intel 6代或更高代CPU超频中常见的几个bios设置问题

该文章主要面向对超频有兴趣且有初入门级基础的同学，高手可略过。

《tweakTown's Ultimate Intel Skylake Overclocking Guide》（tweakTown的intel skylake cpu终极超频指南）是tweakTown网站的原编辑Steven Bassiri（现已离职）于2015年11月发表的一篇intel 6代cpu超频指南，原文见于https://www.tweaktown.com/guides/7481/tweaktowns-ultimate-intel-skylake-overclocking-guide/index.html#Introduction-to-Skylake-Overclocking，作者不仅理论功底深厚，拥有信息学专业学位，同时也是一位创下多项超频世界纪录的DIY明星。这篇文章以较为科学的实验设计和结果分析，为我们较为系统的呈现了intel 6代处理器超频的一系列问题，用作者自己的话说就是“I like to analyze overclocking semi-scientifically, and to do this, I spend a decent amount of time thinking up tests and how to run them to maintain consistency and reproducibility. ”（我喜欢半科学化的分析超频，为此，我花费了大量时间思考如何设计和运行测试以保持一致性和可重复性。）

    虽然这篇文章是5年前完成，但其中的很多内容对分析目前的主流intel cpu超频遇到的问题依然有效。个人阅读以后的感觉是精彩纷呈，收获良多，我在这里节选了数个该指南涉及的，且个人认为对超频玩家有意义的问题供大家参考，同时也作为自己的学习笔记供以后复习之用（因为原文的图表数据分析较为简单，文章加入了个人对图表和原文一些观点的文字说明，并已反复审核确保尽量不出现错误，并尽量做到详细）。PS：如自己的英文不错的话，推荐阅读原文。

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问题1：FCLK频率应该如何设置？

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FCLK频率在5家不同公司的5块主板上分别采用了如下图2的名称（在HWinfo中亦有报告，中文为系统代理时钟，System Agent Clock）：

 

PS：在可超频intel 100系以后的主板上，该项目一般提供 400Mhz，800Mhz，1GHz共3个选项，表面看是3个频率值，但实际这个3个“频率”是基于 CPU BCLK（CPU外频）为100Mhz时与前者相除所得到的系数（倍率，比率）值。

举例：当你的cpu外频为100Mhz且将fclk设置为400Mhz时，那么实际fclk频率为400/100（这里除法所得的值4即为系数）×100=400Mhz，同理当你的cpu外频设置为125Mhz，且fclk仍设置为400Mhz，那么实际Fclk为400/100×125Mhz=500Mhz，以此类推。

那么提高这个频率是否会对系统性能的提升有帮助呢？看下面这张图3：

 

如上图第一条目，设定 cpu外频为100Mhz，倍频45X，cpu频率和uncore频率均为4.5G，内存频率为3000Mhz，Fclk比率设置为8（实际fclk值800Mhz）所得出的性能作为100%，其中红条代表游戏性能，绿条代表内存延迟性能，天蓝条代表内存带宽性能，深蓝条代表cpu性能。PS：这里的uncore频率和内存频率下文会详细说明，在该项测试中，作者将cpu，uncore和内存频率始终保持一致，只调整了flck这一变量。

第二条目：当保持blck为100，cpu倍频仍为45X（cpu频率，uncore频率和内存频率均未变化），仅调整fclk比率为10（实际fclk值为=1Ghz）时，fclk的提升带来了0.27%的游戏性能提升和0.42%的内存带宽提升，而cpu性能提升仅为0.01%；

第三条目：当blck设置为125Mhz，倍频设置为36X（cpu频率和uncore频率仍保持4.5G，内存频率仍为125×36=4500），且Fclk比率设置为8（实际fclk频率为125Mhz×8=1GHz），内存带宽性能相较于基准继续有所提升（0.63%），而游戏和cpu性能基本不变；

第四条目：将blck设置为125Mhz，倍频设置为36X（cpu频率和uncore频率仍保持4.5G，内存频率仍为125×36=4500），仅将Fclk比率设置为10（flck实际频率为10×125=1.25Ghz）时，游戏性能相较于基准提升0.43%，内存带宽性能提升0.78%，而其他两项变化不大。

小结：主板fclk设置项的给定参数实际是一个系数（比率），在前者设置不变的情况下，fclk实际频率随bclk的提升而提升。作者通过上述测试后认为：在相同的CPU频率下使用更高的BCLK值不会带来任何明显的效能增长，但也不会出现任何缺陷。提高FCLK可轻微提高3D性能，因为它有助于缓解PCI-E控制器和CPU除外核心的其余部分之间的瓶颈。对于该项目，个人认为如非追求极限超频，采用默认设置即可，此观点基于作者提供的测试数据得出。

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问题2：缓存（cache）频率对系统性能提升究竟有多大影响？

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Cache频率（这里实际设置的是倍率/比率）的设置在5家不同公司的5块主板上分别采用了如下的名称（中文为缓存频率，图4）：

 

PS：可以看到，除了asus和asrock主板采用了通常命名，其他品牌主板bios中的uncore Ratio（非cpu核心倍率），Ring Ratio（环倍率）也是指缓存频率。CPU-Z软件中将此频率称为NB 频率（North Bridge Frequency，直译为北桥频率）。

实际缓存频率=cpu外频（bclk）×你设置的缓存倍率 /uncore倍率 /环倍率。

搞清楚上述后，那么，不同的缓存（cache）频率对系统性能究竟有多大影响？看下面这张图5：

 

如上图：设置cpu频率=4.2G，缓存频率（cache频率，uncore频率,环频率等）=4.0G，当内存频率为2133Mhz时（主要参数如图），所测得的cpu效能设定为100%（上图最下方）。

当保持内存及uncore频率不变，只提升cpu频率时，cpu整体性能提升和cpu主频呈显著的正相关。举例：当设置内存为2133Mhz，uncore频率固定4.0GMhz时，cpu频率位于4.2G，4.5G，4.7G时，相应的cpu整体性能为100%。112.21%，116.73%。（如上图第3条目）。

当保持cpu及uncore频率不变（这里看cpu频率4.2G，uncore 4.0G的相关蓝条），只提升内存频率，可以看到，当内存频率来到3200Mhz时，cpu整体效能提升约为5%；但当内存频率继续提升至4000Mhz时，与3200Mhz相比，cpu整体性能几乎无变化，相较于基准仍是5%左右的提升。以上提示：对于同一块cpu，当cpu主频和uncore固定时，存在一个最佳内存频率值，能使cpu整体性能最大化，这个频率不一定越高越好，个人建议可以参照上图作者提供的值进行测试。

当保持cpu和内存频率不变时，只提升uncore频率，则cpu整体效能几乎无明显变化。举例：当cpu频率固定为4.5G，uncore频率分别设置为4.0G，4.2G，4.5G时，与基准相比，cpu整体性能分别为112.21%，112.39%，112.43%。（看第三条目的cpu频率为4.5G时的三个蓝条）。

 结论：缓存频率的高低对cpu整体性能的直接影响很小，和cpu主频的高低显著相关，并在某一最佳内存频率时能达成cpu性能最大化。

那么是不是缓存频率对超频就没什么用处呢？看下面这张图6：

 

上图显示了设置不同cpu频率，uncore频率及内存频率，对内存延迟性能的影响。

通过数据分析，可发现以下3点特征：

1 固定内存频率和cpu频率，uncore频率越高，则系统的内存延迟性能越好，但这种提升幅度较小（2%-4%）。

2 固定cpu频率和uncore频率，随着内存频率的不断提升，系统的内存延迟性能明显提升，且从低频内存频率（2133Mhz）到中端内存频率（3200Mhz）的提升幅度最大（20%左右），中端频率到高端频率（4000Mhz）的提升幅度有所减小（低于10%）。

3 固定内存频率和uncore频率，cpu频率越高，除了在内存3200Mhz条件下，CPU主频4.7G时的延迟性能相较于4.5G和4.2G有5%左右的提升，其余所有的相关数据对比，对系统延迟的影响可忽略不计。

结论：根据上述结果，作者认为：尽管缓存频率对CPU性能的影响很小（<1%），但确实提高了内存延迟性能（缓存频率的提升会带来内存延迟的减少）。当内存频率增加时，此效果会增强，因此，在更高的内存速度下，保持较高的缓存频率的重要性变得更加重要，而在较低的内存频率下可以忽略不计。

 

此外，还有一张图7：

 

上面这张图的测试数据揭示了设置不同cpu频率，uncore频率及内存频率，对内存带宽的影响。

结论：延续上面的观点，对于同一块cpu，当cpu主频和uncore固定时，存在一个最佳内存频率值，可使内存带宽最大化。PS：上图在内存频率为3200Mhz时，内存带宽性能明显领先4000Mhz时的数据，造成这种结果的主要原因是因为内存运行在更高频率时，相应的主要时序参数会更高，而提高前者会对内存带宽性能造成负面影响。上述提示，我们在实际超频操作中，不要为过分追求高频率而将内存时序参数设置的过高，这样会对内存性能乃至整体效能带来来负面影响。

 综合图5，图6，图7的数据，作者认为：缓存频率对CPU性能的影响很小，但是如果你使用的是高频内存，则可以通过提高缓存频率改善系统内存延迟性能。同时建议不必花费太多资源（电压/温度）来获得极致的缓存频率。

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问题3 提升内存频率对系统性能有何影响？

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调整内存频率的设置是通过调整内存倍率（比率）来实现的，在5家不同公司的5块主板上分别采用如下名称：

内存实际频率=cpu外频（bclk)×内存倍率（比率）

PS：最典型的就是在giga系主板上，内存倍率通常以21.33，24这样的值出现，当bclk设置为100时，21.33对应的就是2133Mhz的内存频率，24即2400Mhz；当cpu外频设置为125Mhz时，内存倍率设置为21.33，则实际内存频率为：125×21.33=2666Mhz，24时则为3000Mhz。而在其他主板上，可能就直接给出如2133Mhz，2400Mhz这种设置选项，当bclk发生变动时，实际内存频率的计算方法同上。

 

提升内存频率对系统效能的影响，先看下面这张图9：

 如上图的测试结果，我们可以得到以下结论：

1 固定cpu频率和uncore频率的情况下，（1）当cpu频率在4.5G或以上时，单纯提高内存频率对cpu性能的影响可忽略；（2）当cpu主频较低时（4.2G），内存频率由2133Mhz提升至3200Mhz时，对cpu整体效能带来了约5%左右的提升，如继续提升内存频率，则对cpu性能无影响。以上也提示，对于主频较低的cpu，如能配合高频内存并运行在较高频率下，可能会达成更好的cpu整体效能发挥。

 

此外，作者测试还得到了图10和图11：

 

通过上面的2张图，可以分析得到：

1 在6代或以后的intel平台上，内存带宽最大化依赖于某一最佳内存频率值（及相应的时序参数设定），与cpu频率和uncore频率的关联很小。上面的第一张图显示了当内存运行于3200Mhz时，内存带宽性能达成最大化，4000Mhz时的内存带宽之所以出现劣化，主要还是上面提到的内存时序参数的升高所引起的。

2 同一intel cpu和主板平台上，系统内存延迟性能和所使用的内存频率及cpu主频呈正相关。即cpu主频越高+内存频率越高，延时表现越好。此外，存在一个最佳内存频率，当内存运行在此频率时，延时性能提升最大；如继续提高内存频率，系统延迟性能提升幅度明显减小。此外，当cpu主频越高时，提升内存频率所获得的内存延迟性能增益也越大。

综合图9，图10，图11的结果，作者认为：内存频率对内存带宽和延迟的性能有明显的影响。（1），当CPU频率较低时（4.2G），提高内存频率对cpu性能提升的作用较为明显，随着CPU频率的提升（4.5G或以上），这种性能增益的影响明显减弱，这可能是因为3.2GHz的内存频率就足以抵消低内存频率（2133）所带来的任何瓶颈；（2），通过增加内存频率（即使使用较高的时序参数）可以改善内存延迟。

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问题4 CPU核心电压（Vcore）的一些特征

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cpu核心电压是超频的主要设置项目之一，在不同主板上通常如下图的名称：

PS：从华硕的命名可以看出，cpu核心电压和cpu内部缓存所使用的电压在硬件上是由同一电压设置值决定的。

再看下面一张图13：

从上面这张图可以看到，cpu重载时的电压较空载时有明显下降。因此，合理设置防掉压选项有助于提升超频稳定性。而防掉压选项在不同主板上有不同名称，如下图14（LLC中文译为负载基线校正）：

LLC的作用有二：

（1）从图13可以看到，cpu重载时核心电压会有下降，这是因为CPU为了保持相同的功率窗并补偿低质量的VRMs（Voltage regulator modules，中文译为电压调节模块，即通常所说的主板cpu供电相）所导致的。此时，如能合理设置LLC，则可减少、移除或翻转重载带来的cpu核心电压的下降，结果就是增加了超频时的稳定性。

（2）有的同学可能会说，既然cpu重载时，核心电压会下降，那么我设置一个更高的核心电压来抵消这种下降可不可以？当然可以，但是随之而来的一个问题就是，当在此电压下且cpu空载时，更高的核心电压所带来的温度和功耗的上升，此时，如能合理设置LLC，则可以实现适当程度的降压，最终的效果就是cpu空载时的核心电压不会过高。

大致归纳的话，设置LLC的作用就是：重载时升压，轻载时降压，让cpu在不同负载运行时，达成核心电压和运行效能之间的最佳平衡。

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问题5 关于CPU节能状态的讨论

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节能状态包括在CPU空闲或低于最大负载的情况下，降低频率，降低电压或同时降低前2者，以帮助省电并降低温度。

开启cpu节能状态，需完成以下设置：

1 确保bios中启用了EIST及C状态。

2 确保在Windows控制面板的“电源选项”菜单中没有选择“高性能”作为电源计划。PS：在很多主板上，即使你启用了EIST选项，也可以通过上述“高性能”选项使cpu始终保持在最高频率。

作者在指南中对cpu节能问题做了测试，并得到了下面这张图表15：

左往右数，第一条目是节能状态设置为同时降低电压及频率时，电压，功率及温度的变化。第二条目是频率下降而电压不变出现的变化，第三条目是完全停用节能设置时出现的变化。

从图中可以看出，同时降低电压及频率时，cpu空载时温度和功率最低，分别为21℃和1W；仅降低频率时，cpu空载时温度和功率分别为25度和13W；而停用节能设置时，空载时温度和功率分别为27℃和23W。可以看出，即使是单一降低频率，也能在超频后cpu空载时获得10W的功耗节省。

此外，在三种状态下，cpu的满载时，功率和温度基本保持一致。

从上述信息我们可以发现，当你担心开启节能模式，特别是核心电压的降低会影响超频稳定性时（实际我所看到的不少国外intel平台超频指南中，均未发现有关闭节能选项对超频稳定性有明显提升的说法），不妨尝试图15中第二条目的方法，即设置节能为保持电压不变，单纯降低频率（达成这种效果，如上述，可在bios中开启EIST（C1E可一并开启），并为CPU核心设置固定电压，同时保持系统电源选项设置为“节能”，win7系统。如下图16，在自己的G1 sniper Z170+6代ES版cpu达成。）

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问题6 更快的缓存（cache）频率需要多高的电压？

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之前已经详细介绍了缓存频率的概念和作用，并已经知道缓存电压和cpu核心电压是共享同一设置值，作者也对问题6的情况进行详细测试和分析，如下图17：

作者在这里展示了在不同的缓存频率（缓存和CPU频率为1:1，固定4G，固定4.5G）运行的情况下，记录在不同的cpu主频下，在Windows中打开CPU-Z时不崩溃所需的最低电压值。

通过数据我们可以发现，当缓存频率固定为4G时，达成上述要求所需的缓存电压（cpu核心电压）明显较其他2种情况下更低，通常要低0.03-0.05V。在文章之前的部分，我们已经提到单纯提升缓存频率对cpu整体性能的增益很小，结合上述测试的结果我们可以得出如下结论：多数时候无需将缓存频率和cpu频率保持在1:1，而是尽量保持至少500MHz的距离（作者观点，这里的500=cpu主频-缓存频率），因为在1:1运行时，所消耗的电压和温度资源会明显上升，而这种资源消耗对整体性能提升的作用很小。

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问题7 如何利用VCCIO和VCCSA两个设置项使DDR4运行频率最大化？

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在100系或以后的Z系主板中，与内存超频有关的电压设置项目通常如下图18，不同厂商的主板的名称不同：

其中，DRAM Voltage我们最为熟悉，即通常意义上的内存电压设置，根据intel相关cpu的datasheet，DRAM Voltage也称为VDDQ，解释为Processor I/O supply voltage for DDR4（处理器IO总线为DDR4模组提供的电压）。其推荐值为1.2V正负5%。而实际情况是，很多内存模组在以XMP参数运行时，需要使用到1.35V甚至更高的电压值来确保其稳定性。

VCCIO在有些主板中称为CPU IO Voltage（处理器IO电压），根据intel相关cpu的datasheet，解释为voltage for the memory controller and shared cache（为处理器集成的内存控制器及共享缓存提供的电压），作者将此项目视为“The most important for ddr4 oc margins”，即提升DDR4超频频率限度的最重要指标，intel推荐的典型值为0.95V，min/max推荐值空缺，作者的推荐范围为0.95V-1.25V，最大不超过1.35V，且在长期超频正常使用时，不要超过1.25V。

VCCSA在有些主板上称为cpu system agent voltage （直译为cpu系统代理电压），根据intel相关cpu的datasheet，解释为voltage for the system agent（为系统代理提供的电压），结合上文提到Fclk（System Agent Clock），此项设置可能还与fclk频率有关。在这里，作者将该项目视为“2nd most important for ddr4 oc margins”（提升DDR4超频频率限度的第二重要指标）。

作者对这两个电压设置做了细致的测试，并得到了如下数据（图19）：

作者认为，在默认情况下，VCCSA的值高于VCCIO，但两者对内存超频的重要性是等同的。在该测试中，他使用了相同的内存时序和DRAM电压（1.375v）来超频他的DDR4模组至4GHz以上，但每次超频时，达成的DDR4频率有细微差别（这里的20XX换算成DDR4等效频率需×2=40XX/41XXMhz），且VCCSA和VCCIO也不同，并采用CPU-Z进行验证。

作者在超频测试时发现，如VCCSA过低会导致启动失败（本人在测试时也是如此，而且即使将内存频率降的很低单纯超cpu的情况下，如果该值过低会直接导致超频后无法开机），但将其设置的过高会对内存超频产生负面影响（见图中数据）。而VCCIO只是在增加时才显示出对内存超频稳定性有益处，但如果设置值过高，带来的频率提升则可以忽略（见图中数据）。因此，作者推荐在超频时VCCSA应低于1.3v，但高于1.2v，并与VCCIO一起使用，来测试内存超频后的稳定性。在一般正常使用时，建议二者均保持在1.25v或以下。

附上一张作者制作的6代cpu超频相关的主要电压设置值的推荐表（图20）：

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问题8 Intel公司14nm工艺的耐用性

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作者在该部分中通过引用intel公司研究人员发表的相关论文，讨论了14nm工艺的耐用性问题。在正常运行条件下，Intel的14nm节点总体上更具弹性，相比前代22nm，可以承受更高的工作电压。

此外，作者提到的一个比较值得注意的问题就是：intel为何将cpu顶盖的散热方式由钎焊改为导热膏？

英特尔在2006年发表的一篇论文中探讨了其中的原因.。该文章指出，当CPU芯片尺寸减小到一定程度时，CPU芯片与内部散热片（IHS）之间的热界面用铟/金基焊料会导致CPU芯片在多次热循环后（这里可理解为cpu重载/轻载之间的反复切换导致的温度变化）开裂。

我把这篇文章的下载地址放在这里，材料专业的兴趣同学可以阅读下（本人专业所限，门外汉）：

链接: https://pan.baidu.com/s/1QnwMhcbs_jeyH5uzHOYBsw 提取码: g2h9 

结尾：

其他的问题限于篇幅，请各位查阅指南原文。个人读后的感觉就是，作者在个人diyer力所能及的范围内，以类似于科学研究的思维来探究超频遇到的一系列问题，这种精神和以及分析方法值得我们学习和借鉴。