Monstros após as férias: AMD Threadripper 2990WX 32-Core e 2950X 16-Core (parte 4)

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Consumo de energia, TDP e Prime95 vs POV-Ray

Para a maioria de nós, a potência do processador é de cerca de 15 watts em laptops e de 65 a 95 watts em sistemas de desktop. Os processadores de desktop de alto desempenho sempre foram mais vorazes e, portanto, um TDP de 130 W e 140 W é um indicador normal para eles. Quando a AMD lançou um processador de 220 W na antiga plataforma Vishera, com um overclock do núcleo da família Bulldozer em 5,0 GHz, surgiu a idéia de saber se a AMD era completamente louca: muitas placas-mãe eram compatíveis com o soquete AMD, mas para usar TDP 220 W e superior teve que lançar uma série de novas placas-mãe. Hoje, o processador Intel mais poderoso do mercado possui um TDP oficial de 205 watts, mas a AMD foi além, elevando a fasquia para 250 watts.



Dois novos processadores WX, o 2990WX e o 2970WX de 32 núcleos, são classificados em 250 watts. Nos dois processadores, todas as quatro matrizes de silicone estão ativas; existem seis linhas Infinity Fabric ativas. Esses processadores foram projetados para atingir um novo nível de desempenho, enquanto a AMD demonstra slides com uma frequência turbo em todos os núcleos de 3,6 GHz. Os dois processadores que substituíram a série X têm uma potência de 180 watts, assim como os processadores da primeira geração Threadripper.

No entanto, nem todos os TDPs são iguais. As maneiras pelas quais a Intel e a AMD medem o TDP mudaram ao longo dos anos e agora estão muito longe da realidade. Deixe-me explicar.

TDP é uma piada

O valor TDP, ou potência térmica do projeto, não é um indicador de consumo de energia. Tecnicamente, este é um indicador do desempenho do refrigerador, o que significa que, para lidar com seu trabalho, o refrigerador deve ter o mesmo nível de TDP. O consumo real de energia deve ser um pouco maior - a transferência de calor do processador para o soquete e do soquete para a placa-mãe contribui para o resfriamento, mas não é levada em consideração no indicador TDP. Freqüentemente, a taxa de dissipação de calor do TDP e o consumo de energia do processador são percebidos como um, porque suas diferenças são insignificantes.

Vamos começar o cálculo com os processadores AMD. O cálculo do AMD TDP é baseado em uma fórmula simples:

TDP = (temperatura de operação, em graus Celsius - temperatura inativa, em graus Celsius) / potência térmica do resfriador

Assim, quando a AMD determina o TDP do seu processador Ryzen 7 2700X com uma temperatura de carga de cerca de 62 ° C, uma temperatura ociosa de 42 ° C e um resfriador com uma potência térmica de 0,189 C por watt (Wraith Max), obtemos um valor de cerca de 105W.

A fórmula da AMD tem dois problemas ao mesmo tempo: em primeiro lugar, a temperatura do processador carregado pode ser controlada usando um fluxo de ar mais frio ou externo e, em segundo lugar, o resultado é fortemente influenciado pela energia térmica do resfriador. Com um grande refrigerador de líquido que possui uma potência térmica mais alta, por exemplo, 0,400 C por watt, o TDP nominal de qualquer processador será menor: no caso do Ryzen 7 2700X, seu TDP será de apenas 50 watts. A classificação TDP e o consumo de energia não são iguais e sua proporção pode mudar em qualquer direção; apenas a AMD deve escolher um resfriador diferente para comparações.

A versão TDP da Intel é um pouco mais complicada, mas isso faz sentido ... A Intel determina o TDP de seus processadores apenas para a frequência base, ignorando as frequências turbo. Como resultado, se a Intel lançar um processador com 95 W TDP, uma frequência base de 3,2 GHz, um turbo de núcleo único de 4,7 GHz e um turbo completo de 4,2 GHz, o consumo de energia garantido de 95 W será a uma frequência base de 3,2 GHz. Isso significa que em qualquer placa-mãe que use um turbo (ou seja, geralmente em qualquer), o processador consumirá mais energia sob qualquer carga do que seu TDP oficial.

E isso é muito chato. A iniciativa de marketing da Intel é anunciar seus processadores turbo de núcleo único e não publicar valores mais baixos para o turbo "de núcleo inteiro". Somos informados de que essas são “informações internas da empresa” que se enquadram no contrato de não divulgação. De qualquer forma, cada processador que possui uma frequência turbo "total" acima da frequência base consumirá acima do TDP especificado.

Um bom exemplo é o Core i7-8700 e seu TDP de 65 W. Tem uma frequência base de 3,2 GHz, um turbo de núcleo único de 4,6 GHz e um turbo completo de 4,3 GHz. Se carregarmos mais fluxos e limitarmos o consumo de energia a 65 W, obteremos o seguinte:



Vale a pena levar os valores de TDP a sério? Trate-os com humor.

Consumo de energia

Existem várias maneiras de medir o consumo de energia do processador. A maneira mais fácil é usar um dispositivo de medição, que permitirá descobrir o consumo de energia de todo o sistema, incluindo perdas no sistema de alimentação da placa-mãe. Um método complicado envolve conectar as ferramentas necessárias à placa para medir corrente através de um conector de 12 volts, medir a tensão do processador usando as configurações de overclock em algumas placas-mãe. A terceira maneira é ler os registros de hardware usando o software apropriado.

Ler registros é uma faca de dois gumes. Primeiro, você depende de dimensões internas, que geralmente têm uma margem de erro bastante ampla. Em segundo lugar, você depende do fabricante do processador para relatar dados reais sobre o seu processador. Isso nem sempre é razoável (!). No lado positivo: é possível obter mais informações do processador, por exemplo, análise de energia para cada núcleo, energia DRAM, energia IO / Interconnect, energia gráfica integrada, e uma compreensão geral da distribuição de energia.

Registros de hardware - é assim que o sistema se informa sobre o trabalho: quanta energia usa, como deve regular a tensão / frequência, dependendo da corrente, potência ou desempenho térmico. Outro lado positivo é a facilidade de uso desses dados nos scripts de teste.

O teste de energia é frequentemente objeto de controvérsia. Geralmente, é usado um vírus especializado que pode carregar simultaneamente cada área do processador na potência máxima. O “vírus de energia” é usado para verificar a estabilidade da aceleração, mas tem uma desvantagem: com carga diária, os resultados, em regra, não refletem o consumo real de energia. Essa é a linha tênue entre um teste real e um teste sintético projetado para conduzir cada joule de energia através de um chip. Software, como o LINPACK, é frequentemente usado como um teste de energia eficaz. As ferramentas internas da Intel e da AMD podem ajudar a carregar o chip ainda mais.

Prime95 é uma ferramenta popular, é perfeitamente otimizada para quase todos os núcleos, controla a fonte de alimentação. Sua carga de trabalho é semi-sintética, com base no cálculo de números primos, mas o teste de estresse ignora os resultados e se concentra apenas no consumo de energia. Durante essa revisão, brincamos um pouco com o POV-Ray como teste de energia: ele fornece um consumo de energia ainda maior que o Prime95 e também usa uma carga de rastreamento de raio muito popular. Para escrever uma resenha para mim, é por isso que decido qual ferramenta é melhor usada para testes de consumo de energia. O Prime95 tem problemas ao trabalhar com um grande número de núcleos (às vezes é difícil obter um resultado de teste se o limite de 25 threads for excedido) e, para que o POV-Ray funcione, precisamos ajustar seus métodos de carregamento, porque ele visa mais verificar a carga do kernel, em vez de córregos. No entanto, esperamos obter resultados, dependendo do número de threads. Será indicado qual software foi usado em cada estágio do teste (pudemos preparar nossa versão do POV-Ray apenas no meio da revisão, portanto, a maioria dos dados foi recebida do Prime95).

Consumo total de energia

Como o primeiro conjunto de resultados, quero apresentar o consumo total de energia do processador, medido em várias situações. Em modo inativo:



Em seguida, carregamos apenas um núcleo com dois threads usando o Prime95. Nossa técnica de teste faz com que ambos os threads funcionem no mesmo núcleo, caso os núcleos do processador sejam capazes de processar vários threads. Usuários focados em cargas de tarefa única verão o consumo de energia nessa faixa. Isso também se aplica aos sistemas em que o Windows está constantemente em segundo plano.



O terceiro teste é um sistema carregado com quatro threads usando o Prime95. Essa é exatamente a faixa de carga que a maioria das pessoas usa todos os dias em seus sistemas: várias guias do navegador, duas janelas, vários pacotes de software em funcionamento estão abertos, um ou vários jogos estão em execução.



Aumentando a carga do processador para doze threads (com o Prime95), passamos aos usuários usando cargas de trabalho grandes e com várias tarefas. São jogadores - streamers ou usuários que começam a renderizar enquanto trabalham em paralelo com outras tarefas.



O gráfico final mostra o consumo total de energia. Para este teste, executamos o número máximo de threads (Prime95); no futuro, planejamos usar o POV-Ray para esse teste, pois ele se mostra muito melhor com um número alto de threads. A única desvantagem desse teste é que o 2990WX com overclock pode concluir o teste de POV-Ray em menos de 20 segundos.

Consumo de energia do núcleo individual

Antes de criar o teste de consumo de energia POV-Ray, lancei os dois novos processadores Threadripper no teste Prime95 na opção All-thread, recebi o consumo de energia de cada núcleo em cada carga.



Ao carregar o primeiro núcleo, vemos que seu consumo de energia é de ~ 23 watts. Isso é muito comparado aos núcleos do Zeppelin. Isso também se aplica quando dois núcleos são carregados. Ao carregar três núcleos, observamos uma diminuição no consumo para 18,8 watts por núcleo. Dado que este chip possui quatro CCXs, surge a questão de saber se esse resultado está relacionado ao fato de os fluxos serem carregados no mesmo CCX (o que, aparentemente, deve acontecer), e atingirmos o limite de potência do CCX. Ao carregar quatro núcleos, o consumo de cada núcleo é de 17,4 watts.

Aumentando o número de núcleos carregados para cinco, descobrimos que o quinto núcleo trabalha em 18,2 watts e os quatro restantes - em 16,8 watts. O resultado indica que esse quinto núcleo está localizado no novo CCX. Na transição de oito núcleos para nove, vemos a mesma coisa: o nono núcleo consome 17,5 watts de energia, enquanto os oito restantes são aproximadamente 14,3 watts. No final, a distribuição de energia cai para 7-9 watts por núcleo, se usarmos todos os 16 núcleos.

O consumo total de energia do processador é de ~ 178 W, cerca de 180 W TDP com um consumo de ~ 135 W nos núcleos e o restante no Uncore (hardware extra núcleo - Infinity Fabric, IO, IMC).

Quanto aos resultados do teste 2990WX, a imagem resultante parece muito, muito estranha.



Na maior parte, os dados de consumo de energia para até 15 núcleos são praticamente os mesmos que o 2950X. No entanto, à medida que os fluxos aumentam, fica claro que a primeira camada da matriz é claramente preferível. Ao carregar fluxos adicionais e conectar uma segunda matriz, a potência de seus núcleos é muito menor - até 2,4 W por núcleo. A primeira camada de zeppelin em carga máxima consome cerca de 6,6 watts por núcleo, mas o restante do núcleo do processador é de cerca de 2,4 watts. Algo acontece, como resultado da qual a primeira matriz ganha prioridade na nutrição em comparação com o restante. Vale ressaltar que o consumo de energia do chip é de cerca de 180 watts, e não 250 watts, como mostra seu TDP.

Nessa época, terminamos de escrever um script de teste de energia POV-Ray. Eu testei no 2990WX, apresento os resultados. E agora eles são muito mais altos do que o esperado:



Surpreendentemente, à medida que o número de encadeamentos aumentou, a carga se distribuiu de maneira muito uniforme. Conseguimos até usar todos os TDP de 250 W com configurações de estoque e com um bom cooler. Depois de carregar os processos completamente, vimos o consumo de 193 watts por núcleos e 55 watts pelo restante dos componentes. Sob nenhuma circunstância observamos "flacidez" de núcleos ativos abaixo de 3 watts. Quando todos os núcleos foram carregados, cada núcleo consumiu seus 6 watts "confortáveis". Atingimos uma potência de processador de 240-250 W ao carregar cerca de 40 threads. Com um aumento adicional nos fluxos, o núcleo adicionado causou uma redistribuição de poder.

Duas idéias vieram à mente. O primeiro foi fácil de verificar: talvez o BIOS tenha ficado preso em 180 W após a instalação do 2950X? Eu verifiquei duas vezes e antes de executar os testes com o 2990WX, testei o 1920X anteriormente testado. Uma redefinição completa do BIOS não afetou os resultados. Posso argumentar que isso não é uma limitação de energia do BIOS. A segunda idéia é verificar as frequências. Após verificar apenas um ponto de referência (40 fluxos carregados), encontramos uma pequena dispersão, mas apenas em potência.

Durante o teste Prime95, a primeira matriz foi executada em 7 watts por núcleo, com uma frequência de 3575 MHz. O segundo cristal de silício deu um resultado de 3 W por núcleo a uma frequência de 3525 MHz. Outros núcleos (inativos) operavam a uma frequência de 1775 MHz ou 2000 MHz, consumindo miliwatts.

Durante o teste de POV-Ray, cada núcleo ativo consumiu cerca de 9,1 watts por núcleo e teve uma frequência de 3575 MHz. Todos os núcleos ociosos estavam na frequência de 2000 MHz (havia mais três na frequência de 1775 MHz), consumindo miliwatts por núcleo.

Além dos dados sobre o consumo principal, os chips pareciam geralmente os mesmos em frequência. Os resultados do teste POV-Ray são um pouco mais altos, o que significa maior consumo total de energia com o POV-Ray.

Por fim, tudo se resume ao fato de que o teste de potência do Prime95 após exceder o limite de 20 núcleos ou mais, ou em microcircuitos com vários cristais, não funciona conforme o esperado. No futuro, usaremos nosso teste POV-Ray, capaz de extrair mais dos modernos processadores multinúcleo.

Consumo básico versus não básico

Voltando ao momento em que falamos sobre a frequência do Infinity Fabric, podemos ver a taxa de consumo de energia como parte do teste POV-Ray para 2990WX.



Embora observemos alguns desvios em relação ao resultado anterior, os dados (além do pico de consumo) geralmente correspondem ao nosso teste de potência Uncore com o Prime95. O Infinity Fabric ainda mostra 55-60 watts de potência. Como resultado, o consumo não nuclear, como porcentagem da capacidade total, começa em 75% com dois threads, chega a 22% quando 40 threads são lançados.

Overclock: 4,0 GHz para 500 W

Quem disse que um processador de 250 W não deve ter overclock? A AMD se orgulha de fabricar processadores, cada um dos quais é vendido com um multiplicador desbloqueado, e também usa material soldado como interface térmica.

É hora de se arrepender. Não tivemos tempo suficiente para fazer overclock. Este processador possui uma frequência base de 3,0 GHz, turbo 4,2 GHz. Em uma sala com ar-condicionado, usando um resfriador Enermax Liqtech de 500 W, carregando todos os núcleos sob o POV-Ray, cada núcleo trabalhava a uma frequência de 3150 MHz, o que está muito longe da frequência turbo. A primeira coisa que fiz foi definir um turbo de núcleo completo em 4,2 GHz, como um núcleo único. Isso deu um bom aumento.

No entanto, a próxima etapa dos meus experimentos com overclock me surpreendeu. Defino o multiplicador da CPU como 40-x no BIOS para 4,0 GHz em todos os núcleos, o tempo todo. Não regulei a tensão, saindo do modo automático, para isso tive que abandonar a placa-mãe ASUS. Ouça, o processador concluiu perfeitamente nosso conjunto de testes de 4,0 GHz. Fiquei chocado.

Tudo o que fiz para esse overclock foi mudar de "automático" para "40". Os testes POV-Ray que consomem mais energia foram bem-sucedidos. Cada teste do conjunto funcionou. Embora o desempenho térmico tenha sido alto (com carga máxima), o cooler lidou facilmente com isso.



Em plena carga no teste POV-Ray, o processador mostrou um consumo de 500 watts, o cooler foi projetado para 500 watts. Em algum momento, vimos um salto para 511 W, onde 440 W foram alocados para núcleos (ou 13,8 W por núcleo) e 63 W para núcleos (IF, IO, IMC), o que corresponde a 12,5% do consumo total energia Se você deseja que o intercooler gaste menos energia, acelere a porcentagem!

Eles ajustaram a frequência para 4,1 GHz e parecia funcionar também, até carregarmos o sistema completamente. Como mencionado acima, a 4,2 GHz não foi possível obter um resultado operacional, mesmo com um aumento de tensão. Para quem quer se aprofundar no overclock, o resfriamento líquido pode ser uma solução.

Desempenho em 4,0 GHz

Portanto, se a frequência de todos os núcleos for de 3125 MHz, o overclock para 4000 MHz deverá aumentar em 28% o desempenho, certo? Aqui estão os resultados de alguns testes importantes do nosso pacote.













A aceleração 2990WX deu resultados mistos. Funcionou muito bem em alguns testes, ainda está atrás do 2950X em outros devido à sua arquitetura de módulo duplo.

O overclock deu resultados realmente bons nesses testes: o Blender mostra um aumento na taxa de transferência em 19%, POV-Ray - em 19%, 3DPM - em 19%. Em outros testes, é inferior a 2950X (Photoscan), ainda está atrasado (carregamento do aplicativo, WinRAR).

O overclock não solucionará todos os problemas de desempenho do 2990WX, mas certamente beneficiará o processador.

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