.31
			10	9.38
			9	8.44
			8	7.50
			7	6.56
DDR3-2400	2400	0.833	13	10.83
			12	10.00
			11	9.17
			10	8.33
			9	7.50
DDR3-2666	2666	0.750	15	11.25
			13	9.75
			12	9.00
DDR3-2933	2933	0.682	12	8.18
DDR3-3000	3000	0.667	12	8.00

DDR4 CAS Latency VS True Latency


型式	速度(MT/s)	Cycle Time(ns)	CAS latency	実際の遅延(ns)
DDR4-2133	2133	0.938	16	15.00
			15	14.06
			14	13.13
DDR4-2400	2400	0.833	17	14.17
			16	13.33
			15	12.50
DDR4-2666	2666	0.750	17	12.75
			16	12.00
			15	11.25
			13	9.75
			12	9.00
DDR4-2800	2800	0.714	17	12.14
			16	11.43
			15	10.71
			14	10.00
DDR4-3000	3000	0.667	17	11.33
			16	10.67
			15	10.00
			14	9.33
DDR4-3200	3200	0.625	16	10.00
			15	9.38
			14	8.75
DDR4-3300	3300	0.606	16	9.70
DDR4-3333	3333	0.600	16	9.60
DDR4-3400	3400	0.588	16	9.41
DDR4-3466	3466	0.577	18	10.38
			17	9.81
			16	9.23
DDR4-3600	3600	0.556	18	10.00
			17	9.44
			16	8.89
			15	8.33
DDR4-3733	3733	0.536	17	9.11
DDR4-3866	3866	0.517	18	9.31
DDR4-4000	4000	0.500	19	9.50
DDR4-4133	4133	0.484	19	9.19
DDR4-4200	4200	0.476	19	9.05
DDR4-4266	4266	0.469	19	8.91
			18	8.44
DDR4-4800	4800	0.417	19	7.92

CAS Latencyの違いで演算結果にどのくらいの差が表れるのか？

SuperPIを使って演算させたとき、DDR3-1333のCL7とCL9で約1%程差がつくようです。

科学技術演算などでずっと演算させておく場合にはトータルで考えると結構な差となる可能性がありますが、ゲーミングPCではそれほど神経質になるような差はつかないと考えておいた方がよいでしょう。

※　もっともCLを明示しているBTOショップは見たことがありませんが・・・。

BTOの場合は「２枚一組になっているか」や「メモリの速度そのもの」を気にしたほうが良いでしょう。

オーバークロッカーでベンチマークの結果に一喜一憂している方ならメモリ設定もギリギリまで詰めるのでしょうが、少なくともこうした特殊な用途に使ってない限りはそれほど神経質になるようなものではありません。

オーバークロッカーという人種は個人で液体窒素を購入したり、こんな風にメモリにも偏執的にこだわる人たちです。

あまり一般的とはいいがたい感覚だとは思いますが、ゲーマーの方も偏執的なこだわりを持っている方が少なからずいると思いますので、気持ちはわかるのではないでしょうか。

メモリのランクもそうですが、ゲーミングPCに使う皆さんに知っておいて欲しいのは、同一容量メモリでも内部的な違いがあるということです。

そのため、デュアルチャンネルの場合、メモリは出来る限り二枚一組セットで購入していくのが原則です。

ちなみにCAS Latencyの違う同一容量、同ランクのメモリ同士を混ぜて使った場合、高速なメモリは低速なメモリの設定を持っているため、問題なく動く可能性が高いです。

但し、絶対に正常動作することを保証するものではありませんし動かない可能性もありますので、あまりお勧めしません。

CAS Latencyはランクと違って普通に使う分には知らなくても問題はあまり発生しないため、解説するかどうか迷いましたが、知っておいた方がよいと思うので、一応簡単な説明を行いました。

あくまでも自作ユーザーから見た簡易的な説明ですので、もっと詳しく知りたい方はご自分で調べられることをお勧めします。

また、もっと詳細に解説できる方から見ると「厳密にいえば違う」というような表現もあろうかと思いますが、簡易的な説明ですので、ご容赦ください。