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谁才是内存的老大:内存的频率谁说了算,是CPU还是主板?

此文发表于2019年4月16日

前言:

内存频率、内存带宽、内存速度、内存控制器......这些专业词语不少读者已经耳熟能详,但如果再深入一些,如:CPU的内存控制器会限制内存频率吗?可能就不是所有人都能答上来了,对于没有任何基础的初学者,这样的问题足以把人弄得七荤八素,到了东南找不到西北。

今天我们就试图梳理一下它们的关系,去探索这个问题:内存的频率到底是谁说了算,是CPU还是主板?

此文涉及一些专业知识,比较枯燥,快速阅读只需看文中的结论(绿色文字)即可。

正文

不少用户选好了CPU、主板、显卡,遇到内存卡壳了。

B360主板上写的支持DDR4-2666,i3-8100的内存控制器是DDR4-2400的,那买2666有用么?

Z370主板可以支持DDR4-4133,但i7-8700K、i7-9700K 支持的最高内存规格是DDR4-2666,那会有瓶颈吗,买高频内存行不行呢?

内存频率谁说了算

图一 

内存的频率听谁的话?是CPU、主板还是内存自己

确实,看intel 官网介绍,i3-8100支持的最大内存频率为DDR4-2400,第八代九代酷睿i5\i7\i9(如i7-8700K,i7-9700K、i9-9900K等),其支持的最大内存频率是DDR-2666。

CPU支持的内存带宽

图二

内存带宽是内存在单位时间内读取/存储数据的数据量(速率),通俗的说法就是内存速度。

内存带宽和现实中的高速公路类似,每秒能通行的汽车数量。车道越多,车速越快,那么通车能力越大。

可将内存位宽看做高速路上的车道,64bit相当于64车道。

可将内存频率看做汽车的速度

则有内存带宽公式:

内存带宽=内存等效频率X内存位宽/8

(注:此公式为内存带宽的理论最大值)

由于DDR\DDR2\DDR3\DDR4的内存位宽均为64bit

因此:

单通道DDR4-2400内存带宽=2400X64/8=19200MB/s=19.2GB/s
双通道则为:19.2X2=38.4GB/s

仔细的读者对照图二,发现不对了,intel公布的最大带宽是37.5GB/s呢?你算出来是38.4GB/s,难道公式有误?原来,我们常常“偷懒”,把1GB=1000MB,实际1GB=1024MB,准确的是38400/1024=37.5GB/s。有趣的是,如果你有兴趣到intel官网上查看以前的处理器内存带宽,会发现Intel也在“偷懒”。

现在回到这个问题:由于内存控制器在CPU内部,看起来内存的运行速度是CPU说了算,主板要靠边站,既然intel说了i3-8100的最大内存带宽只有37.5GB/s(对应DDR4-2400内存),那买DDR4-2666还有用么?

从表面上看是CPU说了算

常见平台i3-8100+B360M,无论你用哪种内存,BIOS里面最高就只有DDR4-2400(下图)

i3-8100内存控制器最大支持DDR4-2400

图三

换用i7-8700,BIOS里面将会有DDR4-2666的选项

i7-8700内存控制器最大支持DDR4-2666

图四

从图三和图四看确实有些迷惑性,B360主板支持DDR4-2666,内存也是2666MHZ的,但只能当2400内存使用,换成i7-8700就支持到DDR4-2666了,这看起来内存频率是CPU说了算(由CPU内部的内存控制器决定)。

实际上:

在内存体质允许的情况下,内存的频率是主板说了算。只要主板支持,CPU的内存控制器规格将形同虚设。最大内存带宽仅仅是一个标准,只保证在这个范围内是安全稳定的。超过这个标准当然也是可以的,但如果超速翻车闪了腰,折了腿,就不能到intel公司去要赔偿,不给赔偿还要一哭二闹三上吊,哪个公司都怕,订了标准就分清了责任。

图三和图四,B360主板的BIOS识别到处理器型号后,会遵循intel的规范,允许的内存最高频率为DDR4-2400,因此在BIOS里面是看不到2666的选项,如果换用i5-8400/i7-8700等型号,主板将会允许内存的最高频率为DDR4-2666,其实质还是主板说了算。

在H310/B360平台上,
当内存频率超过CPU的内存控制器标准的,都将会降频(如:i3-8100+B360+DDR4-2666,都会降频到2400使用)。
反之,当内存频率低于CPU内存控制器标准的,则有机会超频(如:i7-8700+B360+DDR4-2400,一般都能超频率到2666使用)。

但是,如果主板允许(如Z370),那么就会出现下面的情况:

内存控制器对内存说:“你去把厨房里的碗洗了!”

内存说:“以前B360任公司总裁的时候,我实际也不归你管,只不过你狐假虎威,颐指气使,我忍了,昨天B360已经被董事会开除了,我直接听命于新任总裁Z370,你还是自己去洗吧!”

此时,即使CPU内存控制器规格小于内存频率,也不会有瓶颈。(注:追求性价比的用户,非高端配置,不能为了超内存频率,去选择昂贵的Z370主板)

实测验证:

 超过i3-8100规定的最大内存带宽

图五

测试解读:

1、内存带宽有理论值和实际值之分,实际带宽会小于理论带宽。DDR4-2400双通理论带宽为37.5GB/s,实际读写为32810/1024=32GB/s,35052/1024=34GB/s,达到了理论值的85-90%。

2、随着内存频率的提升,读写速度都随之提升,很快,在达到DDR4-2933的时候,读写均超过了i3-8100规定37.5GB/s,之后一路上升,完全无视安全标准。这说明,选购高频内存,无需担心内存控制器会导致瓶颈。

3、在超频4000MHZ的时候,将标准电压提升到了1.4V,为了达到4133MHZ的主板允许极限,更是将电压提升到了1.47V,警告:超过1.4V后,电压值会变成红色,内存损坏的风险大大增加。 

DDR4-4133-2

图六

超频到DDR4-4133后,内存的读、写和复制性能都远远超出了intel i3-8100内存控制器规格。现在的BIOS都聪明,只需调整DRAM电压,BIOS将自动帮你调试CPU SA/IO电压,并且帮你自动适配内存时序。(图六下面的红框中,可以看到内存时序增大了)

CPU英雄气短,对内存实际带宽影响甚微

CPU不服气了,什么,我的话谁敢不听?实际上,也不能说和CPU完全无关,虽然内存频率是主板说了算,但CPU的的性能不能过于低下,否则内存的实际带宽将受到严重局限(但并不影响理论值)。

实测验证:

 CPU对内存带宽的影响

图七

测试解读:

将i3-8100关闭两个核心,模拟成高频赛扬,内存实际带宽也不会明显下降,而目前处理器的最低档次就是赛扬双核。只有降低到单核的时候,CPU成为严重瓶颈,内存读取速度像断线的风筝一般掉下来,可见,假设CPU不高兴要怠工,导致严重的瓶颈,那主板把内存频率支持到再高也没用。但是,现在已经没有单核。

内存频率是主板说了算的根本原因

内存本身不能产生频率,其频率源泉来至于主板上的时钟发生器。如果CPU是大脑,时钟发生器则相当于心脏,它产生的数字脉冲信号震荡才让电脑“活”了起来,CPU、内存、总线的频率都来至于时钟发生器。部分型号的CPU内置了时钟发生器供自己使用,但内存频率仍然来至于主板上的时钟发生器(目前很多集成在主板的PCH芯片组内)。因此,内存的工资都是主板发,它当然是听命于主板,而实测证明,CPU的内存控制器不会把内存频率控制住,它并没有权利克扣内存的工资。

注:我们常说的内存频率,通常是指内存的等效频率,如DDR4-3200,其等效频率是3200MHz,但内存等效频率并不是内存核心频率和工作频率,此非本文内容,且略过。

如您想进一步了解内存带宽对电脑性能的影响,可阅读【K先生攀岩三部曲】

【K先生攀岩三部曲】

第一部:绝壁四千尺,手抖恐闪失:高频内存再超频,探索内存性价比(intel核显平台)

第二部:一阵表演猛如虎,一看门票收入2元5 :探索双通道高频内存性价比(intel独显平台)

第三部:单枪匹马入沙场,双剑合璧霸天下:探索双通道高频内存性价比(AMD独显平台)

 

最新咨询/评论

  • **** 2023-05-18 11:38 评价等级:很好

    都看明白了,说得通俗易懂。谢谢小虫老师。如果是同样的64bit,那么选择内存条频率的大小的比值可以和内存效率成正比(近似)。

    站长回复:

    共同进步

  • **** 2023-04-09 12:55 评价等级:很好

    说的太啰嗦,卖弄

    站长回复:

  • **** 2022-08-22 07:59 评价等级:很好

    老师,我想把内存2666超到2933,内存时序那么设置

    站长回复:

    要看BIOS的情况,可以适当降低,不稳定再调回来

  • sunny**** 2022-07-25 20:55 评价等级:很好

    intel平台换amd平台后,发现内存居然有坑,现在的2400打算升级到3600试试看,但找商品的话有很多能看到“AMD优化内存”,这到底是咋回事求科普,非AMD优化内存真的点不亮xmp么?还有的说插1/3点不亮插2/4能点亮,现在的主板2/4槽比1/3槽兼容性强是普遍现象还是个别啊?还有的说同样一对什么还是三星b die特挑的内存,插intel上就是1.2v,插amd相同频率后是1.35v。说的感觉我将来再升级配置的话还真得因为内存的问题慎重考虑13代酷睿还是锐龙7000了

    站长回复:

    AMD专用内存属于残次品,运气好也没啥问题

  • **** 2022-07-15 15:39 评价等级:很好

    老师,我P67主板。4个内存插槽。 我1333和1600的内存都有。我反正主板统一设置频率为1600. 我现在分别按这样的顺序插满。2G,4G,2G,4G。 一共12G。 请问这样是1600频率下的对称双通道吗?

    站长回复:
    看看主板插槽旁边,为一组的,PCB板上有个连线的符号,如果1和2插槽为一组,则算对称,如1和3插槽一组,则不对称

    老师你说反了吧。如果1 2 插槽为一组,应该是不对称吧。因为我是2G 4G 2G 4G. 这样看 12插槽有连线。 那应该对称双通道得这样插,2G 2G 4G 4G 或者4G 4G 2G 2G吧

    站长回复:

    对,原来说反了

  • **** 2022-07-15 09:33 评价等级:很好

    好的老师,继续问您,假设我4内存槽P67,1 2 有连接线标志为一组,34为一组。 那我2跟内存插12,34肯定不行,一般得插13,24. 但如果我要插14, 23. 这样插14,23, 还是双通道吗 ?

    站长回复:

    12有连线,就要把内存插在12或者34上才双通。

  • **** 2022-07-14 15:42 评价等级:很好

    老师,我P67主板。4个内存插槽。 我1333和1600的内存都有。我反正主板统一设置频率为1600. 我现在分别按这样的顺序插满。2G,4G,2G,4G。 一共12G。 请问这样是1600频率下的对称双通道吗?

    站长回复:

    看看主板插槽旁边,为一组的,PCB板上有个连线的符号,如果1和2插槽为一组,则算对称,如1和3插槽一组,则不对称

  • **** 2021-04-28 07:58 评价等级:很好

    站长你好,看了文章后我还有一点没整明白,假如我使用的内存是两根16G 3200标称频率的组双通道,但是我用CPU-Z软件看了内存数据,频率居然只有1066??是我哪里没设置对吗?(我是I9 10850K,华硕Z490-P主板)

    站长回复:

    你好,对的,1066X2是内存本身默认频率,CPU-Z只显示一半(未考虑double rate),然后在BIOS里面打开XMP,就达到3200了

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