关于intel 11代处理器内存超频的相关问题

      11代intel处理器发布没多久，一个好消息就是这一代处理器的内存控制器相较于前几代有了明显改变，并将内存超频下放到次一级的B560芯片组主板，德国网站igorslab.de也在第一时间进行了详细测试，并在其网站上发表了《RAM-OC Guide for Intel rocket Lake and Z590 – Tips, Tricks and Benchmarks》（11代火箭湖处理器搭配z590的内存超频指南）。我把几个需要注意的问题结合自身的理解笔记在这里，一方面便于自己查阅，另一方面也供有兴趣的同学参考。

原文地址：

https://www.igorslab.de/en/ram-oc-guide-for-intel-rocket-lake-and-z590-tips-tricks-and-benchmarks/（英文好的同学，推荐阅读原文）

PS：本文中的所有图片，除特殊注明的，其版权均属于原作者，本人只做引用。

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问题1 11代处理器内intel内存控制器的变化及内存频率如何计算

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intel自11代开始，其集成的内存控制器（Intel Memory Controller，IMC）发生了明显的变化，开始支持分频模式，intel将其称之为gear（直译为齿轮，不同直径和齿数的齿轮进行啮合，可以放大或缩小轮轴的速度，算是比较形象的类比，这里只有2个，且效果只有放大），即内存控制器（IMC）和RAM频率之比，gear1为1：1（IMC频率：DARM频率，后同），gear2为1：2，基本可以等同于AMD Ryzen CPU上的UCLK（Unified Memory controller Clock，统一内存控制器时钟/内存控制器频率）和MCLK（Memory Clock，内存频率）之间的1：1和1：2模式。

   11代的实际运行内存频率（MCLK）=Reference clock × 你设置的gear模式（1或2）× QCLK Ratio/2（DDR（Double Data Rate）类型的内存的等效频率都是2倍于运行频率，故需要除以2）

上式中：

Reference clock直译为参考时钟，有100/133两个值可选。

QCLK Ratio：QCLK即为IMC时钟频率，直译为QCLK倍率，其值由cpu内存控制器体质决定，范围为6-32，实际32只有11900k运行在DDR 4 3200这一种特定场景时才能生效，30,31常规使用很难达成，通常状态下的最大值为28或29。

此外，下面还有自己截的几张来自11th intel cpu datasheet的图，供各位参考。

从上面这张图也可以看出，理论上如使用Gear2模式，可使内存运行在很高的等效频率，虽然在DDR4上几乎无法实现，但可以看出是在为下一代CPU和DDR5做准备。

具体计算举例：

DDR4-3600（等效频率） = 1800 MHz（实际运行频率，下同）:

100 MHz （参考时钟）x 1（gear模式） x 36（QCLK倍率） / 2 （该设置无效，因为QCLK倍率最大支持31，无法达到36，其余例子中的数字含义同本例）

100 MHz x 2 x 18 / 2 (可生效设置）=1800（实际运行频率，下同）

133 MHz x 1 x 27 / 2 (可生效设置)=1795.5

DDR4-4000 = 2000 MHz:

100 MHz x 1 x 40 / 2 (QCLK倍率为40，该设置无效)

100 MHz x 2 x 20 / 2 (可生效设置)=2000

133 MHz x 2 x 15 / 2 (可生效设置)=1995

这里也可以看出，如你要使用4000Mhz以上的高频内存的话，只能采用gear 2模式来达成。

DDR4-3200=1600Mhz:

100 MHz x 1 x 32 / 2 (可生效设置，但仅在使用11900k，且内存运行于DDR4 3200时才能达成，因为QCLK倍率仅在该种特定情况下才能支持到32，具体见上面那张微星的图)

133 MHz x 2 x 12 / 2 (可生效设置)=1596

133 MHz x 1 x 24 / 2 (可生效设置)=1596

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问题2 gear 1 mode和gear 2 mode的理论性能孰优孰劣？

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作者采用华擎Z590 PG Velocita主板，分别使用：

DDR4-3200 14-14-14-34，Gear 1，single rank

DDR4-3200 14-14-14-34，Gear 1，double rank

DDR4-3200 14-14-14-34，Gear 2，single rank

DDR4-3200 14-14-14-34，Gear 2，double rank

DDR4-3600 16-16-36，Gear 1，single rank

DDR4-3600 16-16-36，Gear 2，single rank

DDR4-4000 18-18-18-38，Gear 2，single rank

DDR4-4000 18-18-18-38，Gear 2，double rank

上述这些内存频率，时序和gear模式的组合，采用Geekbench 3 and AIDA64软件分别进行了测试，以上所有测试条目均使用的是双通道内存套装：

PS：关于内存Rank的概念，这里简单说明一下。Rank指的是内存模组上一个可以独立进行64-bit寻址的区域。在目前主流的家用主板上，每条内存槽所支持的位宽均为64bit，而目前单颗内存颗粒的最大位宽仅有16bit，在这种情况下，如果使用的是16bit位宽的颗粒，用4颗凑到64bit就正好组成了一个Rank。同理，4bit颗粒需要16颗，8bit颗粒需要8颗，也能组成一个Rank。此外，在一条内存中也允许出现两个rank，这样做最大的好处就是可以大幅提升单条的内存容量。综上可以得出，单面内存≠单rank内存（比如单面16bit共8颗），双面内存≠双rank内存（比如4bit颗粒单面8颗，双面共16颗），目前普遍认为，双rank内存比单rank内存更难超频，而正规桌面机所用的内存颗粒以8bit颗粒居多，此时，单面内存=单rank内存，双面内存=双rank内存才能成立。

作者列举的设置方法举例：

测试后的结果如下：

aida64内存读取测试：

aida64内存写入测试：

aida64内存复制测试：

aida64内存延迟性能测试：

此外，作者还测试了游戏《赛博朋克2077》，其不同分辨率设置下（测试显卡使用RTX3090）的内存性能表现如下：

4K分辨率，顶级画质，不同内存设置模式下对平均帧和1%最低帧数值的影响：

2K分辨率，顶级画质，不同内存设置模式下对平均帧和1%最低帧数值的影响：

1080P分辨率，顶级画质，不同内存设置模式下对平均帧和1%最低帧数值的影响：

作者给出的结论及建议：

1、gear模式的选择：由QCLK倍率最大值为28或29可知，gear1模式能够工作的最大内存频率约为DDR4-3733到DDR4-3866之间（133×28×1/2到133×29×1/2），所以如是你买的内存的XMP是DDR4 3800，那么一般情况下，你需要设置gear mode为2，此时，不如将内存频率降至3733Mhz，gear mode可设为1，即可提升性能。

2、

上图是华擎z590的内存超频bios的设置项目，对于 DRAM Reference clock，正常有100/133两个值可选。如是玩家自行进行内存超频，建议使用133 MHz的设置值，这是因为133Mhz下达成同样的内存频率所需的QLCK倍率较低，作者认为可减轻IMC的负载。

3、内存超频相关电压的设置：

VCCSA（system agent voltage ，系统代理电压）：该电压对6-10代intel cpu的内存超频的作用至关重要（PS：可查阅我专栏里的intel cpu超频bios设置一文），但作者认为，新的rocket Lake IMC在相同的RAM时钟下所需的VCCSA要比前几代cpu低几百mV。作者在测试中发现，即使RAM频率超过了5GHz，VCCSA也只需设置在1.25 – 1.3V之间。

VCCIO Memory Voltage（IO总线内存电压）：此电压是rocket Lake的新电压，已与前几代的SA电压分开。根据作者建议，提升该电压可以增加内存超频的稳定性以进行压力测试和日常使用。

VCCIO电压（IO总线电压）：在作者测试中，该电压对内存超频没有影响。在前几代中，此电压用于稳定CPU的缓存频率。（PS：可查阅我专栏里的intel cpu超频bios设置一文）。

最后感谢原文作者的精彩测试及数据分享和分析。