In jüngster Zeit ist die Community der Fans der Selbstorganisation von PCs vom Thema Energieverbrauch durchdrungen. Die neuesten Acht-Kern-Prozessoren von Intel haben eine
TDP von 95 Watt, aber die Benutzer beobachten, wie sie 150 bis 180 Watt verbrauchen, was keinen Sinn ergibt. In diesem Handbuch erklären wir Ihnen, warum dies geschieht und warum es den Autoren von Eisenprüfungen so viele Probleme bereitet.
Was ist TDP (Thermal Design Power, Kühlkörperanforderungen)
Intel garantiert für jeden Prozessor eine bestimmte Betriebsfrequenz mit einer bestimmten Leistung, wobei häufig ein bestimmter Kühler berücksichtigt wird. Die meisten Menschen setzen TDP mit maximalem Stromverbrauch gleich, da bei Berechnungen die Wärmeleistung des Prozessors, die abgeführt werden muss, der verbrauchten Leistung entspricht. Und normalerweise gibt TDP die Größe dieser Leistung an.
Genau genommen bezieht sich TDP jedoch auf die Verlustleistung des Kühlers. TDP ist die kleinste Kühlfunktion, die diese Leistung garantiert. Ein Teil der Energie wird über den Sockel und das Motherboard abgeführt, was bedeutet, dass die Kühlleistung möglicherweise niedriger als TDP ist. In den meisten Diskussionen bedeuteten TDP und Stromverbrauch jedoch normalerweise dasselbe: Wie viel Energie verbraucht der Prozessor unter Last?
Als Teil des TDP-Systems können Sie es in der Firmware installieren. Wenn der Prozessor TDP als maximale Leistungsgrenze verwenden würde, würden wir sehen, wie dasselbe Messprogramm ähnliche Grafiken für Hochleistungsprozessoren mit mehreren Kernen erzeugt.
In den letzten Jahren hat Intel eine solche Definition von TDP verwendet. Für jeden Prozessor garantierte Intel die Betriebsfrequenz (Grundfrequenz) für eine bestimmte Leistung - TDP. Dies bedeutet, dass ein Prozessor vom Typ 65 W Core i7-8700 mit einer normalen Frequenz von 3,2 GHz und 4,7 GHz im
Turbomodus garantiert nur bis zu 65 W verbraucht, wenn er mit einer Frequenz von 3,2 GHz betrieben wird. Intel garantiert nicht den effektiven Betrieb der oben genannten 3,2 GHz und 65 Watt.
Neben den Basisindikatoren verwendet Intel auch den Turbomodus. So etwas wie der Core i7-8700 kann im Turbomodus 4,7 GHz anzeigen und gleichzeitig viel mehr Energie verbrauchen als der Prozessor mit 3,2 GHz. Der Turbomodus für alle Kerne des Core i7-8700-Prozessors arbeitet mit einer Frequenz von 4,3 GHz - viel mehr als die garantierten 3,2 GHz. Die Situation ist kompliziert, wenn die Turbomodi nicht auf die Grundfrequenz abfallen. Das heißt, wenn der Prozessor mit einem konstanten TDP-Überschuss arbeitet, wird der von Ihnen gekaufte 65-W-Kühler (oder der mitgelieferte) zu einem Engpass. Wenn Sie mehr Geschwindigkeit benötigen, müssen Sie einen solchen Kühler wegwerfen und etwas Besseres mitnehmen.
Der Hersteller sagt Ihnen dies jedoch nicht. Wenn die Kühlung für Turbomodi nicht ausreicht und der Prozessor die Temperaturobergrenze erreicht, wechseln die meisten modernen Prozessoren in den Leistungsbegrenzungsmodus und reduzieren die Geschwindigkeit, um innerhalb des angegebenen Stromverbrauchs zu bleiben. Infolgedessen stößt ein schneller Prozessor nicht an seine Grenzen.
TDP bedeutet also nichts? Warum ist das gerade jetzt ein Problem geworden?
In den letzten zehn Jahren hat sich die Methode zur Verwendung des Begriffs TDP nicht geändert, aber die Verarbeiter haben begonnen, ihr Energiebudget auf andere Weise zu verwenden. Das jüngste Auftreten von Consumer-Prozessoren mit sechs und acht Kernen und Frequenzen über 4 GHz bedeutet, dass neue Prozessoren mit hoher Last die deklarierte TDP überschreiten. In der Vergangenheit haben wir gesehen, wie Quad-Core-Prozessoren mit einer Nennleistung von 95 Watt selbst unter Volllast im Turbomodus nur 50 Watt verbrauchen. Wenn wir Kernel hinzufügen und die TDP-Bezeichnung auf dem Paket nicht ändern, sollte sich etwas ändern.
Geheimnummern, die nicht auf der Verpackung sind
Innerhalb jedes Prozessors bestimmt Intel verschiedene Energieniveaus basierend auf den Fähigkeiten und den erwarteten Betriebsmodi. Alle diese Energieniveaus und Funktionen können jedoch auf Firmware-Ebene angepasst werden, wodurch OEMs entscheiden, wie diese Prozessoren in ihrem System funktionieren. Infolgedessen ist der Wert des Energieverbrauchs durch den Prozessor im System ein sehr vager Indikator.
Der Einfachheit halber können Sie drei wichtigen Werten folgen. Intel nennt sie PL1 (Energieniveau 1), PL2 (Energieniveau 2) und T (Tau).
PL1 ist der effektive einheitliche erwartete Energieverbrauch auf lange Sicht. Tatsächlich wird PL1 normalerweise als TDP-Prozessor definiert. Das heißt, wenn die TDP 80 Watt beträgt, beträgt PL1 80 Watt.
PL2 - Kurzfristiger maximaler Prozessorstromverbrauch. Dieser Wert ist höher als PL1, und der Prozessor geht unter Last in diesen Zustand, wodurch er Turbomodi bis zum Maximalwert von PL2 verwenden kann. Dies bedeutet, dass wenn Intel mehrere Turbomodi für den Prozessor identifiziert hat, diese nur funktionieren, wenn PL2 seinen maximalen Stromverbrauch erreicht. Im PL1-Modus funktioniert der Turbo nicht.
Tau ist eine temporäre Variable. Es bestimmt, wie lange der Prozessor im PL2-Modus bleiben muss, bevor er auf PL1 zurückgesetzt wird. Tau ist unabhängig von der Leistung und Temperatur des Prozessors (es wird erwartet, dass bei Erreichen der Temperaturgrenze ein anderer Satz extrem niedriger Spannungs- und Frequenzwerte verwendet wird und das PL1 / PL2-System nicht mehr funktioniert).
Hier sind die offiziellen Definitionen von Intel:
Lassen Sie uns die Situation einer starken Belastung des Prozessors analysieren.
Zunächst beginnt es im PL2-Modus zu arbeiten. Wenn die Last einfädig ist, müssen wir den oberen Turbowert erreichen, der in der Spezifikation angegeben ist. Typischerweise kommt der Stromverbrauch eines Kerns nicht an den PL2-Wert des gesamten Chips heran. Wenn wir die Kerne weiter laden, verringert der Prozessor die Frequenz im Turbomodus gemäß den von Intel festgelegten nuklearen Werten. Wenn der Stromverbrauch des Prozessors den Wert von PL2 erreicht, wird seine Frequenz geändert, um nicht über PL2 hinauszugehen.
Wenn das System über einen längeren Zeitraum (Tau) Sekunden stark belastet ist, sollte die Firmware als neue Leistungsgrenze auf PL1 umschalten. Turbotabellen werden nicht mehr verwendet - sie funktionieren nur im PL2-Modus.
Wenn der Verbrauch über PL1 hinausgeht, werden Frequenz und Spannung so geändert, dass der Energieverbrauch innerhalb dieser Grenzen bleibt. Das heißt, der Prozessor als Ganzes reduziert die Frequenz vom Zustand PL2 zum Zustand PL1 für die Dauer des Betriebs unter Last. Dies bedeutet, dass die Temperatur des Prozessors sinken und die Lebensdauer des Prozessors verlängern sollte.
Der PL1-Modus funktioniert so lange, bis die Last verschwindet und der Kernel für eine bestimmte Zeit (normalerweise bis zu 5 Sekunden) inaktiv ist. Danach kann der PL2-Modus wieder eingeschaltet werden, wenn eine weitere schwere Last auftritt.
Hier einige Beispiele für Mengen - Intel listet verschiedene Optionen in den Spezifikationen verschiedener Prozessoren auf. Als Beispiel habe ich Core i7-8700K genommen. Für diesen Prozess gilt Folgendes:
PL1 = TDP = 95
PL2 = TDP * 1.25 = 118.75
Tau = 8
In diesem Fall sollte das System acht Sekunden lang auf 119 Watt beschleunigen und dann wieder auf 95 Watt zurücksetzen können. Mehrere Generationen von Intel-Prozessoren haben größtenteils so gearbeitet, und zum größten Teil war dies nicht wirklich wichtig, da sich herausstellte, dass der Stromverbrauch des Prozessors selbst unter Volllast oft viel niedriger war als der Wert von PL1.
All dieser Unsinn beginnt jedoch, wenn Motherboard-Hersteller ins Spiel kommen, da PL1, PL2 und Tau in der Firmware konfiguriert werden können. In der obigen Grafik können Sie beispielsweise die Einschränkungen von PL2 entfernen und PL1 165 W und 95 W zuweisen.
Welt der Zufallszahlen
Ich werde hauptsächlich über Unterhaltungselektronik sprechen. Oft werden PL1, PL2 und Tau unter Bedingungen mit begrenzter Kühlung wie Laptops oder kleinen PCs sorgfältig überwacht. Ich kenne mehrere leistungsstarke und gleichzeitig elegante PC-Optionen, bei denen PL2 auch mit TDP gleichgesetzt wurde, damit der Prozessor leicht beschleunigen konnte, jedoch nicht so stark, dass die Last von einem oder zwei Kernen über TDP hinausging.
In unseren Überprüfungen der CPU nach der Verbreitung von Sechs-Kern-Prozessoren stellten wir jedoch häufig Zahlen fest, die viel größer als PL1 oder PL2 waren, und dieser Verbrauch hält unbegrenzt an, sofern er nicht über die Temperaturgrenzen hinausgeht. Warum passiert das?
In jedem modernen BIOS, insbesondere in den wichtigsten Motherboard-Herstellern, gibt es Einstellungen zur Begrenzung der Leistung (kurzfristig und langfristig) und der Dauer. In den meisten Fällen weiß der Benutzer standardmäßig nicht, auf welchen Wert er eingestellt ist, da dort Auto geschrieben wird. Dies ist ein Codesymbol für "Wir wissen, welchen Wert er ihnen zuweisen soll, keine Sorge". Hersteller schreiben die Werte in den Speicher und verwenden sie, aber der Benutzer sieht nur Auto. Infolgedessen können Sie PL2 4096 W zuweisen und Tau sehr groß machen, z. B. 65535 oder -1 (unendlich - abhängig von der BIOS-Variante). Dies bedeutet, dass die CPU ohne Unterbrechung im Turbomodus arbeitet, bis sie die Temperaturgrenzen überschreitet.
Warum machen Hersteller das? Dafür kann es viele Gründe geben, obwohl die spezifischen Gründe für bestimmte Hersteller variieren können.
Erstens bedeutet dies, dass der Benutzer den Turbomodus konstant beibehalten kann und jeder Kern jede Sekunde im Turbomodus arbeitet. Leistungsmessungen erreichen den Himmel, in Bewertungen oder wenn Benutzer anhand von Indikatoren gemessen werden, sieht alles gut aus.
Zweitens werden Produkte dafür entwickelt. Intel bestimmt häufig bei jedem Start standardmäßig die Spezifikation des Motherboards (sie hatten sogar eigene Motherboards, die sie im Einzelhandel verkauften), mit einer bestimmten Anzahl von Leistungsphasen und einer erwarteten Lebensdauer. Hersteller können natürlich ihre Optionen implementieren: mehr Leistungsphasen, leistungsfähigere Phasen, eine spezielle Stromversorgung zur Verbesserung der Effizienz usw. Wenn ihr Board den Turbomodus aller Kerne kontinuierlich unterstützen kann, warum dann nicht?
Drittens wissen Hersteller teurerer Motherboard-Modelle, dass Enthusiasten verbesserte Kühlsysteme für sie verwenden werden. Wenn der Prozessor mehr als 160 Watt verbraucht und der Benutzer über ein anständiges Kühlsystem verfügt, verbessert der Turbomodus auf allen Kernen den Eindruck des Produkts. Für vom Unternehmen empfohlene Kühler sind Intel-Standards definiert.
Wie ist es also richtig, wem zu vertrauen, was ist der Unterschied?
Intel setzt Maßstäbe für seine Teile. PL1, PL2, Tau, Motherboard-Diagramm, Firmware-Einstellungen - für alles gibt es von Intel empfohlene Standardwerte. Einige von ihnen sind öffentlich, zum Beispiel diejenigen, die Intel in den Dokumenten angibt, andere sind vertraulich (und Intel wird uns nichts darüber erzählen, egal wie wir fragen). Dies sind jedoch weiterhin empfohlene Werte. Und am Ende können Motherboard-Hersteller tun, was sie wollen. Und das tun sie auch.
Dadurch wird es für mich beispielsweise schwieriger, Geräte zu testen. Verschiedene Benutzer möchten, dass unsere Einstellungen wie folgt lauten:
1. Empfohlen von Intel,
2. Wie aus der Box,
3. Auf das Maximum gedreht.
Und natürlich geben Intels Empfehlungen viel weniger Indikatoren als sofort einsatzbereit, und die Option „auf das Maximum gedreht“ spricht für sich.
Es ist erwähnenswert, dass die Hardware bisher in allen Tests in allen CPU-Tests mit den Einstellungen "out of the box" und nicht "von Intel empfohlen" ausgeführt wurde.
Um einen Kontext zu den Messwerten zu geben, haben wir eine leistungsstarke CPU und verwendet
hat die folgenden Ergebnisse in einem 25-30 Sekunden Volllasttest erhalten:
| Anandtech | Pl2 | Tau | PL1 | Ergebnis |
|---|
| Unbegrenzt | 4096W | 999er Jahre | 4096W | 100% |
| Intel Spec, 165W | 207W | 8s | 165W | 98% |
| Konstante 165w | 165W | 1s | 165W | 94% |
| Intel Spec, 95W | 118W | 8s | 95W | 84% |
| Konstante 95w | 95W | 1s | 95W | 71% |
Kürzlich wurde festgestellt, dass einige Motherboard-Hersteller ihre Strategie für PL1 / PL2 / Tau ändern und den Tau-Wert auf einen vernünftigen Wert wie 30 Sekunden senken. Bei der Durchführung von Geschwindigkeitsmessungen auf solchen Motherboards erhalten Benutzer weniger Ergebnisse als üblich, obwohl diese Ergebnisse näher an den Intel-Spezifikationen liegen.
Tatsache ist, dass der Hersteller normalerweise den genauen Wert dieses Werts nicht bekannt gibt, wenn das Motherboard auf Auto eingestellt ist. Infolgedessen ist es sehr schwierig, den Betrieb solcher Geräte zu beschreiben. Diese Werte können je nach installiertem Prozessor variieren.
Wir führen normalerweise Tests mit den sofort einsatzbereiten Einstellungen durch, mit Ausnahme des Speichers, mit dem wir die vom Hersteller empfohlenen Werte verwenden. Wir glauben, dass dies der ehrlichste Weg ist, um den Lesern zu sagen, auf welche Geschwindigkeit sie zählen können, wenn sich praktisch keine Einstellungen geändert haben. In der Realität bedeutet dies normalerweise, dass PL2 auf einen sehr großen Wert und Tau auf einen sehr langen Wert eingestellt ist. Wir stoßen ständig auf den Turbomodus, während die Temperatur innerhalb der festgelegten Grenzen bleibt.
Die aktuelle Situation und was können wir damit machen
Ich wollte schon lange einen ähnlichen Artikel schreiben, zumindest seit dem Start von Kaby Lake. Die meisten Prozessoren in Consumer-Motherboards arbeiten mit unbegrenztem PL2, und dies wurde jahrelang als normal angesehen. Und erst beim Testen des Core i9-9900K bemerkten wir etwas Seltsames. In unserem Artikel letzte Woche über das neue Xeon E heißt es, dass unser Supermicro-Motherboard buchstäblich den Empfehlungen von Intel folgt. Es mag offensichtlich erscheinen, dass ein kommerzielleres / Server-Board den Intel-Spezifikationen entspricht, aber ich persönlich habe dies zum ersten Mal gesehen. Offensichtlich funktionierten Consumer-Boards nach diesen Spezifikationen nicht und auch nicht. Ich würde sagen, dass die eigenen Testergebnisse von Intel (und die Testergebnisse von Intel Intel-Prozessoren von AMD) auf Consumer-Motherboards auch nicht den Intel-Spezifikationen entsprechen.
Was machen wir damit? Ich würde sagen, dass Intel zwei Leistungsbezeichnungen auf die Boxen setzen muss:
- TDP-Peak für PL2
- TDP langfristig für PL1.
Auf diese Weise können Intel und andere den Spitzenverbrauch und die Basisfrequenz erklären.
Wenn Benutzer möchten, dass sich Consumer-Motherboards ändern, ist dies schwieriger. Alle Hersteller wollen sich gegenseitig übertreffen, daher stehen wir vor der standardmäßig aktivierten Multi-Core-Turbo-Option. Hersteller bevorzugen den "unbegrenzten PL2" -Pfad, da sie so an die Spitze der Leistungsdiagramme klettern können. Laptops mit eingeschränkter Kühlleistung verfügen jedoch häufig über eigene Optionen PL1, PL2 und Tau, die häufig genau diesen Parametern entsprechen.
Die Frage ist, wie wichtig Intel-Spezifikationen für Intel-Desktop-Prozessoren sind. Wenn wir diesen Empfehlungen buchstäblich folgen müssen, werden wir vielleicht einen weiteren Schritt unternehmen und nur Standardkühler verwenden?