Warum Intel-Prozessoren mehr als erwartet verbrauchen: Anforderungen an Kühlkörper und Turbomodus

Ursprünglicher Autor: Ian Cutress
  • Übersetzung


Vor kurzem durchdrang eine Community von Fans von PCs zur Selbstmontage das Thema Energieverbrauch. Die neuesten 8-Core-Prozessoren von Intel haben eine TDP von 95 Watt. Die Benutzer sehen jedoch, wie sie 150-180 Watt verbrauchen, was absolut keinen Sinn macht. In diesem Handbuch erklären wir Ihnen, warum dies geschieht und warum es so viele Probleme für Review-Autoren von Eisen verursacht.

Was ist TDP (thermische Designleistung, Kühlkörperanforderungen)


Für jeden Prozessor garantiert Intel eine bestimmte Betriebsfrequenz mit einer bestimmten Leistung, wobei häufig an eine bestimmte Kühlung gedacht wird. Die meisten Menschen setzen TDP dem maximalen Energieverbrauch gleich, da in Berechnungen die Wärmeleistung des Prozessors, die abgeführt werden muss, der Energie entspricht, die er verbraucht. Und in der Regel bezeichnet TDP die Stärke dieser Kraft.

Streng genommen bezieht sich TDP jedoch auf die Verlustleistung des Kühlers. TDP ist die minimale Kühlerleistung, die den angegebenen Wirkungsgrad garantiert. Ein Teil der Energie wird durch den Sockel und das Motherboard abgeführt, was bedeutet, dass die Kühlerleistung möglicherweise niedriger als TDP ist. In den meisten Diskussionen bedeuteten TDP und Stromverbrauch jedoch in der Regel dasselbe: Wie viel Strom verbraucht der Prozessor unter Last?



Als Teil des TDP-Systems kann die Firmware installiert werden. Wenn der Prozessor TDP als maximale Leistungsgrenze verwendet, würden wir sehen, wie das gleiche Messprogramm ähnliche Grafiken für Hochleistungsprozessoren mit mehreren Kernen erzeugt.

In den letzten Jahren hat Intel diese Definition von TDP verwendet. Für einen bestimmten Prozessor garantierte Intel eine Betriebsfrequenz (Basisfrequenz) für eine bestimmte Leistung - TDP. Das bedeutet, dass der Prozessortyp 65 W Core i7-8700 mit der üblichen Frequenz von 3,2 GHz und 4,7 GHz im Turbomodus nur bei Betrieb mit einer Frequenz von 3,2 GHz bis zu 65 W verbraucht. Intel garantiert nicht den effektiven Betrieb der obigen 3,2 GHz und 65 Watt.

Zusätzlich zur Basislinie verwendet Intel auch den Turbo-Modus. So etwas wie der Core i7-8700 kann im Turbomodus 4,7 GHz anzeigen und verbraucht viel mehr Strom als ein Prozessor mit 3,2 GHz. Der Turbo-Modus für alle Kerne eines Core i7-8700-Prozessors arbeitet mit 4,3 GHz - viel mehr als die garantierten 3,2 GHz. Die Situation ist kompliziert, wenn der Turbo-Modus nicht auf die Grundfrequenz fällt. Das heißt, wenn der Prozessor mit einem konstanten TDP-Überschuss arbeitet, wird der von Ihnen gekaufte 65-Watt-Kühler (oder der mit ihm gelieferte) zu einem Engpass. Wenn Sie mehr Leistung benötigen, sollten Sie den Kühler rausschmeißen und etwas Besseres erhalten.

Der Hersteller sagt Ihnen dies jedoch nicht. Wenn die Kühlung für den Turbomodus nicht ausreicht und der Prozessor die Temperaturgrenze erreicht, geht der Großteil des modernen Prozesses in den Leistungsgrenzmodus über, wodurch die Geschwindigkeit verringert wird, um den angegebenen Stromverbrauch zu erreichen. Ein schneller Prozessor stößt daher 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 der Verwendung des Begriffs TDP nicht geändert, aber die Verarbeiter haben begonnen, ihr Energiehaushalt unterschiedlich zu verwenden. Das jüngste Erscheinen von Consumer-Prozessoren mit sechs und acht Kernen und Frequenzen von 4 GHz bedeutet, dass die neuen Prozessoren mit großer Last die angegebene TDP überschreiten. In der Vergangenheit haben wir gesehen, dass Quad-Core-Prozessoren mit einer Nennleistung von 95 W selbst unter Volllast im Turbo-Modus nur 50 Watt verbrauchen. Wenn wir die Kerne hinzufügen und die TDP-Bezeichnung auf der Verpackung nicht ändern, sollte sich etwas ändern.

Geheimzahlen, die nicht auf dem Paket stehen


In jedem Prozessor bestimmt Intel verschiedene Energiestufen basierend auf den Fähigkeiten und den erwarteten Betriebsmodi. Alle diese Energieniveaus und -fähigkeiten können jedoch auf der Firmware-Ebene angepasst werden, sodass die OEMs entscheiden, wie diese Prozessoren in ihrem System arbeiten. Infolgedessen erweist sich der Energieverbrauch des Prozessors im System als sehr unklar.

Zur Vereinfachung können Sie drei wichtigen Werten folgen. Intel nennt sie PL1 (Energieebene 1), PL2 (Energieebene 2) und T (Tau).



PL1 - langfristig effektiver, einheitlicher erwarteter Energieverbrauch. Im Wesentlichen wird PL1 normalerweise als TDP eines Prozessors definiert. Das heißt, wenn TDP 80 Watt beträgt, dann beträgt PL1 80 Watt.

PL2 - kurzzeitiger maximaler Prozessorstromverbrauch. Dieser Wert ist höher als PL1, und der Prozessor geht unter Last in diesen Zustand, wodurch er Turbomodi bis zum Maximalwert PL2 verwenden kann. Das heißt, wenn Intel mehrere Turbomodi auf dem Prozessor erkannt hat, funktionieren diese nur, wenn PL2 den maximalen Stromverbrauch erreicht. Im PL1-Modus funktioniert der Turbo nicht.

Tau ist eine temporäre Variable. Sie bestimmt, wie lange der Prozessor im PL2-Modus verbleiben muss, bevor er auf PL1 zurückgesetzt wird. Tau hängt nicht von der Leistung und der Temperatur des Prozessors ab (es wird erwartet, dass bei Erreichen der Temperaturgrenze ein weiterer Satz extrem niedriger Spannungs- und Frequenzwerte verwendet wird und das PL1 / PL2-System nicht mehr funktioniert).

Hier sind die offiziellen Definitionen von Intel:



Betrachten wir die Situation einer starken Belastung des Prozessors.

Zunächst beginnt er im PL2-Modus zu arbeiten. Wenn die Last ein Einzelstrom ist, müssen wir den oberen Wert des Turbos erreichen, der in der Spezifikation angegeben ist. Normalerweise nähert sich der Stromverbrauch eines einzelnen Kerns nicht dem PL2-Wert des gesamten Chips. Wenn wir die Kerne weiter laden, reagiert der Prozessor und reduziert die Frequenz des Turbomodus entsprechend den von Intel bestimmten Kernwerten. Wenn der Stromverbrauch des Prozessors den Wert von PL2 erreicht, wird seine Frequenz geändert, um nicht über den Bereich von PL2 hinauszugehen.

Wenn das System längere Zeit ernsthaft belastet wird („Tau“), sollte die Firmware als neues Leistungslimit auf PL1 umschalten. Turbo-Tabellen werden nicht mehr verwendet - sie funktionieren nur im PL2-Modus.

Wenn der Verbrauch über PL1 hinausgeht, ändern sich Frequenz und Spannung, so dass der Energieverbrauch innerhalb dieser Grenzen bleibt. Das heißt, der Prozessor reduziert die Frequenz für die Dauer der Belastung vollständig vom Zustand von PL2 auf den Zustand von PL1. Dies bedeutet, dass die Temperatur des Prozessors sinken sollte, und dies sollte die Lebensdauer des Prozessors erhöhen.

Der PL1-Modus funktioniert, bis die Last verschwindet und der Kernel für eine bestimmte Zeit (normalerweise bis zu 5 Sekunden) in den Status der Inaktivität wechselt. Danach kann der PL2-Modus wieder eingeschaltet werden, wenn eine andere große Last erscheint.

Hier einige Beispiele für Größen - Intel listet einige Variationen in den Spezifikationen verschiedener Prozessoren auf. Ich habe zum Beispiel den Core i7-8700K genommen. Für dieses Beispiel gilt Folgendes:

PL1 = TDP = 95 Вт
PL2 = TDP * 1.25 = 118.75 Вт
Tau = 8 сек




In diesem Fall sollte das System in der Lage sein, acht Sekunden lang auf 119 Watt zu beschleunigen und dann wieder auf 95 Watt zu rollen. Dies war bei mehreren Generationen von Intel-Prozessoren der Fall, und dies spielte in den meisten Fällen keine Rolle, da der Gesamtstromverbrauch des Prozessors selbst unter Volllast oft viel niedriger ausfiel als der PL1-Wert.



Aller 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 Einschränkungen von PL2 entfernen und PL1 165 Watt und 95 Watt PL1 zuweisen.

Welt der Zufallszahlen


Grundsätzlich werde ich über Unterhaltungselektronik sprechen. Häufig werden PL1, PL2 und Tau unter kühlungsbedingten Bedingungen wie Laptops oder kleinen PCs sorgfältig überwacht. Ich kenne mehrere leistungsfähige und gleichzeitig stylische PC-Varianten, bei denen PL2 ebenfalls mit TDP gleichgesetzt wurde, so dass der Prozessor etwas beschleunigen konnte, jedoch nicht so stark, dass die Belastung eines oder zweier Kerne über die TDP hinausging.

In unseren Tests der CPU haben wir jedoch nach der Verteilung von Sechs-Kern-Prozessoren häufig Zahlen festgestellt, die viel größer waren als PL1 oder PL2, und dieser Verbrauch dauert beliebig lange, es sei denn, er überschreitet die Temperaturgrenzen. Warum passiert das?

In jedem modernen BIOS, insbesondere bei den großen Herstellern von Motherboards, wird es Einstellungen zur Begrenzung der Leistung (kurz- und langfristig) und der Dauer geben. In den meisten Fällen weiß der Benutzer standardmäßig nicht, auf welchen Wert er eingestellt ist, da Auto dorthin geschrieben wird. Dies ist die Code-Bezeichnung "Wir wissen, welchen Wert sie zuweisen sollen, keine Sorge". Die Hersteller schreiben die Werte in den Speicher und verwenden sie, der Benutzer sieht jedoch nur Auto. Folglich können Sie PL2 bis 4096 W zuweisen und Tau sehr groß machen, z. B. 65535 oder -1 (unendlich - abhängig von der BIOS-Version). Dies bedeutet, dass die CPU ohne Unterbrechung im Turbo-Modus arbeitet, bis die Temperaturgrenzwerte überschritten werden.



Warum machen Hersteller das? Dafür kann es viele Gründe geben, obwohl die spezifischen Gründe von bestimmten Herstellern abweichen können.

Erstens bedeutet dies, dass der Benutzer den Turbo-Modus jederzeit aufrechterhalten kann und dass jeder Kern jede Sekunde im Turbo-Modus arbeitet. Die Ergebnisse von Leistungsmessungen erreichen den Himmel, in Reviews oder wenn ein Benutzer anhand von Indikatoren gemessen wird, sieht alles gut aus.

Zweitens werden dazu Produkte entwickelt. Intel bestimmt bei jedem Start häufig die Spezifikation des Standard-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 umsetzen: mehr Leistungsphasen, leistungsstärkere Phasen, eine spezielle Stromversorgung zur Verbesserung der Effizienz usw. Wenn ihr Board den Turbo-Modus aller Cores kontinuierlich unterstützen kann, warum nicht?

Drittens wissen Hersteller teurerer Plattenmodelle, dass Enthusiasten verbesserte Kühlsysteme für sie verwenden werden. Wenn der Prozessor mehr als 160 Watt verbraucht und der Benutzer ein anständiges Kühlsystem hat, verbessert der Turbomodus auf allen Kernen die Produkterfahrung. Intel-Standards sind für vom Unternehmen empfohlene Kühler definiert.

Wie ist es also richtig, wem man vertrauen kann, was ist der Unterschied?


Intel setzt Maßstäbe für seine Teile. PL1, PL2, Tau, Motherboard-Layout, Firmware-Einstellungen - für alles gibt es von Intel empfohlene Standardwerte. Einige von ihnen sind öffentlich, beispielsweise solche, die Intel in Dokumenten angibt, andere sind vertraulich (und Intel wird uns nichts davon erzählen, egal wie viel wir verlangen). Dies sind jedoch immer noch empfohlene Werte. Laut den Ergebnissen können Hersteller von Motherboards tun, was sie wollen. Und das tun sie.

Dadurch wird es zum Beispiel für mich schwieriger, Geräte damit zu testen. Verschiedene Benutzer möchten, dass unsere Einstellungen wie folgt festgelegt werden:
1. Empfohlen von Intel,
2. Standardeinstellung,
3. Maximal eingestellt.

Und natürlich geben die Empfehlungen von Intel deutlich niedrigere Indikatoren an als out of the box, und die Option "maximal gedreht" spricht für sich.

Es ist erwähnenswert, dass bisher in allen Tests in allen Testberichten der CPU die Hardware "out of the box" eingestellt war und nicht "von Intel empfohlen".

Um einen Eindruck von den Messwerten zu erhalten, verwendeten wir eine leistungsstarke CPU und
erzielten die folgenden Ergebnisse in einem Test von 25 bis 30 Sekunden bei voller Last:

AnandtechPL2TauPL1Ergebnis
Unbegrenzt 4096W999s4096W100%
Intel Spec, 165 W207W8s165W98%
Konstante 165W165W1s165W94%
Intel Spec, 95W118W8s95W84%
Konstante 95W95W1s95W71%


Kürzlich wurde festgestellt, dass einige Motherboard-Hersteller ihre Strategie für PL1 / PL2 / Tau ändern und Tau auf ungefähr 30 Sekunden reduzieren. Bei der Durchführung von Geschwindigkeitsmessungen auf solchen Motherboards erhalten Benutzer weniger Ergebnisse als üblich, obwohl diese Ergebnisse den Intel-Spezifikationen näher kommen.

Fakt ist: Wenn das Motherboard den Wert Auto hat, gibt der Hersteller den genauen Wert dieses Werts normalerweise nicht bekannt. Daher ist es sehr schwierig, den Betrieb solcher Geräte zu beschreiben. Diese Werte können je nach installiertem Prozessor variieren.

In der Regel führen wir Tests mit Out-of-Box-Einstellungen durch, mit Ausnahme des Speichers, mit denen wir die vom Hersteller empfohlenen Werte verwenden. Wir glauben, dass dies der ehrlichste Weg ist, den Lesern mitzuteilen, mit welcher Geschwindigkeit sie rechnen können, wenn sich praktisch keine Einstellungen geändert haben. In der Realität bedeutet dies in der Regel, dass PL2 auf einen sehr hohen Wert gesetzt wird und Tau - auf einen sehr langen Wert. Wir sind ständig mit dem Turbo-Modus konfrontiert, während die Temperatur innerhalb der festgelegten Grenzen bleibt.

Die heutige 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 das gilt seit Jahren als normal. Erst als wir den Core i9-9900K getestet hatten, bemerkten wir etwas Merkwürdiges. In unserem Artikel letzte Woche über den neuen Xeon E heißt es, dass unser Supermicro-Motherboard den Empfehlungen von Intel wörtlich folgt. Es mag offensichtlich sein, dass ein kommerzielleres / Server-Board den Spezifikationen von Intel folgen wird, aber ich habe das zum ersten Mal live gesehen. Es ist offensichtlich, dass die Verbrauchergebühren für solche Spezifikationen nicht funktionieren und nicht funktionieren. Würde ich sagen

Was machen wir dagegen? Ich würde sagen, dass Intel zwei Energiesymbole auf den Boxen platzieren muss:
  • TDP-Peak für PL2
  • TDP langfristig für PL1.


Auf diese Weise können Intel und andere den Spitzenverbrauch und die Grundfrequenz erklären.

Wenn Benutzer wünschen, dass sich die Motherboards von Verbrauchern ändern, ist dies schwieriger. Alle Hersteller wollen sich gegenüberstehen, so dass wir beispielsweise mit der standardmäßig aktivierten Option Multi-Core Turbo konfrontiert sind. Hersteller bevorzugen den Weg von "unlimited PL2", da sie es ihnen ermöglichen, an die Spitze der Geschwindigkeitsliste zu kriechen. Bei Laptops mit eingeschränkten Kühlmöglichkeiten werden jedoch häufig die Versionen PL1, PL2 und Tau eingestellt, die häufig genau diesen Parametern entsprechen.

Die Frage ist, wie wichtig die Spezifikationen von Intel für Intel Desktop-Prozessoren sind. Wenn wir diese Empfehlungen wörtlich befolgen müssen, werden wir vielleicht einen weiteren Schritt unternehmen und nur Lager-Kühler verwenden.

Jetzt auch beliebt: