Ryzen平台下内存超频与内存时序

最近在AMD平台超内存，顺便学习下内存知识，以下内容转自：

内存的工作原理及时序介绍

#超频甜点系列# RYZEN内存超频、选购二三事

RYZEN 平台超频的一点研究

在此感谢原贴作者们普及知识以及传授经验！

内存超频软件推荐：

Thaiphoon Burner （内存查看器）

DRAM Calculator for Ryzen 1.3.1 （AMD平台内存超频计算器）

MemTest Pro（内存压力测试工具，一般跑200%无报错即视为稳定）

Ryzen Timing Checker

 

基本术语：

所谓时序，就是内存的时钟周期数值，脉冲信号经过上升再下降，到下一次上升之前叫做一个时钟周期，随着内存频率提升，这个周期会变短。例如CL9的意思就是CL这个操作的时间是9个时钟周期。

 

工作频率：是内存颗粒实际的工作频率，但是由于DDR内存可以在脉冲的上升和下降沿都传输数据，因此传输数据的等效频率是工作频率的两倍；所以 工作频率*2=等效频率

Cell：颗粒中的一个数据存储单元叫做一个Cell，由一个电容和一个N沟道MOSFET组成。

Bank：8bit的内存颗粒，一个颗粒叫做一个bank，4bit的颗粒，正反两个颗粒合起来叫做一个bank。一根内存是64bit，如果是单面就是8个8bit颗粒，如果是双面，那就是16个4bit的颗粒分别在两面，不算ECC颗粒。

Rank：内存PCB的一面所有颗粒叫做一个rank，目前在Unbuffered台式机内存上，通常一面是8个颗粒，所以单面内存就是1个rank，8个bank，双面内存就是2个rank，8个bank。Bank与rank的定义是SPD信息的一部分，在AIDA64中SPD一栏可以看到。

DIMM：指一条可传输64bit数据的内存PCB，也就是内存颗粒的载体，算上ECC芯片，一条DIMM PCB最多可以容纳18个芯片。

第一时序：CL-tRCD-tRP-tRAS-CR，就是我们常说的5个主要时序，前四个参数CL-tRCD-tRP-tRAS与内存包装上的代码从左至右一一对应。

CAS Latency（CL）：CAS即Column Address Strobe，列地址信号，它定义了在读取命令发出后到数据读出到IO接口的间隔时间。由于CAS在几乎所有的内存读取操作中都会生效（除非是读取到同一行地址中连续的数据，4bit颗粒直接读取间隔3个地址，8bit颗粒直接读取间隔7个地址，这时候CAS不生效），因此它是对内存读取性能影响最强的。如下图，蓝色的Read表示读取命令，绿色的方块表示数据读出IO，中间间隔的时间就是CL。

 

已知CL时钟周期值CAS，我们可以使用以下公式来计算实际延迟时间tCAS：
tCAS（ns）=（CAS*2000）/内存等效频率

DRAM RAS to CAS Delay（tRCD）：RAS的含义与CAS类似，就是行（Row）地址信号。它定义的是在内存的一个rank（内存的一面）之中，行地址激活（Active）命令发出之后，内存对行地址的操作所需要的时间。每一个内存cell就是一个可存储数据的地址，每个地址都有对应的行号和列号，每一行包含1024个列地址，当某一行地址被激活后，多个CAS请求会被发送以进行读写操作。简单的说，已知行地址位置，在这一行中找到相应的列地址，就可以完成寻址，进行读写操作，从已知行地址到找到列地址过去的时间就是tRCD。当内存中某一行地址被激活时，我们称它为“open page”。在同一时刻，同一个rank可以打开8个行地址（8个bank，也就是8个颗粒各一个）。下图显示一个行地址激活命令发出，到寻找列地址并发出读取指令，中间间隔的时间就是tRCD。tRCD值由于是最关键的寻址时间，它对内存最大频率影响最大，一般想要上高频，在加电压和放宽CL值不奏效的时候，我们都要放宽这个延迟。

 

DRAM RAS Precharge Time（tRP）：RAS预充电时间。它定义的是前一个行地址操作完成并在行地址关闭（page close）命令发出之后，准备对同一个bank中下一个行地址进行操作，tRP就是下一个行地址激活信号发出前对其进行的预充电时间。由于在行地址关闭命令发出之前，一个rank中的多个行地址可能正在被读写，tRP对内存性能影响不如CL和tRCD。虽然tRP的影响会随着多个行地址激活与关闭信号频繁操作一个bank而加大，但是它的影响会被bank interleaving（bank交叉操作）和command scheduling（命令调配）所削弱。交叉读写会交替使用不同的bank进行读写，减少对一个bank的操作频率；命令调配则是由CPU多线程访问不同的内存地址，同样是减少对一个bank的频繁操作次数。例如SNB CPU的内存控制器可以对读写操作命令进行有效地重新分配，以使得行地址激活命中率最大化（如果重复激活一个已经处于激活状态的行地址，那就是RAS激活命令未命中），所以tRP在SNB平台对性能的影响不大，并且放宽它有可能可以帮助提升稳定性。下图显示的是一个即将被激活的行地址开始预充电，到它被激活间隔的时间，就是tRP。

 

DRAM RAS Active Time（tRAS）：行地址激活的时间。它其实就是从一个行地址预充电之后，从激活到寻址再到读取完成所经过的整个时间，也就是tRCD+tCL的意思。这个操作并不会频繁发生，只有在空闲的内存新建数据的时候才会使用它。太紧的tRAS值，有可能会导致数据丢失或不完整，太宽的值则会影响内存性能，尤其是在内存使用量增加的时候。所以一般为了稳定性，我们设置tRAS≥tRTP+tRCD+CL即可（tRTP不是tRP，将在第二时序中介绍），尤其是PCB不好或者跑高频的时候，多几个周期比较稳妥。

 

DRAM Command Mode（Command Rate，CR）：首命令延迟，也就是我们平时说的1T/2T模式。是指从选定bank之后到可以发出行地址激活命令所经过的时间。CR可能对性能的影响有比较大的变数：如果CPU所需要的数据都在内存的一个行地址上，就不需要进行重复多次的bank选择，CR的影响就很小；但是如果一个rank中同时多个bank要激活行地址，或者不同的rank中不同bank需要同时激活的时候，CR对性能的影响就会提升。但是随着内存频率的提升，CR=1T/2T的时间差越短，它的影响就会越来越小，这就是我们看到DDR1的时候1T/2T对性能影响挺大，但是到了DDR3影响就很小的其中一个原因。但是为了性能最大化，我们尽量把CR设为1T，但是如果bank数很多的时候，例如插满四条内存，就有32个bank，bank选择随机性增大，1T的首命令时间可能会不稳定。

所以，内存的基本读取操作的时序角度流程就是把上面那三张图合起来：预充电-激活行地址并寻找列地址-发送读取命令-读出数据，这四步操作中间的三个延迟就分别是tRP、tRCD和CL。和我们常说的时序顺序刚好是反过来的。

第二时序

尤其注意tRRD和tRFC这两个时序，其它的则一般不影响。

DRAM CAS Write Latency（tWCL）：列地址写入延迟，也就是DRAM的最小写入操作时间，与CL刚好是读写对应关系，一般跟CL值设为同一个值就是可以稳定的。由于内存读取之前必须先写入，所以这个值可以说与CL一样重要。但是在BIOS里一般没得设置，可能是与CL绑定了。

DRAM Row Cycle Time（tRC）：行周期时间。定义了同一bank两次行激活命令所间隔的最小时间，或者说是一个bank中完成一次行操作周期（Row Cycle）的时间，即tRP+tRAS（预充电加上激活的整个过程），tRC设得太紧可能会直接点开不了机，一般只要能进系统再多加一两个周期都是可以稳定的。下图显示的就是tRC的时间。

 

DRAM Row Refresh Cycle Time（tRFC）：行地址刷新周期，定义了一个bank中行地址刷新所需要的时间。重提一下刷新的含义，由于cell中电容的电荷在MOSFET关闭之后一段时间就会失去，为了维持数据，每隔很短一段时间就需要重新充电。这里多提一句，Intel平台和AMD平台对tRFC的含义不一样，AMD平台的tRFC是DRAM刷新延迟时间，单位是ns，通常有90/110/160/300几个值可以调整，也就是说它的tRFC时钟周期会随着频率的提升而提升；而Intel平台的单位则直接是时钟周期，相反地延迟时间会随着频率的提升而降低。容量大的bank行地址和cell会更多，刷新时间也更长，因此tRFC也要更高。另外，tRFC如果太快会导致数据出错，太慢则影响性能，但可以增加稳定性。

DRAM Refresh Interval（tREFI）：内存刷新时间间隔，也就是内存的刷新命令生效前要经过的时间。刷新的时间间隔一般取决于内存颗粒的容量（density），容量越大，就越需要频繁刷新，tREFI值就要越低。另外tREFI的时间也会受到内存工作温度与内存电压（Vdimm）影响，因为温度越高电容漏电越快。一般在AMD主板的BIOS里，这个值只有3.9us和7.8us可选，而在SNB平台，则是按时钟周期算，例如DDR3-1333下默认值为5199T，换算过来就是2000/1333x5199=7800ns，也就是7.8us。一般DRAM颗粒的spec中都是规定工作温度大于85度时采用3.9us。

DRAM RAS to RAS Delay（tRRD）：行地址间延迟，定义的是同一rank不同bank间两个连续激活命令的最短延迟，在DDR3时代一般最小是4T。它的作用和CR有点像，不过比CR更多的时候对性能有较大的影响，所以这个时序可尽量缩小。

DRAM Write Recovery Time（tWR）：内存写入恢复时间，它定义了内存从写入命令发出（从开始写入算起）到下一次预充电间隔的时间，也就是tRP的前一个操作。如果这个时间设得太短，可能会导致前一次写入未完成就开始下一次预充电，进行寻址，那么前一次写入的数据就会不完整，造成丢数据的情况。这个周期也是第二时序中比较长的，DDR3-2000一般需要10-14个周期，甚至更高。

DRAM Read to Precharge Time（tRTP）：与tWR类似，定义了同一rank上内存从读取命令发出到tRP之前的间隔时间，但是它在读取完成并且行地址关闭之后才会生效。单颗128MB的内存颗粒可以在DDR3-2000下运行在4到6个时钟周期，如果bank容量增大时，这个时序有可能要放宽。

DRAM Four Active Window（tFAW）：它定义了同一rank中允许同时发送大于四个行激活命令的间隔时间，因此最小值应该不小于tRRD的四倍。在DDR3上，tRRD的最小值是4T，因此tFAW的最小值就是16T。这个tFAW由于是在一个rank中大于四个bank同时激活之后才生效，因此在内存不是很繁忙的时候，它对性能的影响并不是很大。但是对一些频繁读写内存的操作（例如SuperPI 32M），tFAW对性能的影响可能会加大。由于现在内存用满的几率非常非常小，两根双面的内存更是有4个rank，配合上interleaving，一个rank中同时激活大于四个bank的几率应该不大，所以通常我们把它设为tRRD的四倍应该就不会出问题。

DRAM Write to Read Delay（tWTR）：内存写-读延迟，它定义的是内存写入命令发出后到下一个读取命令之间的时间间隔，最小为4T，与tRTP类似，提升内存的频率或者容量提升时，这个值需要提高。

第三时序

第三时序中对性能影响最大的是tRDRD和tWRWR。当内存频率小于2133MHz时，第三时序对性能的影响非常小。当内存频率超过2400MHz之后，tRDRD和tWRWR对内存带宽的影响非常大，这两个参数的最小值为4个周期，每加1个周期，内存读写性能就会出现较大幅度的下降，每放大一个周期内存带宽大约下降10%～15%。内存频率达到2800MHz之后这两个小参往往要放大到6个周期，性能上会有较大的损失，因此牺牲tRDRD和tWRWR换取超高频的做法是不可取的。其余第三时许的各个小参对性能影响不大，一般全部设置为Auto即可。

第二类，其中三个是tRDWR、tRDWR_dr和tRDWR_dd，这三个时序对效能影响不大也不小，一般2400-2800这段频率都设置在10-12，2133以下可使用BIOS Auto。另外还有一个最大的tWRRD，一般在2400以下可设16，2666以上需要设到20，对性能影响不大。

第三类，除了上边提到的之外剩下其它的六个。这当中除了tRDRD_dr和tWRWR_dr之外，其它四个都可以设为1T，设为4T效能最好，不过影响其实都非常非常小。而tRDRD_dr一般设为5T不用动，tWRWR_dr大多数时候可设为4T，单条8G的跑高频（2666以上）可能要设为8T。

 

频率和时序 哪个对内存性能影响更大？