So verstehen Sie Aktualisierungszyklen

Okay, der RAM Ihres Computers besteht aus verschiedenen Typen, aber hier ist das Wesentliche: Wenn Leute RAM sagen, meinen sie normalerweise den Systemspeicher, der technisch als DRAM (Dynamic RAM) bezeichnet wird. Diese Klasse umfasst nicht nur den Haupt-RAM, den Sie in Ihr Motherboard einbauen, sondern auch einige SSDs, die über ein wenig DRAM-Cache verfügen, und sogar der VRAM auf Grafikkarten zählt dazu. Die Sache ist die, es gibt auch SRAM (Static RAM), das für winzige, superschnelle Caches auf CPUs und GPUs verwendet wird. Aber irgendwie seltsam, denn SRAM ist teuer und nicht so dicht, sodass man es hauptsächlich in internen Caches findet und natürlich nicht im Gigabyte-Bereich. Auf der anderen Seite ist DRAM langsamer, packt aber viel mehr Daten in einen kleineren Raum und kostet weniger, weshalb es überall zu finden ist – in Ihrem Systemspeicher, Video-RAM und so weiter.

Der Unterschied zwischen SRAM und DRAM liegt in der Struktur. SRAM verwendet etwa vier bis sechs Transistoren pro Zelle und ist damit schneller, aber auch komplexer. DRAM hingegen benötigt nur einen einzigen Transistor plus einen Kondensator pro Zelle. Ich bin mir nicht sicher, warum das so ist, aber je weniger Bauteile ein DRAM hat, desto mehr kann man auf weniger Platz unterbringen – daher die höhere Dichte. Und diese mathematische Formel erklärt auch, warum SRAM statisch ist (es speichert seine Informationen für immer, bis es ausgeschaltet wird) und DRAM dynamisch (es muss regelmäßig „aufgefüllt“ oder aktualisiert werden).Denn Computer machen die Dinge natürlich gerne kompliziert, oder?

Was ist eine Speicheraktualisierung?

Und jetzt wird es etwas frustrierend. DRAMs sind so konzipiert, dass die Ladung in jeder Speicherzelle mit der Zeit verloren geht – der Kondensator verliert seine Ladung aufgrund von Faktoren wie Temperatur, elektrischem Rauschen und einfach physikalischen Gesetzen. Um die Daten zu erhalten, muss der Speichercontroller daher regelmäßig alle Speicherzeilen durchgehen und „auffrischen“ – sozusagen jede einzelne Zeile schnell auffüllen. Dieser Aktualisierungszyklus findet normalerweise alle 64 Millisekunden statt, kann sich aber bei hoher Systemtemperatur oder hoher Systemlast beschleunigen. Bei der Aktualisierung wird die Zeile sozusagen gelesen und sofort wieder neu geschrieben – die Daten gehen also nicht verloren. Der Haken daran? Während dieser Aktualisierungen kann der Speicher weder gelesen noch beschrieben werden, was zu leichten Leistungseinbußen führen kann, insbesondere wenn Ihr System viele speicherintensive Aufgaben ausführt.

Bei manchen Systemen scheint der Aktualisierungsprozess unkompliziert zu sein, aber da der Aktualisierungszyklus nur 75 bis 120 Nanosekunden dauert, ist er insgesamt recht schnell. Sollte Ihr RAM oder System jedoch zu heiß werden, muss das Aktualisierungsintervall möglicherweise verkürzt werden, was sich auf Leistung und Stromverbrauch auswirken kann. Wenn sich das System manchmal träge anfühlt, kann dies daran liegen, dass diese Aktualisierungszyklen häufiger als üblich erfolgen. Seltsam, aber so täuscht uns DRAM vor, schnell zu sein – bis wir erkennen, dass es im Hintergrund tatsächlich *ständig* arbeitet.

So aktualisieren Sie DRAM

Dieser Teil ist etwas verrückt – das Lesen aus dem DRAM ist tatsächlich destruktiv, d.h.der Lesevorgang löscht die Daten in der Zelle. Das System handhabt dies natürlich automatisch, sodass die Daten in die Leseverstärker eingelesen und sofort wieder in die Speicherzelle zurückgeschrieben werden – ein sogenannter Vorladezyklus. Aus diesem Grund verlässt sich das System nie auf einen einzelnen Lesevorgang, um die Daten zu schützen. Stattdessen führt es diese Aktualisierungszyklen im Hintergrund aus, normalerweise getaktet vom Speichercontroller. In der Praxis geschieht dies alles so nahtlos, dass die meisten Benutzer es nicht bemerken – es sei denn, Sie übertakten oder betreiben stark beanspruchte Hardware. Dann bemerken Sie möglicherweise ein seltsames Flackern oder eine leichte Verzögerung, wenn die Aktualisierungszyklen synchronisiert werden.

Wenn Sie Dinge manuell optimieren, z. B.durch Übertakten oder Anpassen der BIOS-Einstellungen, haben einige Enthusiasten versucht, die Bildwiederholfrequenz zu optimieren. Fortgeschrittenere Benutzer können die Timings sogar über das BIOS anpassen oder spezielle Tools wie MemTest86 oder Intel XTU verwenden, um zu prüfen, ob die Speichertimings aggressiv genug sind. Das Herumspielen mit den Bildwiederholfrequenzen kann jedoch nach hinten losgehen – Stabilität ist hier entscheidend. Normalerweise ist es besser, dies den Standardeinstellungen des Motherboards zu überlassen; diese sind für die meisten Setups optimiert.

Ausreißer und Ausnahmen

Das Kuriose daran ist: Während die meisten DRAM-Zellen alle 64 Millisekunden aktualisiert werden müssen, können einige Ausreißer ihre Ladung deutlich länger halten – an seltenen guten Tagen bis zu 50 Sekunden. Die meisten Zellen kommen etwa 10 Sekunden ohne Aktualisierung aus, ein winziger Bruchteil benötigt jedoch möglicherweise jede Sekunde oder sogar noch seltener eine Aktualisierung, insbesondere bei minderer Qualität oder Temperaturspitzen. Aus diesem Grund werden die Aktualisierungszeiten von DRAMs niedrig gehalten, um im schlimmsten Fall Datenverlust zu vermeiden. Einige Forscher haben versucht, RAM-Zellen nach Abklingzeiten zu analysieren und zu kategorisieren. Dies führte zu der Idee, zuverlässigere Zellen neu zu klassifizieren oder zu gruppieren, um die Akkulaufzeit und Leistung von Geräten mit geringem Stromverbrauch zu verbessern. Doch diese Methode ist noch nicht ganz gängige Praxis und kompliziert, da Temperaturschwankungen und Alterung dazu führen können, dass Zellen unerwartet Ladung verlieren, was das gesamte System etwas unvorhersehbar macht.

Abschluss

Der ganze Aktualisierungszyklus bei DRAM ist im Grunde ein notwendiges Übel – ohne ihn gehen Ihre Daten verloren, da die Ladung auf natürliche Weise abfließt. SRAM hingegen benötigt aufgrund seines anderen Designs dieses ständige Aufladen nicht, was es schneller und stabiler macht, aber auch viel teurer und in der Größe begrenzter. Wenn sich Ihr System also das nächste Mal nach einer Weile langsam anfühlt, insbesondere unter hoher Belastung oder Hitze, könnte das daran liegen, dass diese Aktualisierungszyklen häufiger als gewöhnlich stattfinden. Letztendlich hilft dieses Verständnis zu erklären, warum sich RAM manchmal seltsam verhält oder warum bestimmte Optimierungen mit Vorsicht angegangen werden müssen. Denken Sie einfach daran, dass diese Aktualisierungen automatisch und in den meisten Systemen nahtlos erfolgen. Trotzdem ist es gut zu wissen, was hinter den Kulissen vor sich geht – denn seien wir ehrlich: Computer sind viel komplexer, als sie scheinen.