Вт по уровню tdp тактовая. Что такое TDP видеокарты
ВведениеВсе тестирования процессоров, сделанные нашей лабораторией, включают в себя несколько обязательных пунктов. В их числе - исследование производительности, проверка на разгон, а также тесты энергопотребления и тепловыделения. Такого набора практических данных оказывается вполне достаточно для того, чтобы, основываясь на информации о ценах продукта, составить о нём всестороннее и обоснованное мнение. Однако при этом подходе вне сферы нашего внимания остаются некоторые специфические моменты, интересные как энтузиастам, так и просто любознательным пользователям. Поэтому на этот раз мы решили отойти от нашей привычной схемы, и выполнить не совсем обычное тестирование центральных процессоров: отрешиться от цен и абсолютной производительности, а акцентировать внимание на разгоне и энергопотреблении.
Казалось бы, в росте энергопотребления и тепловыделения при увеличении частоты процессора нет ничего удивительного. Давно известно, что эти величины связаны между собой пропорциональной зависимостью. Увеличение же напряжения питания процессора, нередко необходимое при разгоне, влечёт за собой квадратичный прирост тепловых и электрических характеристик. Однако в этих двух элементарных правилах фигурируют неизвестные нам коэффициенты пропорциональности, которые зависят от процессорной архитектуры, числа ядер, технологического процесса по которому сделан процессорный кристалл и проч. Поэтому предложить единую формулу, позволяющую оценить тепловыделение и энергопотребление любого разогнанного процессора, невозможно. А раз мы не можем дать чёткий ответ о влиянии разгона на тепловыделение и энергопотребление процессора с теоретических позиций, приходится обращаться к практике.
Актуальность такого тестирования обусловлена тем, что разгон стал чрезвычайно популярным явлением. Те времена, когда разгон был доступен лишь избранным энтузиастам, хорошо разбирающимся в компьютерной схемотехнике и не чурающимся паяльника, безвозвратно ушли. Сегодня подавляющее большинство имеющихся на рынке платформ допускают разгон процессора, настроить который можно простейшими манипуляциями в BIOS Setup материнской платы. Современные же процессоры со своей стороны обладают существенным нераскрытым частотным потенциалом. Даже без применения каких-то специальных технических средств их тактовая частота практически всегда может быть повышена на 20-30 % выше номинала, а при удачном стечении обстоятельств разгон можно довести и до 50 %.
Всё это стало результатом изменившегося подхода производителей процессоров к декларированию частот своих продуктов. То, что для выпуска старших и младших моделей в одной линейке используется один и тот же технологический процесс, в результате чего младшие процессоры могут функционировать на частотах старших продуктов - далеко не новость. Этой особенностью производственного процесса оверклокеры успешно пользуются уже почти два десятилетия. Однако теперь появился и ещё один нюанс. Раньше частоты старших моделей назначались исключительно исходя из частотных возможностей сходящих с конвейера полупроводниковых кристаллов. Теперь же, когда сложность процессоров многократно возросла, что привело к росту их тепловых и электрических характеристик, при присвоении таковых частот процессорам во внимание принимаются и такие характеристики, как тепловыделение и энергопотребление. Иными словами, рамками для тактовой частоты старших моделей нередко выступает не столько потенциал лежащих в их основе полупроводниковых кристаллов, сколько их тепловыделение.
Например, сегодня для «настольных» процессоров приняты несколько типовых значений тепловыделения под нагрузкой: 130 Вт или 95 Вт для производительных моделей и 73 или 65 Вт - для общеупотребительных и бюджетных. В результате, несмотря на то, что многие серийно производящиеся полупроводниковые процессорные кристаллы способны без проблем работать на частоте 4 ГГц, реальные процессоры на их основе такую номинальную частоту получить не могут, поскольку их тепловыделение при этом выходит за установленные рамки. Ограничения же по типичному тепловыделению берутся не с потолка - они в первую очередь обуславливаются возможностями существующих систем охлаждения приемлемой для каждой из ценовых категорий стоимости, а во вторую - конструктивными особенностями процессорных схем питания на материнских платах.
К слову, о смысле значения TDP: как нетрудно догадаться из скромности набора значений и того факта, что процессоры с разными частотами могут иметь одинаковый TDP, величина TDP не является реальным энергопотреблением процессора. TDP - это величина, на которую должны ориентироваться производители материнских плат и систем охлаждения, чтобы гарантированно обеспечить поддержку данной модели. Реальное же энергопотребление может быть ниже TDP, иногда - значительно ниже. Ряд значений TDP намеренно сделан коротким, чтобы максимально упростить систематизацию систем охлаждения и питания процессоров.
Возвращаясь же к основной теме разговора, можно сделать два вывода. Первый: разгон как средство достижения более высокой производительности - это один из вполне эффективных и доступных для каждого способов. Современные процессоры имеют нераскрытый частотный потенциал, задействовать который можно без особых усилий. Большинство современных материнских плат предоставляют пользователям весь необходимый для этого инструментарий. Второй: если уж вы решили связаться с разгоном процессора, нужно быть готовым к росту его тепловыделения и энергопотребления и выхода этих величин за расчётные значения. Система охлаждения процессора должна обладать достаточной производительностью, а конвертер питания на материнской плате должен не сгореть при значениях токов, превышающих номинальные.
В рамках данного материала мы как раз и посмотрим, как изменяется энергопотребление процессоров (и связанное с ним прямой зависимостью их тепловыделение) при разгоне. То есть то, что энергопотребление платформ при этом увеличивается, понятно и без тестов. Но вот масштаб изменения электрических и тепловых характеристик при увеличении частот процессоров свыше штатных значений заслуживает отдельного исследования. Какой «запас прочности» должны иметь оверклокерские материнские платы и системы охлаждения? Насколько страдает энергетическая эффективность систем, когда речь заходит о разгоне? Блоков питания какой мощности достаточно энтузиастам? Примерно так выглядит круг вопросов, освещению которых посвящена эта статья.
Как мы тестировали
Стремясь сделать результаты нашего тестирования интересными для максимального числа читателей, исследование влияния разгона на энергопотребление мы решили выполнять сразу на примере нескольких распространённых моделей процессоров, имеющих различное строение и микроархитектуру. Поэтому, для тестов было задействовано сразу четыре распространённые тестовые платформы: LGA775, LGA1156, LGA1366 и Socket AM3. Именно этим объясняется достаточно обширный список тестового оборудования, использовавшегося в тестировании:
Материнские платы:
ASUS P5Q3 (LGA775, Intel P45, DDR3 SDRAM);
ASUS P7P55D Premium (LGA1156, Intel P55 Express);
Gigabyte EX58-UD5 (LGA1366, Intel X58 Express);
Gigabyte MA785GT-UD3H (Socket AM3, AMD 785GX + SB750, DDR3 SDRAM).
Память: 2 x 2 ГБ, DDR3-1333 SDRAM, 9-9-9-27 (Kingston KHX1600C8D3K2/4GX);
Графическая карта: ATI Radeon HD 5870.
Жёсткий диск: Western Digital VelociRaptor WD3000HLFS.
Блок питания: Tagan TG880-U33II (880 Вт).
Процессорный кулер: Thermalright Ultra-120 eXtreme.
Операционная система: Microsoft Windows 7 Ultimate x64.
Драйверы:
Intel Chipset Driver 9.1.1.1020;
ATI Catalyst 10.1 Display Driver.
Для снятия тестовых данных об энергопотреблении мы воспользовались нашим фирменным аппаратно-программным измерительным комплексом, подробно описанным в статье «Энергопотребление компьютеров: так сколько нужно ватт? ». Не касаясь конструкционных особенностей этого комплекса, заметим, что его использование вместо применения электрических счётчиков, амперметров, токовых клещей, шунтов и вольтметров позволяет получить не только более точные результаты, но и в реальном времени отслеживать изменение токов по различным линиям питания. Благодаря этому, среди результатов тестов мы покажем не только усреднённые, но и максимальные значения потребления. Также в сфере нашего внимания окажутся не только значения тока, поступающего на материнскую плату через выделенный для питания процессора 12-вольтовый разъём, но и токи, забираемые материнской платой через стандартный 24-контактный ATX-разъём по 12-, 5- и 3.3-вольтовой линиям питания. Необходимость анализа всех этих данных обуславливается тем, что многие современные процессоры, в первую очередь, интеловского производства, используют комбинированную схему подключения питания, использующую не только выделенную для процессорного преобразователя напряжения 12-вольтовую линию питания.
Плата измерительной системы
Измерительная система в сборе с блоком питания
Также необходимо заметить, что в рамках этого материала, когда речь заходит о полном энергопотреблении платформы, имеется в виду потребление, измеренное не до, а после блока питания. То есть, в данном контексте мы не принимаем во внимание эффективность блока питания, а оперируем «чистыми» цифрами, относящимися именно к энергопотреблению компонентов системы по отдельности и в сумме.
Прежде чем перейти к анализу замеров потребления при различной нагрузке, давайте подробнее познакомимся с теми процессорами, которые мы выбрали для исследования. В рамках этого знакомства мы попробуем разогнать каждый из тестовых процессоров и посмотрим, как и по каким законам при этом изменяется их предельное энергопотребление.
Процессоры: предварительная оценка энергопотребления
AMD Athlon II X2 255Athlon II X2 255 - это старший представитель процессорного семейства Regor, в основе которого лежат собственные двухъядерные полупроводниковые кристаллы, производимые по 45-нм технологии. Такие процессоры предназначаются для Socket AM3 и являются одними из самых демократичных с точки зрения цены вариантов для этой платформы. Штатная частота Athlon II X2 255 равна 3,1 ГГц, объём кэша второго уровня составляет 1 Мбайт на каждое из двух процессорных ядер. Полностью характеристики этого процессора видны на скриншоте диагностической утилиты CPU-Z.
Номинальное напряжение нашего экземпляра процессора установлено равным 1,4 В, напряжение же встроенного в процессор северного моста составляет 1,175 В. Расчётное типичное тепловыделение этого процессора под нагрузкой, согласно спецификации, равно 65 Вт. Наша тестовая платформа с этим процессором, работающим в штатном режиме, без разгона, потребляла около 111 Вт, при этом на потребление по выделенной под процессор 12-вольтовой линии питания приходилось около 63 Вт, что достаточно близко к расчётным значениям.
Что касается разгона, то без повышения напряжений процессор сохранял полную работоспособность вплоть до 3,6 ГГц. Дальнейшее повышение частоты оказалось возможно лишь с увеличением напряжения питания процессорного ядра, подняв которое до 1,5 В, мы смогли добиться устойчивого функционирования Athlon II X2 255 при 3,8 ГГц.
Следует отметить, что разгон Athlon II X2 255 в процессе наших экспериментов выполнялся путём увеличения частоты тактового генератора, а значит, вместе с ростом частоты процессора росла и частота встроенного в процессор северного моста. Однако в нашем случае это не вызвало никаких проблем: процессоры серии Athlon II не имеют кэша третьего уровня, а потому при разгоне они оказываются куда менее капризны, чем их старшие собраться, относящиеся к серии Phenom II.
Для знакомства с характером зависимости энергопотребления от частоты Athlon II X2 255 мы сняли соответствующие показатели в нескольких ключевых точках, описанных в следующей таблице.
Общее потребление тестовой платформы, снятое в перечисленных ключевых точках, приведено на графике. Измерения выполнялись в состоянии максимальной нагрузки на центральный процессор, создаваемой, как уже было сказано выше, утилитой LinX 0.6.4.
Нетрудно заметить, что наиболее существенный прирост энергопотребления происходит лишь тогда, когда увеличивается напряжение питания процессора. До этого же момента график энергопотребления выглядит полого: 16-процентный прирост тактовой частоты с 3,1 до 3,6 ГГц влечёт за собой всего на всего 8-процентное увеличение энергопотребления платформы. Увеличение же частоты с 3,6 до 3,8 ГГц с увеличением напряжения на процессоре на 0,1 В моментально приводит к 17-процентному скачку энергопотребления.
Эти же цифры ещё лучше можно проиллюстрировать графиком потребляемого тока по основным линиям питания материнской платы.
Как видим, основная нагрузка ложится на выделенную 12-вольтовую линию питания процессора. Соответственно, в то время как разгон практически не сказывается на токах, идущих через 24-контактный разъём питания материнской платы, потребление по выделенной для процессора 12-вольтовой процессорной линии изменяется с 62 до 91 Вт. Причём, при переходе от частоты 3,6 ГГц к частоте 3,8 ГГц (то есть в тот момент, когда разгон начинает требовать повышения напряжения CPU), процессорное энергопотребление подскакивает более чем на 20 Вт.
AMD Athlon II X4 635
Второй участвовавший в тестировании процессор компании AMD, Athlon II X4 635, хотя и относится к тому же семейству Athlon II, на самом деле в корне отличается от моделей с суффиксом X2. В основе этого процессора лежит полупроводниковое ядро с кодовым названием Propus, оно представляет собой монолитный четырёхъядерный кристалл, производимый по 45-нм технологии. С пользовательской же точки зрения Athlon II X4 635 интересен тем, что это - один из самых дешёвых четырёхъядерных процессоров, присутствующих на рынке. Что же касается характеристик, то Athlon II X4 635 предназначен для использования в составе платформы Socket AM3, а его тактовая частота установлена равной 2,9 ГГц. Следует отметить, что в отличие от процессоров серии Phenom II, Athlon II X4 лишён кэш-памяти третьего уровня, а объём L2 кэша составляет по 512 Кбайт на каждое ядро.
Номинальное напряжение нашего экземпляра Athlon II X4 635 составляло 1,4 В, а напряжение на встроенном в процессор северном мосту было установлено равным 1,175 В. Иными словами, Athlon II X4 635 использует такие же напряжения как и его собрат, обладающий двумя, а не четырьмя вычислительными ядрами. Тем не менее, удвоенное количество ядер не преминуло сказаться на расчётном тепловыделении процессора, которое для Athlon II X4 635 составляет 95 Вт. Что же касается практических величин, то наша система с этим процессором, работающим на штатных 2,9 ГГц, потребляла под нагрузкой 146 Вт - на 35 Вт больше, чем эта же платформа, когда в неё был установлен двухъядерный Athlon II X2 255. Практическое потребление по выделенной на процессор линии питания при этом составляло 96 Вт.
Надо сказать, что процессоры семейства Propus следует отнести к числу современных продуктов, наименее дружественных разгону. В то время, как большинство широко доступных процессоров способно разгоняться до частот порядка 4 ГГц, тестовый Athlon II X4 635 смог покорить лишь отметку 3,5 ГГц, причём для устойчивой работы в таком состоянии нам даже пришлось увеличить на 0,1 В его напряжение питания. Без изменения же этого напряжения максимальная частота составила 3,4 ГГц. Как и в предыдущем случае, при разгоне мы оперировали частотой тактового генератора, так как множитель у Athlon II X4 635 заблокирован.
Для знакомства с характером зависимости энергопотребления от частоты, также как и в предыдущем случае, был проведён ряд последовательных измерений. Описание ключевых точек и основных настроек, сделанных в тестовой системе, приводится в таблице.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.
График общего потребления тестовой платформы при максимальной нагрузке в зависимости от частоты процессора выглядит следующим образом.
Наблюдаемая картина для нас не нова. До тех пор, пока напряжение на процессоре не изменяется, рост энергопотребления идёт строго по линейному закону, причём с достаточно небольшим коэффициентом. Но стоит только выполнить небольшой прирост напряжения питания процессора, как на графике наблюдается резкий скачок в потреблении. Например, в нашем случае переход напряжения питания процессора от 1,4 В к 1,5 В выливается в 25-ваттное увеличение энергопотребления при том, что остальные напряжения в системе не изменяются, а частота процессора возрастает лишь на жалкие 100 МГц.
А вот так выглядит второй график, на котором показано изменение значений питающих процессор и материнскую плату токов при разгоне процессора.
Внимания заслуживает, пожалуй, лишь только кривая, иллюстрирующая рост тока, потребляемого процессором. По крайней мере, как и в предыдущем случае, изменение частоты процессора практически не влечёт за собой никаких перемен в токах, потребляемых материнской платой через 24-контактный разъём. Что же касается процессорного энергопотребления, то при разгоне Athlon II X4 635 с 2,9 до 3,5 ГГц оно изменяется с 96 до 137 Вт, причём львиная доля этого прироста приходится на промежуток с 3,4 до 3,5 ГГц, для прохождения которого мы пользовались увеличением напряжения питания.
AMD Phenom II X2 555
Помимо процессоров Socket AM3, продающихся под торговой маркой Athlon II, для тестов были взяты и процессоры AMD более высокого класса - Phenom II. Поскольку в этом семействе производитель предлагает варианты с различным количеством вычислительных ядер, для тестирования мы выбрали один четырёхъядерный и один двухъядерный процессор. В качестве последнего был выбран Phenom II X2 555 - старший из процессоров Socket AM3 с двумя вычислительными ядрами, оснащённый кэш-памятью третьего уровня. Этот процессор основывается на таком же 45-нм полупроводниковом кристалле Deneb, что и четырёхъядерные процессоры Phenom II X4, но в нашем случае два из четырёх ядер деактивированы. Тактовая частота Phenom II X2 555, согласно спецификации, составляет 3,2 ГГц. Каждое из двух ядер процессора обладает собственной кэш-памятью второго уровня объёмом по 512 Кбайт, а в дополнение к этому процессор располагает и общим на все ядра L3-кэшем, размер которого - 6 Мбайт.
Поскольку для производства всех своих современных процессоров компания AMD использует один и тот же технологический процесс с 45-нм нормами, совершенно неудивительно, что их электрические характеристики оказываются похожи. Так, наш экземпляр Phenom II X2 555 ориентирован на работу при привычном напряжении 1,4 В, но отличается от рассмотренных выше процессоров Athlon II слегка более высоким напряжением на встроенном северном мосту, включающем L3-кэш, - 1.2 В.
Наличие L3 кэша и более высокая тактовая частота выливается в то, что расчётное типичное тепловыделение процессоров Phenom II X2 превышает аналогичную характеристику процессоров Athlon II X2. Для Phenom II X2 555, как, впрочем, и для других представителей этого семейства TDP установлено равным 80 Вт. На практике же тестовый экземпляр Phenom II X2 555 потреблял при максимальной нагрузке 74 Вт, а энергопотребление системы на его основе доходило до 123 Вт.
Процессорный кристалл Deneb - один из самых разгоняемых в ассортименте компании AMD. Процессорам, основанным на таких кристаллах, нередко покоряются частоты порядка 4 ГГц без применения каких-либо специальных систем охлаждения. Не стал исключением и тестовый Phenom II X2 555, который мы в конечном итоге смогли разогнать до пресловутой 4-гигагерцовой отметки. Впрочем, для этого пришлось на 0,15 В увеличить напряжение питания. Но и если не прибегать к этой мере, разгон Phenom II X2 555 приносит неплохие результаты: этот процессор оказывается способен к устойчивому функционированию на частоте 3,8 ГГц при номинальном напряжении 1,4 В.
Следует упомянуть, что Phenom II X2 555 относится к серии Black Edition, что означает наличие у этого процессора незаблокированного множителя. Именно поэтому разгонять его можно совершенно элементарно, не увеличивая частоту тактового генератора и не меняя частоты шины HyperTransport, памяти и встроенного в процессор северного моста. Этой возможностью мы и воспользовались при проведении нашего предварительного «оценочного» тестирования.
Значения частоты, при которых были сняты показатели энергопотребления, описываются в таблице.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях. Кроме того, хочется отметить, что выполненный в данном случае разгон, в основе которого лежит изменение разблокированного коэффициента умножения - это хотя и удобный, но не самый лучший с точки зрения энергетической эффективности подход. Дело в том, что изменение и фиксация множителя приводит к отключению технологии Cool"n"Quiet, снижающей частоту процессора в моменты простоя. Поэтому, если вы хотите добиться повышения производительности через разгон, но при этом не проиграть в экономичности системы в моменты простоя, мы не рекомендуем пользоваться разблокированным множителем процессоров AMD, относящихся к серии Black Edition.
Результаты измерения полного энергопотребления системы, оснащённой процессором Phenom II X2 555, при полной его загрузке, приводятся на графике.
Картина привычна и не вызывает удивления. До тех пор, пока разгон выполняется без повышения процессорного напряжения, то есть в промежутке от 3,2 до 3,8 ГГц, рост общего энергопотребления системы происходит линейно, примерно по 2-3 Вт на каждые 200 МГц. Дальше же следует резкий скачок потребления, вызванный увеличением напряжения на процессоре. Соответственно, следующие 200 МГц обходятся нашей системе во внушительные 37 Вт.
Раскладка энергопотребления платформы по питающим линиям приводится ниже.
И при увеличении частоты процессора, и при возрастании его питающего напряжения, прирост тока отмечается только на одной линии - той, которая выделена на процессор и подводится к материнской плате посредством отдельного 8-жильного кабеля. Остальные же токи при разгоне остаются неизменны. Кстати, заметьте, насколько сильно может увеличиваться потребление процессора при максимальном разгоне. Даже двухъядерный Phenom II X2 555, работая на частоте 4,0 ГГц, расходует 120 Вт, что, между прочим, в полтора раза превосходит его паспортное тепловыделение. Если же разгон выполняется без изменения напряжения питания, то питающий процессор ток увеличивается незначительно, в пределах 10 %. Поэтому такой разгон можно считать совершенно безопасным: с ним справятся любые, даже бюджетные, материнские платы, не обладающие усиленным конвертером питания процессора.
AMD Phenom II X4 965
Последний процессор компании AMD, выбранный нами для тестирования энергопотребления - Phenom II X4 965 - самая быстрая и самая дорогая на данный момент модель для Socket AM3, ориентированная на использования в настольных компьютерах. Этот процессор, как и Phenom II X2 555, основывается на 45-нм полупроводниковом кристалле Deneb, однако, в отличие от него, имеет четыре полноценных вычислительных ядра. Каждое из этих ядер обладает собственным 512-килобайтным L2-кэшем, а все вместе они снабжены разделяемым L3-кэшем объёмом 6 Мбайт. Штатная частота Phenom II X4 965 составляет 3,4 ГГц, и это - верхний предел частоты, которого достигли на сегодняшний день процессоры AMD.
Как видно по приведённому скриншоту диагностической утилиты CPU-Z, штатное напряжение тестового процессора Phenom II X4 было установлено равным 1,4 В. Судя по всему, это - наиболее распространённая величина напряжения для процессоров AMD, выпускаемых по 45-нм технологическому процессу. Встроенный северный мост, включающий контроллер шины HyperTransport, контроллер памяти и L3-кэш, использовал напряжение 1,1 В.
Компания AMD поставляет на рынок две модификации процессора Phenom II X4 965, имеющие разное расчётное тепловыделение - 140 или 125 Вт. Мы тестировали более новый вариант этого процессора, который основывается на кристалле ревизии C3 - его TDP составляет 125 Вт. Столь высокое расчётное типичное тепловыделение - это не пустой звук, наш испытательный стенд при установке в него этого процессора показал существенно более высокое энергопотребление, чем во всех иных случаях. Так, при максимальной процессорной нагрузке полное потребление системы достигало 186 Вт. Наибольшее же потребление Phenom II X4 965, работающего в номинальном режиме, по выделенной 12-вольтовой линии питания доходило до 137 Вт.
Кстати, любопытный факт: практическое энергопотребление четырёхъядерного Phenom II X4 965 почти вдвое превышает реальное потребление двухъядерного процессора Phenom II X2 555. Это означает, что львиная доля электроэнергии в процессоре расходуется именно вычислительными ядрами, а общие на все ядра части, вроде L3-кэша и контроллера памяти, вносят в итоговое энергопотребление сравнительно небольшой вклад.
Как уже было сказано, процессоры на ядре Deneb очень неплохо разгоняются. Phenom II X4 965 смог подтвердить репутацию этого ядра. Работая на штатном напряжении 1,4 В, тестовый CPU продемонстрировал стопроцентную стабильность при повышении частоты до 3,8 ГГц. Отодвинуть предел разгона ещё на 100 МГц мы смогли дополнительно увеличив напряжения питания до 1,5 В. А вот 4 ГГц нашему CPU так и не покорились: при такой частоте система загружалась и даже могла выполнять некоторые тесты, но полноценное тестирование на стабильность в LinX она не проходила.
Для исследования зависимости энергопотребления системы от частоты процессора, как и в предыдущих случаях, тесты были проведены в нескольких режимах с шагом 200 МГц. Поскольку Phenom II X4 965 относится к серии Black Edition и обладает разблокированным множителем, именно это его свойство мы и использовали в данном случае.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.
Кривая зависимости энергопотребления от частоты в обозначенных режимах получила следующие очертания.
Результаты совершенно типичны. До тех пор, пока мы не трогаем напряжение питания процессора, зависимость между энергопотреблением и частотой носит (с допусками на погрешности измерения) линейный характер. Но как только дело доходит до изменения напряжения питания, потребление совершает резкий скачок. Так, в случае с Phenom II X4 965 увеличение напряжения всего на 0,1 В выливается примерно в 40 Вт дополнительной нагрузки на блок питания. Причём, все эти дополнительные 40 Вт потребляются по 12-вольтовой процессорной линии питания, ток на которой при максимальном разгоне Phenom II X4 965 доходит до солидных 16 А.
Получается, что при разгоне до 3,9 ГГц Phenom II X4 потребляет ни много ни мало - 190 Вт. Это число прекрасно иллюстрирует то, каким перегрузкам подвергается конвертер питания процессора на материнской плате. Поэтому, если вы собираетесь заниматься разгоном и увеличивать напряжение питания процессора, необходимо уделять должное внимание выбору материнской платы с качественным процессорным конвертером питания, способным справляться с токами, значительно превышающими расчётные.
Core 2 Duo E7600
В то время как все актуальные предложения компании AMD унифицированы под один процессорный разъём Socket AM3, продукты Intel с данной точки зрения разнородны. В настоящее время этим производителем поддерживается три независимые платформы: LGA775, LGA1156 и LGA1366. Начнём же мы с рассмотрения наиболее возрастного процессорного гнезда. Первый выбранный нами для тестов процессор для платформы LGA775, Core 2 Duo E7600, основывается на 45-нм ядре Wolfdale, которое увидело свет ещё в начале 2008 года. К сегодняшнему дню процессоры на этом ядре опустились в нижние ценовые сегменты, однако благодаря их хорошей производительности и разгоняемости, они всё ещё привлекают внимание многих энтузиастов. В отличие от пилотных моделей процессоров с ядром Wolfdale, Core 2 Duo E7600 имеет несколько упрощённые характеристики. Его тактовая частота установлена в 3,06 ГГц, причём частота системной шины составляет всего 266 МГц, а объём разделяемого между ядрами L2 кэша равен 3 Мбайтам.
Несмотря на то, что для производства Core 2 Duo E7600 используется такая же технология с 45-нм нормами, что и при выпуске современных процессоров AMD, номинальное напряжение у процессора Intel существенно ниже. Для конкретного тестового CPU оно равнялось 1,275 В, да и в целом у серийных процессоров этого класса оно не должно превышать 1,3625 В. Как мы уже видели в первых тестах, напряжение питания очень сильно влияет на энергопотребление и тепловыделение, поэтому совершенно неудивительно, что TDP Core 2 Duo E7600 составляет всего лишь 65 Вт. На практике же полная система с этим CPU потребляла не более 95 Вт (при стопроцентной нагрузке на процессор, но не на видеокарту), а это значит, что Core 2 Duo E7600 существенно экономичнее, чем Athlon II X2 255. Ещё одной иллюстрацией этого можно считать значение потребления по выделенной для питания процессора линии - оно во время тестов без разгона не превысило и 45 Вт.
Учитывая, что используемая Core 2 Duo E7600 частота шины составляет всего 266 МГц, его разгон выполняется сравнительно просто, даже несмотря на то, что компания Intel блокирует множители всех своих процессоров за исключением самых дорогих. Без повышения напряжения питания мы смогли добиться стабильного разгона до 3,6 ГГц, а лучший результат, достигнутый в нашей тестовой системе, составил 4,0 ГГц. Все промежуточные шаги, использованные нами для выявления закономерностей между изменением частоты и энергопотребления задокументированы в таблице.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.
Стоит отметить, что в данном случае характер зависимости энергопотребления от частоты обещает быть несколько интереснее, чем у процессоров AMD. Здесь повышение напряжения пришлось использовать не только для того, чтобы «дожать» последнюю ступень в разгоне, а несколько ранее. Соответственно, излом пологой кривой и начало её резкого роста должно происходить не на последнем, а на предпоследнем шаге.
Собственно, так оно и есть. При этом существенный рост энергопотребления происходит только тогда, когда повышается напряжение на процессоре. При разгоне же с сохранением штатного напряжения питания увеличение частоты на каждые 200 МГц выливается лишь в 2-3-ваттное приращение энергопотребления. Иными словами, с точки зрения зависимости полного энергопотребления от частоты и напряжения процессора платформа LGA775 ведёт себя аналогично платформе Socket AM3.
А вот раскладка потребления по линиям питания материнской платы выглядит совершенно иначе.
Впрочем, практически наверняка можно говорить о том, что, если взять материнскую плату с другой реализацией схемы питания (например, другого производителя), картина будет отличаться. Тем не менее, обращает на себя внимание существенный ток по 3-вольтовой линии, слегка возрастающий при разгоне. Логично предположить, что от этой линии питается северный мост набора логики, который в LGA775 системах содержит контроллер памяти. Что же касается потребления по выделенной на процессор 12-вольтовой линии, то оно при разгоне Core 2 Duo E7600 возрастает ровно в два раза. Получается, что в то время как этот процессор при нагрузке в неразогнанном состоянии потребляет порядка 45 Вт, его 30-процентный разгон по частоте приводит к увеличению потребления до 94 Вт. Причём, основное нарастание энергопотребления происходит на последних двух шагах, когда для достижения стабильной работы помимо частоты FSB нам пришлось увеличивать и напряжение питания CPU.
Core 2 Quad Q9505
Второй LGA775 процессор, который мы отобрали для участия в тестах энергопотребления, это - четырёхядерный Core 2 Quad Q9505. Этот CPU не обладает уникальным полупроводниковым кристаллом, в его основе, фактически, лежит склейка из двух кристаллов Wolfdale, выпускаемых по 45-нм техпроцессу. Совершенно неудивительно, что получившееся при склейке сдвоенное ядро с названием Yorkfield имеет несколько странное строение кэш-памяти второго уровня, которая состоит из двух независимых частей по 3 Мбайта, каждая из которых является разделяемой на свою пару ядер. Что же касается частотных характеристик, то Core 2 Quad Q9505 работает при 2,83 ГГц, используя 333-мегагерцовую шину, которая в этом процессоре нужна не только для связи с набором логики, но и для общения пар ядер, не имеющими общей кэш-памяти, между собой.
Логично ожидать, что расчётное типичное тепловыделение такого четырёхъядерного процессора будет вдвое больше, чем у двухъядерных Core 2 Duo, основанных на кристаллах Wolfdale. Но это не совсем так: TDP для Core 2 Quad Q9505 установлено равным не 130, а 95 Вт. Тут сказывается и более низкая, чем у представителей двухъядерного семейства, тактовая частота этого процессора, и особенности производственного процесса. Дело в том, что для четырёхъядерных моделей Intel выбирает более удачные с точки зрения тепловыделения полупроводниковые кристаллы, менее же экономичные кристаллы разрезаются для использования в основе двухъядерных CPU. Поэтому совершенно неудивительно, что при практических испытаниях Core 2 Quad Q9505 в неразогнанной системе его энергопотребление при полной загрузке составило лишь около 70 Вт. Полное же энергопотребление тестовой платформы достигало при этом порядка 125 Вт, что можно рассматривать как ещё одно подтверждение большей экономичности платформы LGA775 по сравнению с платформой Socket AM3.
Разгон четырёхъядерных LGA775-процессоров - мероприятие не самое простое. Дело в том, что при достижении определённой частоты шины эти процессоры начинают «капризничать», причём очень часто проблемы возникают при частотах FSB порядка 450-475 МГц. К счастью, Core 2 Quad Q9505 имеет сравнительно высокий множитель, равный 8,5, что позволило нам добиться разгона до 3,9 ГГц без возникновения каких-то существенных проблем. Следует заметить, что также как и в случае с Core 2 Duo E7600, четырёхъядерный тестовый процессор смог стабильно работать при 3,6 ГГц на своём штатном напряжении, которое для нашего экземпляра составляло 1,275 В.
Для изучения законов изменения потребления при разгоне мы, также как и во всех остальных случаях, протестировали Core 2 Quad Q9505 с шагом по частоте в 200 МГц. Значения основных параметров платформы приводятся в таблице. Все остальные напряжения в системе во время проведения испытаний оставались на своих штатных значениях.
Итак, зависимость энергопотребления системы при полной процессорной нагрузке от частоты оказалась следующей.
Поскольку в относительном выражении Core 2 Quad Q9505 разогнался достаточно сильно, при тестировании нам удалось снять значения потребления в семи точках. Благодаря этому явно виден тот факт, что в случае постоянства питающего процессор напряжения зависимость между частотой его работы и энергопотреблением носит линейный характер. Далее же, за отметкой 3,6 ГГц, где изменяется не только частота, но и напряжение питания, 200 МГц прироста обходятся с точки зрения энергопотребления как 600-800 МГц до этой отметки. В целом, 27-процентный прирост частоты с 2,83 до 3,6 ГГц выливается в 19-процентный прирост энергопотребления. Разгон же до 3,9 ГГц приводит к 50-процентному росту потребления системы по сравнению с работой в номинальном режиме.
Что касается раскладки потребления по линиям питания, то, как и в предыдущем случае, разгон вызывает вполне естественное увеличение токов по 12-вольтовой линии, выделенной для преобразователя питания процессора, и по 3-вольтовой линии материнской платы от которой, по нашему предположению, запитан северный мост материнской платы.
Потребление процессора, работающего со 100-процентной нагрузкой в тесте LinX, на номинальной частоте равно 71 Вт. При частоте 3,6 ГГц, когда напряжение питания не выходит за штатные 1,275 В, оно достигает 89 Вт. Максимальный же разгон - до 3,9 ГГц, где основные системные напряжения повышаются сверх их номинальных величин примерно на 10 %, приводит к росту процессорного энергопотребления до 136 Вт. Это, конечно, много, но с потреблением разогнанного Phenom II X4 сравниться не может, поэтому сделанный выше вывод о том, что LGA775-процессоры остаются экономичнее своих Socket AM3 альтернатив не только в штатном режиме, но и при разгоне, остаётся в силе.
Core i3-540
Помимо LGA775, мы включили в тесты и процессоры Intel в других конструктивных исполнениях. В частности, мы не смогли обойти вниманием сравнительно молодые модели семейства Clarkdale, предназначенные для LGA1156-систем. Главным аргументом за их включение в тестирование стало то, что один из двух полупроводниковых кристаллов, входящих в состав этого процессора, выполнен по самому передовому технологическому процессу с нормами производства 32 нм. Этот кристалл - собственно два вычислительных ядра. Имеющийся же в Clarkdale интегрированный контроллер памяти вместе со встроенным графическим ядром находятся во втором кристалле, производимом по 45-нм технологии. То, что такая схема из двух полупроводниковых кристаллов, заключённых в единую процессорную упаковку, с точки зрения производительности работает не самым лучшим образом, мы уже писали . Давайте поглядим теперь, что происходит с энергопотреблением такого процессора при его разгоне до различных значений частот.
Для тестирования был взят двухъядерный Core i3-540. Это средняя модель Clarkdale: с одной стороны, она поддерживает технологию Hyper-Threading, а с другой - лишена поддержки Turbo Mode, которая всё равно неполезна при разгоне. Штатная частота этого процессора равна 3,07 ГГц, объём L2-кэша составляет 256 Кбайт на каждое из двух ядер, а общий L3-кэш имеет объём 4 Мбайта.
32-нм технологический процесс позволил производителю установить у Core i3-540 сравнительно низкое напряжение питания. Так, наш экземпляр требовал лишь 1,125 В. Впрочем, процессорный северный мост, находящийся во втором, 45-нм кристалле, использует свою собственную схему питания и собственное напряжение для нашей модели равное 1,1 В. При этом общее расчётное типичное тепловыделение Core i3-540 установлено равным 73 Вт, а это значит, что, несмотря на применение нового технологического процесса, Intel не удалось добиться каких-либо впечатляющих успехов на поприще улучшения экономичности своих решений. Ведь 73 Вт - это даже больше типичного тепловыделения двухъядерных процессоров аналогичной ценовой категории для LGA775 систем, в основе которых лежат 45-нм полупроводниковые кристаллы. Впрочем, в процессе практических измерений мы получили противоположную картину. Система с Core i3-540 с полностью загруженным работой процессором, потребляла в номинальном режиме всего 86 Вт, а это - меньше зафиксированного нами потребления системы с процессором Core 2 Duo E7600. Вероятно, свой вклад здесь внесло существенное упрощение в LGA1156 системах набора логики, который теперь состоит из одного южного моста, так как все функции северного переданы процессору.
Частота процессоров в LGA1156 исполнении задаётся частотой базового тактового генератора (133 МГц в штатном режиме), которая умножается на устанавливаемый и зафиксированный для каждой модели коэффициент. Поэтому, разгон Core i3-540 выполнялся увеличением базовой частоты. Надо заметить, что 32-нм Clarkdale продемонстрировал несколько нетипичное поведение при разгоне. Максимальной частотой, при которой тестовый CPU смог работать без увеличения напряжений, оказалась лишь 3,2 ГГц. Дальнейший разгон пришлось выполнять планомерно увеличивая процессорное напряжение. А для того, чтобы Core i3-540 заработал на 4,2 ГГц, пришлось поднять и напряжение на встроенном в процессор северном мосту. Все последовательные установки параметров, при которых мы проводили оценочные тесты энергопотребления, собраны в следующей таблице.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях.
Итак, давайте взглянем, как ведёт себя полное энергопотребление системы, построенной на Core i3-540, при разгоне.
График имеет непривычный характер. Тут нет пологого участка и резкого роста в конце. Из-за того, что нам пришлось орудовать напряжениями уже на втором шаге разгона, значительные скачки энергопотребления «размазаны» по всему графику. Тем не менее, 37-процентный прирост тактовой частоты при разгоне Core i3-540 до 4,2 ГГц приводит к ощутимому 50-ваттному увеличению общего энергопотребления. Примерно такой же прирост мы наблюдали при разгоне двухъядерных Core 2 Duo E7600 и Phenom II X2 555.
Не меньше сюрпризов преподносит и второй график, на котором показано изменение токов по основным питающим материнскую плату линиям.
Во-первых, хочется напомнить, что для питания процессора в LGA1156-системах используется не только выделенная специализированная 12-вольтовая линия. К ней подключены лишь вычислительные ядра CPU. Подача питания на второй процессорный кристалл, содержащий контроллер памяти, осуществляется посредством 12-вольтовой линии, подключающейся к материнской плате через 24-контактный разъём. Именно поэтому ток, проходящий через эти две линии питания, существенно возрастает при разгоне процессора. Причём, весьма любопытно, что в LGA1156-системе в ряде ситуаций, например, при работе процессора в штатном режиме, максимальная нагрузка ложится не на процессорную линию питания. Это - уникальная особенность новых интеловских систем, оснащённых процессорами семейства Clarkdale. К сожалению, использование «распределённой» схемы питания в LGA1156-системах не даёт нам возможности чётко ответить на вопрос о процессорном энергопотреблении в чистом виде. Тем не менее, даже беглый взгляд на график позволяет говорить о том, что при разгоне Core i3-540 с 3,07 до 4,2 ГГц происходит не менее чем двукратный рост энергопотребления CPU.
Core i7-860
Тестирование энергопотребления платформы LGA1156 не ограничилось одним лишь двухъядерным процессором Core i3-540. Для этого процессорного разъёма компания Intel предлагает не только двухъядерные, но и чрезвычайно популярные четырёхъядерные CPU семейства Lynnfield. Эти CPU не были обойдены нашим вниманием, и в число объектов тестирования попал Core i7-860. Данный процессор также как и Core i3-540 принадлежит к микроархитектуре Nehalem, но при этом основывается на монолитном кристалле, производимом по 45-нм технологическому процессу. Причём этот кристалл вмещает не только четыре вычислительных ядра, но и L3-кэш объёмом 8 Мбайт, двухканальный контроллер памяти и контроллер графической шины PCI Express x16. Выбранная нами модель Lynnfield, Core i7-860, относится к числу предложений из верхней части средней ценовой категории, а потому она поддерживает технологии Hyper-Threading и Turbo Boost. В результате, хотя номинальная частота этого CPU установлена равной 2,8 ГГц, в зависимости от нагрузки он может саморазгоняться до 3,46 ГГц.
Вкратце, суть технологии Turbo Boost заключается в том, что частоту процессора можно безболезненно повышать, если его тепловыделение при этом гарантированно не выходит за расчётную величину TDP, которая для рассматриваемого Core i7-860 установлена равной 95 Вт. Однако при нагрузке на все ядра частота этого CPU ограничена величиной 2,93 ГГц.
К сожалению, мы не можем сказать, сколько потребляет в реальности Core i7-860 при полной нагрузке, так как его схема питания имеет те же особенности, что и схема питания остальных LGA1156-процессоров. Но полное потребление платформы с этим процессором во время наших измерений не переваливало за 155-ваттную границу. Но это явно больше, чем потребляла протестированная нами LGA775-система с четырёхъядерным процессором, что вселяет подозрения о достаточно высоком энергопотреблении процессоров Lynnfiled.
Тестируя Core i7-860 на разгон, мы в первую очередь отключали Turbo Boost, так как инициируемые им плохо контролируемые изменения процессорного множителя снижают максимальные стабильные частоты. Зато при отключении этой технологии множитель Core i7-860 можно повысить на единицу выше номинальной величины. Эта возможность использовалась при разгоне, но в дальнейшем мы прибегали к изменению частоты базового генератора. Без повышения напряжения питания процессора выше штатных 1,125 В максимальная частота, при которой тестовый процессор смог стабильно работать при полной нагрузке, составила всего 3,4 ГГц. Впрочем, к счастью, ядро Lynnfield позитивно реагировало на рост напряжения, в результате чего разгон удалось довести для типичных для 45-нм ядер 4,0 ГГц. Набор параметров, использованных нами при разгоне до различных пределов, традиционно приводится в таблице.
Все остальные, не указанные в таблице напряжения в системе оставались на их штатных значениях. При этом следует понимать, что привёдённые значения не являются каким-то универсальным рецептом. Процессорные кристаллы отличаются друг от друга по параметрам, поэтому для разгона других экземпляров могут потребоваться немного другие настройки.
Рост общего потребления тестовой платформы при увеличении частоты процессора приведён на графике.
Картинка получилась очень наглядной. До 3,4 ГГц энергопотребление платформы растёт по чуть-чуть, примерно на 4-6 Вт на каждые 200 МГц, это ещё раз подтверждает наш тезис о том, что разгон без увеличения напряжения питания не наносит существенного ущерба экономичности системы. Однако дальше, после 3,4 ГГц, картина в корне меняется. Там каждые 200 МГц прироста частоты выливаются в 30-40-ваттную прибавку к энергопотреблению. И дело лишь в том, что на каждом шаге всего лишь на 0,1 В приходится увеличивать напряжение питания процессора для обеспечения стабильности.
Ещё более яркую картинку можно увидеть, если обратить внимания на значения токов.
При разгоне до 4 ГГц потребление Core i7-860 только по выделенной 12-вольтовой линии питания доходит до 180 Вт! А ведь этот процессор часть питания получает и по другой 12-вольтовой линии. Иными словами, по потреблению в разгоне процессоры Lynnfiled вполне могут потягаться с Phenom II X4 965 - здесь мы тоже видим значения токов, превышающие 15 А.
Core i7-950
Для верхней ценовой категории Intel позиционирует ещё одну платформу - LGA1366. Процессоры для этой платформы базируются на той же микроархитектуре Nehalem, однако имеют ряд особенностей. Именно наличие этих особенностей и стало причиной их включения в тесты энергопотребления при разгоне. Для тестов была взята модель со сравнительно невысокой ценой - Core i7-950. Этот процессор основывается на 45-нм ядре Bloomfiled, которое, пожалуй, следует отнести к первой версией воплощения Nehalem «в кремнии». Core i7-950, как и другие процессоры для LGA1366 (за исключением новейшего Core i7-980X), имеет четыре вычислительных ядра, встроенный трёхканальный контроллер памяти и контроллер шины QPI, по которой происходит общение с набором системной логики. Следует отметить, что, в отличие от LGA1156-систем, в платформе LGA1366 контроллер графической шины PCI Express находится в более традиционном месте - северном мосту чипсета, а не в процессоре.
Если же говорить конкретно о Core i7-950, то этот процессор имеет номинальную тактовую частоту 3,07 ГГц, но благодаря технологии Turbo Boost при неполной нагрузке может разгоняться до 3,33 ГГц. Поддерживается процессором и технология Hyper-Threading. Каждое из четырёх ядер имеет собственный L2-кэш объёмом 256 Кбайт, размер же разделяемого между ядрами L3 кэша равен 8 Мбайтам.
Сразу же бросается в глаза, что напряжение нашего тестового Core i7-950 установлено равным 1,2 В, что выше, чем напряжение аналогичного с точки зрения микроархитектуры Core i7-860. Выше оказалось и напряжение встроенного в процессор северного моста: 1,2 В вместо 1,1 В. И эти отличия не случайны: установленная Intel для LGA1366-процессоров величина типичного тепловыделения равна 130, а не 95 Вт, так что производитель явно принимает во внимание более высокие напряжения. Естественно, это отражается и на энергопотреблении LGA1366-систем. При работе в штатном режиме в системе с Core i7-950 было зафиксировано потребление на уровне 190 Вт, что позволяет отнести платформы LGA1366 к наиболее «прожорливым» конфигурациям.
Несмотря на столь высокое потребление и тепловыделение Core i7-950 отнёсся к разгону весьма благосклонно. Мы смогли добиться устойчивой работы этого процессора на частоте 4,2 ГГц, причём до частоты 3,6 ГГц он разогнался вообще без повышения каких-либо напряжений. Для построения графиков зависимостей энергопотребления и токов от частоты, как и ранее, была проведена серия измерений с шагом 200 МГц. Установки параметров при снятии показателей приводятся в таблице.
Заметьте: коэффициент умножения у Core i7-950 зафиксирован, поэтому разгон выполняется путём увеличения частоты базового тактового генератора. Однако благодаря технологии Turbo Boost существует возможность установки множителя, на единицу превышающего штатный.
Зависимость энергопотребления системы от частоты при полной загрузке процессора, обеспечиваемой утилитой LinX, имеет характерные очертания.
Надо сказать, что LGA1366-платформу отличает высокое потребление не только в штатном режиме. При разгоне ситуация сильно усугубляется, что, впрочем, не является никакой неожиданностью, так как для достижения стабильности на высоких частотах приходится увеличивать процессорные напряжения питания. В результате, работая на частоте 4,2 ГГц, Core i7-950 потребляет на 127 Вт больше, чем в штатном режиме. Причём следует заметить, что при тестировании в разгоне мы изменяли только параметры работы процессора, так что почти весь прирост энергопотребления следует отнести именно на его счёт.
В подтверждение этого можно привести и график изменения токов, поступающих на материнскую плату.
Ток, проходящий по выделенной на процессор 12-вольтовой линии питания, при разгоне увеличивается более чем вдвое. При этом не следует забывать, что часть питания, потребляемого встроенным северным мостом, процессор забирает с материнской платы, так что рост потребления по 5-вольтовой линии следует, по всей видимости, отнести также на его счёт. И кстати, как бы катастрофически не выглядело увеличение потребление разогнанного 4,2-гигагерцового Core i7-950, до частоты 3,8 ГГц токи по линиям питания растут не столь рьяно. Так что и при разгоне в LGA1366-системе основной прирост энергопотребления происходит лишь тогда, когда дело доходит до увеличения напряжений.
Энергопотребление в реальных приложениях
После знакомства с теми процессорами, которые мы выбрали для проведения тестов, и с особенностями поведения их потребления при разгоне, мы переходим ко второй части тестов - измерению энергопотреблению систем во время реальной работы. Тестирование производилось в нескольких типичных состояниях:
Состояние покоя, в котором находится тестовая система при отсутствии возлагаемой на неё нагрузки. В данном случае задействуются энергосберегающие технологии, поэтому реальное энергопотребление процессора оказывается минимальным.
Состояние максимальной процессорной нагрузки. В данном состоянии все процессорные ядра загружаются работой по максимуму, для чего используется пакет Linpack 64-bit в оболочке LinX 0.6.4.
Состояние максимальной нагрузки на систему целиком. В паре с утилитой LinX 0.6.4, генерирующей максимальную процессорную загрузку, запускается тест Furmark 1.8.0, один из режимов которого предназначается для стресс-тестирования графической подсистемы.
Работа в графическом редакторе. В этом состоянии на тестовой платформе запускался графический редактор Adobe Photoshop CS4, в котором выполнялся заскриптованный процесс ретуширования нескольких 10-мегапиксельных фотографий.
Двухпроходное перекодирование HD MPEG2 видео-ролика в разрешении 1280х720 с битрейтом 4Мбит/с в формат H.264 при использовании кодека x264.
Финальный рендеринг 3D-модели в Autodesk 3ds max 2010 в разрешении 1920х1080.
Игровая нагрузка, для создания которой мы в течение примерно пяти минут играли в популярный трёхмерный шутер Far Cry 2. Игра запускалась в разрешении 1920x1200 с 4xAA при максимальных настройках качества.
Каждый из тестовых процессоров мы подвергли испытаниям в трёх наиболее интересных режимах:
В штатном режиме, когда процессор работает на номинальной частоте, активированы все энергосберегающие технологии, а для процессоров с микроархитектурой Nehalem - и технология Turbo Boost;
При разгоне без поднятия напряжения питания. Как показали наши предварительные прикидки, именно такой разгон оказывается наиболее интересным для тех энтузиастов, которые задумываются не только о достижении максимальной производительности, но и беспокоятся об экономии электроэнергии.
Максимальный разгон, достижимый при использовании воздушной системы охлаждения и сравнительно безопасном повышении напряжения порядка 0,1-0,2 В.
Следует отметить, что при разгоне процессоров для проведения этой серии тестов, мы пользовались исключительно увеличением частоты тактового генератора, и оставляли процессорный множитель в значении по умолчанию. Необходимость именно такого подхода к разгону обуславливается тем, что при принудительной установке множителя исключается возможность работы технологий Enhanced Intel SpeedStep и Cool’n’Quiet, в основе которых лежит интерактивное изменение множителя. По аналогичным причинам при установке процессорных напряжений мы использовали опции относительного, а не абсолютного изменения этих величин - в этом случае энергосберегающие технологии сохраняют возможность снижения питающего напряжения при простое CPU. Для участвовавших в тестировании процессоров Core i3 и Core i7 в разгоне отключалась технология Turbo Boost, поскольку, как известно из наших предыдущих исследований, она снижает максимальную стабильную частоту, на которой могут функционировать процессоры.
В итоге, при тестировании энергопотребления систем в реальных задачах мы использовали наборы установок, приведённые в таблице.
На диаграммах ниже, если не указано иное, приведены усреднённые значения энергопотребления полной системы (включающей материнскую плату, процессор, память, видеокарту, жёсткий диск и процессорный кулер с вентилятором) при том или ином типе нагрузки на тестовые системы.
Состояние простоя
Энергопотребление системы во время простоя без нагрузки представляет интерес в первую очередь потому, что современные компьютеры находятся в таком режиме достаточно продолжительное время. Например, в данный момент, когда вы читаете эту статью, если на экран не попадают flash-баннеры, система, скорее всего, находится именно в таком состоянии. Большинство времени компьютер простаивает и при работе в тех приложениях, где какие-то события происходят только в ответ на действия пользователя. Типичным примером таких приложений являются, в частности, офисные пакеты. Иными словами, пусть потребление системы в моменты бездействия никоим образом не определяет требования к системе охлаждения и к блоку питания, но зато оно прямо влияет на суммы, наблюдаемые в счетах за электроэнергию.
Если не принимать во внимание разгон процессора, то с точки зрения экономичности в режиме простоя вырисовывается достаточно прозрачная зависимость. Наименьшее энергопотребление демонстрируют системы с процессорными разъёмами LGA775 и LGA1156, немного худший результат могут предложить платформы на процессорах AMD, но система, базирующаяся на дорогом LGA1366-процессоре, переплёвывает их результаты более чем в полтора раза. В целом, это же соотношение результатов сохраняется и при разгоне. Особым образом себя ведут только четырёхъядерные процессоры с микроархитектурой Nehalem: Core i7-950 и Core i7-860. Энергопотребление платформ на их основе, измеренное без нагрузки, увеличивается при разгоне несколько сильнее, чем во всех остальных случаях.
Редактирование изображений
Создаваемая при редактировании изображений в Photoshop нагрузка интересна с точки зрения тестирования энергопотребления в первую очередь своей разнородностью. Фильтры и операции, которые используются для ретуши цифровых фотографий, оптимизированы под многоядерные процессоры совершенно по-разному, а кроме того, с совершенно различной интенсивностью загружают шину памяти. Поэтому, загрузка вычислительных ядер и системы в целом во время работы с этим графическим редактором сильно скачет, что инициирует не только систематические переходы процессорных ядер в различные энергосберегающие состояния, но и постоянную работу Turbo Boost у процессоров Intel с поддержкой этой технологии.
При нагрузке такого типа энергопотребление остаётся сравнительно невысоким. Даже разогнанные системы с процессорами верхней ценовой категории не вылезают за границу в 200 Вт. Самый же лучший с точки зрения экономии электроэнергии результат показывает платформа, основанная на процессоре семейства Clarkdale. Это и неудивительно, ведь для производства таких CPU используется самая современная технология с 32-нм нормами. Впрочем, не следует забывать, что двухъядерные процессоры не могут соперничать с точки зрения производительности с процессорами четырёхъядерными. Так что, одновременно с Core i3-540, внимание следует обратить и на Core 2 Quad, который может похвастать низким энергопотреблением при разгоне, несмотря на наличие четырёх вычислительных ядер.
Перекодирование видео
Как известно из тестов производительности, перекодирование видео относится к тем видам нагрузки, которая хорошо масштабируется с ростом числа вычислительных ядер в системе. Более того, характер этой нагрузки таков, что она провоцирует достаточно серьёзный нагрев и энергопотребление CPU.
Учитывая сказанное, совершенно неудивительно, что потребление разогнанных систем существенно превышает потребление систем неразогнанных. В предварительных тестах потребления при полной нагрузке мы видели, что при разгоне ток, требуемый CPU, может возрастать более чем вдвое. Поэтому прирост потребления на уровне 30-40 Вт всего лишь от увеличения частоты CPU с небольшой коррекцией его напряжения питания - это вполне нормально. Выпадают же из этой картины лишь четырёхъядерные Nehalem: Core i7-860 и Core i7-950. В системах, базирующихся на этих CPU, разгон вызывает куда более значительное увеличение энергопотребления, достигающее 80-90 Вт.
Рендеринг
С точки зрения процессорной нагрузки финальный рендеринг в пакетах трёхмерного моделирования похож на перекодирование видео. Эта задача также хорошо распараллеливается и также достаточно сильно загружает процессор, заставляя его энергопотребление и тепловыделение приближаться к предельным значениям.
Вполне закономерно, что полученные при измерении потребления результаты очень похожи на те, что наблюдались во время перекодирования видео. Отметить стоит разве только то, что в данном случае энергопотребление оказывается всё-таки немного ниже, чем в предыдущих тестах.
Проведённые нами предварительные тесты показали, что существенное увеличение энергопотребления при разгоне возникает лишь в том случае, когда для достижения стабильности работы системы приходится прибегать к увеличению напряжений питания на процессоре. В данном случае мы видим подтверждение этого вывода на примерах из реальной жизни. Разгоняя процессор при сохранении штатного напряжения, мы прибавляем к энергопотреблению системы максимум 10 Вт. При попытках же выжать из процессора максимум по частоте, сопровождаемых установкой повышенных напряжений Vcore и Vtt, рост полного энергопотребления системы может легко достигать несколько десятков ватт. Причём, наибольшее увеличение прожорливости наблюдается, как ни удивительно, у процессоров с большим числом процессорных ядер, среди которых особенно «жадными» оказываются Core i7-860 и Core i7-950, относящиеся к поколению Nehalem.
3D-игры
До сих пор мы рассматривали приложения, создающие нагрузку в первую очередь на процессор, но не на видеоподсистему. Конечно, видеокарта использовалась для вывода изображения, но речь шла лишь о работе в 2D-режиме, в котором использовавшийся нами ускоритель ATI Radeon HD 5870 ведёт себя чрезвычайно экономично, потребляя не более 25 Вт . Другое дело - работа тестовых систем в 3D, где существенный вклад в итоговое энергопотребление системы вносит не только центральный, но и графический процессор. Именно для проверки того, насколько сильное влияние оказывает разгон на потребление геймерских систем, мы и включили в тесты популярный 3D-шутер.
Среднее энергопотребление процессора по сравнению с рендерингом или кодированием видео тут значительно ниже. Зато существенно выше потребление видеокарты. Результат такого перераспределения - уменьшение относительного влияния разгона CPU на итоговые показатели энергопотребления. Да, разогнанные геймерские системы в играх требуют электроэнергии больше. Но при сравнении полученных данных между собой выясняется, что даже увеличение напряжений питания процессора вносит не более чем 20-процентный вклад в общее энергопотребление под игровой нагрузкой. В целом же, среднее потребление разогнанных систем (с одной современной видеокартой) в процессе игры оказывается порядка 200-250 Вт.
Приложения вроде систем трёхмерного моделирования или программы для перекодирования и редактирования видео, безусловно, создают высокую процессорную нагрузку. Однако в природе существуют и более «тяжёлые» для CPU задачи. Примером такой задачи является Linpack –программная библиотека для решения систем линейных алгебраических уравнений. На её базе создана тестовая утилита LinX, используемая нами для создания нами наиболее высокой (с энергетической точки зрения) процессорной нагрузки.
Потребление в этом тесте, действительно, оказывается сравнительно высоким. Так, разогнанные системы, основанные на наименее экономичных четырёхъядерных процессорах Phenom II X4 965, Core i7-860 и Core i7-950 демонстрируют энергопотребление на уровне 250-350 Вт. И это - очень большие числа, выглядящие особенно внушительно на фоне 100-ваттного энергопотребления неразогнанных платформ, использующих двухъядерные процессоры Core i3-540 и Core 2 Duo E7600.
Результаты, полученные в LinX, высоки, однако это всё ещё не максимальное энергопотребление, поскольку эта утилита загружает работой лишь процессор. Чтобы параллельно с CPU создать нагрузку и на GPU, одновременно с LinX мы использовали ещё один графический тест, Furmark, вызывающий резкое повышение энергопотребления видеокарты - больше, чем в любых существующих реальных играх. Усреднённые показатели энергопотребления в таком искусственно созданном окружении выглядят так.
Всем привет Значит поговорим мы сегодня о таком, как TDP, я постараюсь рассказать так, чтобы вам было все сразу понятно, грузить непонятными словами не буду. В принципе что TDP процессора, что видеокарты, означает примерно одно и тоже, а именно это насколько греется устройство и сколько потребляет мощности. Но эти показатели неточные, а просто примерные, теоретические так бы сказать.
То есть если вот например мне скажут, что видеокарта потребляет 200 Ватт в пиковой нагрузке, то в большинстве случаев это именно игровая видеокарта, она прилично греется, и на ней стоит приличная система охлаждения. То есть значение TDP дает примерно понять насколько серьезная видюха или проц. Чем больше этот показатель, тем серьезнее и мощнее устройство.
Однако с видюхами немного иначе, ну я в плане значений. Видюхи могут потреблять и 300 Ватт при пиковой загрузке, хотя, думаю что сейчас есть и помощнее видюхи. А вот процессоры могут потреблять, ну максимум 140 Ватт. Это самые производительные модели для домашнего компа, выше, просто нет смысла. Да и не то чтобы смысла нет, те процессоры созданы вообще не для игр, а для еще более сильных нагрузок, ну вот например серверные задачи. Но это все относится к процессорам Intel, у AMD топовые и самые мощные процессоры для дома могут потреблять и 200 Ватт. Ну может чуточку больше. Но процы на 300 Ватт от AMD вроде бы пока нет. Но все это я имею ввиду БЕЗ разгона, с ним же значение TDP разумеется возрастет!
Так что когда вы покупаете процессор или уже купили и думаете нормально ли он охлаждается, то смотрите на его TDP. Вот у меня процессор Intel Pentium G3220, тут TDP равно 53 Ватт. Это совсем немного, такой процессор не требует какого-то особого охлаждения, а если поставить большой радиатор, то может вообще работать без вентилятор. Да и мощные процессоры Intel, тоже не имеют особо высокий TDP. Ну вот например на сокете 1150 Intel Core i7 имеет TDP в 84 Ватт. Это не так много, как было у старых процессоров Intel, там доходило и до 130 Ватт (например модель Pentium D965).
С видеокартами примерно также, только как я уже писал, топовые вюдюхи потребляют больше, чем топовые процессоры. Но напомню, что все это касается пиковой нагрузки. Хотя обычно вюдюху стараются нагрузить полностью, ну чтобы картинка была хорошая, то топовый процессор часто не на всю мощь работает, ну потому что его и так хватает. Особенно если топовый процессор идет на 2011-3 сокете, там очень мощные процы, все таки новая платформа, у которой ставка сделана на многоядерность
Теперь о том, как узнать TDP. Тут ничего сложного нет, TDP процессора лучше всего узнавать или через интернет, ну там ввести модель и все такое, или же при помощи программы CPU-Z. Это бесплатная прога и скачать ее в интернете несложно. Вот что она показывает про мой проц:
Вот видите там есть такое как MAX TDP, ну вот там и можно узнать какое у вас значение TDP. Помимо этого можно узнать и модель и количество ядер (Cores), количество потоков (Threads). В общем полезная прога, это факт
А вот о том как узнать TDP видеокарты, то тут мне пришлось немного попыхтеть. Я то таким вопросом никогда не интересовался и оказался немного в затруднительном положении. Дело в том, что программы, которая показывает TDP видеокарты, попросту нет. Хотя я думал что утилита TechPowerUp GPU-Z такую инфу показывает, но увы.
Даже когда я воспользовался старым трюком по поводу узнавания TDP, то ничего не вышло. Чтобы узнать TDP проца, то я раньше просто вбивал в поиск модель проца и слово TDP, ну и в результатах легко находил ответ. Однако с видюхой такое не прошло. Но зато другое получилось. Вам нужно в поисковик вбить модель видюхи и слово характеристики, и вот тогда вам будут показаны сайты с характеристиками вашей видюхи, среди которых часто есть и значение TDP.
Вот я вбил в Гугл такую фразу:
Asus PCI-Ex GeForce GTX 750 Ti Strix характеристики
И в результатах был такой сайт как Никс ру:
Это известный сайт по железкам, там ну очень много ценной инфы есть! И на нем есть характеристики почти всех устройств! То есть если вы по своей модели в результатах Гугла видите этот сайт, то переходите, там инфа точная и ее много. Ну я и перешел, в итоге очень быстро узнал TDP (потребление энергии):
Это самый лучший вариант чтобы узнать такую инфу. Но очень странно, что нет такой проги, которая показывает TDP видеокарты. Ну или есть, но я ее увы, найти не смог…
На этом все ребята, надеюсь что все тут понятно написал вам. Удачи вам и хорошего настроения
На главную! видеокарта процессор 01.09.2016
virtmachine.ru
Что значит TDP в процессорах
Значение TDP в маркировке процессоров
TDP (thermal design power) – данный термин говорит о том, на какую мощность должна быть рассчитана система охлаждения процессора. Например, если показатель TDP равен 10 Вт, то это говорит о том, что система охлаждения процессора должна быть рассчитана отводить минимум 10 Вт тепловой энергии в стандартных рабочих условиях.
Очень важно понимать, что показатель TDP не показывает величину теплового энергии, выделяемой при работе процессора, а говорит о требованиях к системе охлаждения процессора.
Показатель TDP рассчитывается при соблюдении нескольких условий, одно из них – определенные условия окружающей среды (температура, влажность, среда). При несоответствии этим условиям, система охлаждения процессора может не справляться с повышенным количеством тепловой энергии, возникающей при работе процессора. В такой ситуации, современные процессоры способны подавать предупреждающие команды, либо переключаться на работу в менее производительном режиме.
windows-gadjet.ru
Новости по тегу tdp, страница 1 из 1
Быстрый переход
← В прошлое
02.06.2017 , Иван Грудцын
Благодаря присутствию на Computex 2017 большого количества журналистов и общительности представителей компаний засекреченная информация о готовящихся продуктах становится достоянием общественности. Репортёрам ресурса PC Games Hardware удалось узнать некоторые подробности о перспективных процессорах AMD Ryzen Threadripper, совместимых с 4094-контактным разъёмом TR4 и чипсетом X399.
ASRock X399 Taichi: огромное гнездо CPU и восемь слотов DIMM DDR4
По информации немецкого источника, выход дебютных моделей Ryzen Threadripper запланирован на август. Большой задержки быть не должно, поскольку первые процессоры TR4 будут построены на тех же восьмиядерных 14-нм кристаллах Zeppelin, что и более скромные CPU Ryzen 7 и Ryzen 5. Разница заключается в том, что этих самых Zeppelin у Ryzen Threadripper вдвое больше (всего 2 модуля, 16 ядер и 32 потока).
С поддержкой скоростных планок оперативной памяти, имеющих частоту более 2666 МГц, у процессоров Ryzen AM4 поначалу были определённые проблемы, но они уже практически решены, и архитектурно похожие чипы Ryzen Threadripper TR4 должны работать с большинством модулей DDR4-3200. Функции чипсета AMD X399 пока точно не определены. Он может быть как копией микросхемы X370 для платформы AM4, так и самостоятельным продуктом с расширенной функциональностью.
Самой интересной деталью заметки PC Games Hardware о Ryzen Threadripper стало сообщение о более высоком тепловыделении старшей 16-ядерной модели, чем ожидалось ранее. Утверждается, что уровень TDP флагманского CPU (а возможно и не только его) составит 180 Вт, то есть почти вдвое больше, чем у Ryzen AM4. Ввиду того что топовый восьмиядерный процессор Summit Ridge на деле оказался «прожорливее» 140-ваттного Core i7-6950X, желающим приобрести Ryzen Threadripper можно смело прицениваться к СЖО, не надеясь ограничиться воздушным кулером. Напомним, что TDP потенциального флагмана рынка настольных CPU Intel Core i9-7980XE (Skylake-E, LGA2066), скорее всего, составит 165 Вт.
В AMD решились на выпуск процессоров с высоким тепловыделением ради того, чтобы повысить их частоты примерно до уровня Ryzen AM4. И дело здесь не только в общем быстродействии, но и в производительности на одно ядро, необходимой, в частности, для игр. Предварительно, процессоры Ryzen Threadripper будут тактоваться на 3,4–3,6 ГГц в номинальном режиме, а их частоты «boost + XFR» в среднем составят 4 ГГц.
19.09.2014 , Алексей Степин
Финальная документация, сопровождающая анонс новых графических карт NVIDIA, содержит скорректированные данные по уровню тепловыделения. Для GeForce GTX 980 этот показатель заявлен на уровне 165 ватт. Но некоторые обозреватели полагают, что компания невольно или сознательно занижает TDP для старшей модели нового семейства.
В доказательство приводится следующий слайд, где GeForce GTX 980 под нагрузкой потребляет 277 ватт, что на 12 ватт больше показателя GeForce GTX 680.
Не стоит принимать это обвинение всерьёз: во-первых, архитектура Maxwell обладает лучшей энергоэффективностью, нежели Kepler, а во-вторых, сами данные, полученные, судя по заголовку слайда, китайскими энтузиастами не вызывают особого доверия. Замеры уровня энергопотребления комплектующих - дело довольно тонкое и требующее знаний, а также соответствующего оборудования и отработанной методики. Конечно, можно приобрести на alibaba.com бытовой ваттметр стоимостью, в лучшем случае, $10 и измерять потребление всей системы «от розетки», вот только ценность полученных таким способом данных будет околонулевой. Даже если ваттметр качественный, интерпретация полученных на нём результатов крайне неудобна и в них легко может закрасться солидная неточность.
Переходник для измерения нагрузки на линии питания слота PCIe
Корректная процедура измерений состоит в подключении в разрыв силовых цепей графической карты (включая цепи +3,3 и +5 вольт в PCIe) специальной измерительной платы с токовыми датчиками и последующем снятии данных в различных тестовых сценариях, от «настольного» до «тяжёлых игр» и экстремальных тестов, вроде OCCT GPU. Существуют и специальные выносные токовые датчики, которые позволяют не разрезать кабеля питания для подключения к плате. Впрочем, для измерения нагрузки на слот PCI Express специальный переходник всё равно нужен.
Токовые датчики типа «клещи» могут упростить процедуру тестирования
Надо добавить, что для надёжности исследуемую карту следует прогонять через каждый сценарий не менее трёх раз. Только тогда полученные данные можно будет признать достоверными и не оставляющими пространства для спекуляций. И вместе с финальными цифрами имеет смысл приводить и графики измерений, поскольку на них будет хорошо видна работа технологий энергосбережения AMD PowerTune или NVIDIA GPU Boost.
Один из вариантов описанных измерительных плат
Иными словами, обвинения NVIDIA в искажении технических характеристик своих продуктов могут обрести силу только в том случае, если они будут подтверждены тщательной проверкой с соблюдением всех необходимых процедур измерения.
06.06.2014 , Сергей Карасёв
Процессоры Skylake, которые корпорация Intel планирует вывести на рынок во второй половине 2015 года, продолжают обрастать подробностями.
14-нанометровые изделия Skylake придут на смену Broadwell, с которыми будут некоторое время сосуществовать. На днях сообщалось, что для работы с чипами Skylake потребуется материнская плата с разъёмом LGA 1151 на наборе системной логики Intel 100-Series, в частности Z170. Процессоры будут поддерживать оперативную память DDR3 и DDR4.
Теперь стало известно, что конструкция Skylake не предполагает наличие встроенного регулятора напряжения, который присутствует в чипах Haswell. Чем объясняется такое изменение, пока не ясно.
Кроме того, появились данные о максимальном значении рассеиваемой тепловой энергии (TDP) изделий Skylake семейств DT, H-Series, U-Series и Y-Series. Сообщается, что в линейку Skylake DT войдут решения с двумя и четырьмя вычислительными ядрами, а также графикой GT4e и GT2. Показатель TDP составит 35, 65 или 95 Вт.
Семейство H-Series, по имеющимся данным, будет включать четырёхъядерные модели с графикой GT4e и GT2 и величиной TDP в 45, 55, 65 и 95 Вт. Для изделий U-Series с двумя ядрами предусмотрено использование графики GT3e или GT2; максимальное значение рассеиваемой тепловой энергии - 15 или 25 Вт. Наконец, в семейство Skylake Y-Series войдут двухъядерные модели с графикой GT2 и показателем TDP в 4,5 Вт.
15.09.2011 , Константин Ходаковский
На выставке Computex в июне Intel сообщила, что её мобильные процессоры следующего поколения Ivy Bridge будет поддерживать технологию настраиваемого максимального уровня тепловыделения (Configurable TDP, cTDP), однако только сейчас компания поделилась подробностями.
Новая технология позволит чипам Ivy Bridge повышать стандартное максимальное значение TDP с помощью увеличения частоты вычислительных блоков, в зависимости от возложенной на ядра нагрузки и доступной системы охлаждения. То есть, если ноутбук обнаружит, что он подключён к внешнему питанию, док-станции или находится в режиме активного охлаждения, то центральный процессор начнёт вести себя как более мощный вариант, превышая стандартный максимальный уровень тепловыделения.
Инженерный образец Intel Ivy Bridge
Судя по информации, полученной ресурсом AnandTech от Intel, энергоэффективные чипы Ivy Bridge серии ULV (ultra-low voltage) будут иметь три рейтинга TDP. Первый номинальный будет соответствовать ULV-процессорам Sandy Bridge (17 Вт); в дополнение к нему появится пониженный настраиваемый TDP (cTDP down - 13 Вт) и повышенный настраиваемый TDP (cTDP up - 33 Вт).
cTDP down призван значительно увеличить время автономной работы ноутбука, тогда как cTDP up обеспечит повышенную производительность при подключении к док-станции с усиленным охлаждением.
Кроме интеграции технологии в процессорах ULV, корпорация также собирается обеспечить поддержкой настраиваемого TDP свои мобильные чипы Ivy Bridge серии Extreme Edition, которые будут способны переключаться с номинального уровня TDP в 55 Вт на режимы 65 Вт или 45 Вт.
Процессоры Intel Ivy Bridge являются улучшенной 22-нм версией архитектуры Sandy Bridge и обладают более мощной графикой с поддержкой DirectX 11, увеличенной производительностью AVX, интегрированным контроллером PCI Express 3.0 и родной поддержкой USB 3.0 благодаря чипсетам Panther Point. Их выход ожидается в апреле-мае 2012 года.
Материалы по теме:
Источник:
25.06.2010 , Александр Шеметов
Довольно немного пока известно о производительности и технических характеристиках чипов семейства Fusion, которые AMD называет ускоренными процессорами (APU). Первые решения Fusion объединяют на одном кристалле вычислительные ядра x86, графический ускоритель и контроллер памяти DDR3. На базе архитектуры Bobcat ребята из AMD предложат процессоры Llano и Ontario. Первые найдут место в настольных ПК и ноутбуках, а вторые в планшетах и нетбуках.
Тепловой пакет (TDP) экономичных процессоров Ontario не превысит 9 Вт, говорят журналисты ресурса Guru3D.com. При этом они указывают, что это справедливо для Fusion с активным графическим ядром. Сравнивать этот показатель с возможностями Intel Atom пока рано. Мы даже не знаем, сколько вычислительных ядер в чипе Ontario. Одно можно сказать, графическая подсистема этих экономичных процессоров должна значительно выигрывать в производительности у Atom.
Выпуск первых процессоров AMD Fusion намечен на начало 2011 года.
Материалы по теме:
Источник:
16.02.2010 , Александр Шеметов Учитывая то, что появление первых процессоров поколения Sandy Bridge предвидится не ранее первого квартала 2011 года, нам о них уже достаточно много известно. У нас есть изображение ядра, мы знаем, что графика будет встроена в кристалл процессора. Некоторые утверждают о двукратном преимуществе IGP Sandy Bridge над Intel GMA HD (Westmere). Также в рамках этой архитектуры мы увидим только двухъядерные или четырехъядерные процессоры. Об их уровне потребляемой мощности заговорил на страницах своего ресурса Фуад Абазович (Fuad Abazovic). Итак, 32-нм монолитные чипы Sandy Bridge окажутся более экономичными по сравнению с Clarkdale и Lynfield.
| TDP. Два ядра, Вт | ||||
| TDP. Четыре ядра, Вт |
Довольно часто в технической периодике упоминаются такие характеристики процессоров, как TDP, температура кристалла, максимальная рассеиваемая мощность и т. д. Однако широкая публика недостаточно проинформирована о том, что означает каждый термин и как его трактовать, в обзорах порой появляются не совсем правильные толкования тех или иных результатов и, соответственно, ошибочные выводы. В статье рассмотрены вопросы тепловыделения на примере процессоров Intel, а также некоторые особенности CPU следующих поколений.
Как известно, у каждой сущности есть две крайности. Применительно к микропроцессорам это производительность и энергопотребление, причем первый параметр нам знаком лучше, так как ему в прессе уделяется наибольшее внимание, а о втором рядовой пользователь ПК осведомлен значительно меньше. Знания же эти делятся на две час-ти - эмпирические и теоретические, при этом вторые чаще всего сводятся к знакомству с загадочной аббревиатурой TDP (Thermal Design Point или Thermal Design Power) и соответствующей единицей измерения - ватт. Термин TDP не имеет устоявшегося русскоязычного эквивалента, его можно перевести как «термальная проектная мощность» процессора. Понятием TDP чаще всего пользуются для того, чтобы охарактеризовать термальные (тепловые) показатели микропроцессора (его «горячесть»: чем меньше, тем лучше), и при прочих равных условиях процессору с низким TDP отдается предпочтение. Кроме того, данный показатель служит еще одной цели - устрашению потребителя. Мол, этот процессор рассеивает «много ватт», поэтому его применение в домашних или офисных условиях невозможно.
Как будет видно далее, все определяется не величиной этой мощности, а тем, насколько эффективно мы можем ее рассеивать. Эмпирическую оценку пользователь ПК получает «на слух» - компьютер шумит (что чаще всего связывают с системой охлаждения процессора), или же визуально - через BIOS либо с помощью ПО, поставляемого производителем материнской платы. К сожалению, этим характеристикам обозреватели обычно не уделяют должного внимания, а именно: не просто упоминанию значений температуры в тех или иных местах платы, а их правильному толкованию. К примеру, если пользователь ПК наблюдает в показаниях утилиты температуру процессора в 100 °С, отчаиваться не стоит - на самом деле она гораздо ниже. При столь высокой температуре процессор просто не смог бы функционировать, так как в случае перегрева, каковым и является данное значение, CPU просто остановится. А это означает, что подобная температура не может быть достигнута даже теоретически.
Собственно, главная цель предлагаемого материала - разъяснить, что же скрывается под упомянутыми характеристиками и как их нужно правильно понимать и использовать. Все дальнейшие рассуждения относятся исключительно к микропроцессорам Intel.
Прежде всего напомним некоторые принципы энергообеспечения микропроцессоров и основы термодинамики, чтобы дать представление о круге задач, решаемых производителем.
Микропроцессор Intel снабжается энергией от источника VRD (Voltage Regulator Down), многим известного как преобразователь напряжения. Он преобразует напряжение 12 В в требуемое для питания процессора - около 1,5 В и менее (Vcc - Voltage CPU Сore, напряжение питания ядра процессора). При этом происходит преобразование напряжения питания на шине 12 В с током 16 А (192 Вт), как указано на блоке питания, в напряжение питания 1,5 В, но током в 100 А (данные цифры приводятся исключительно для упрощения математических расчетов). В такой ситуации, конечно, происходит потеря части мощности (в нашем случае это, к примеру, 42 Вт), поскольку преобразователь имеет КПД менее 100%. Итоговый ток в 100 А поступает на процессор по нескольким сотням ножек - в технической документации можно с удивлением обнаружить, что большинство контактов сокета LGA775 задействованы под питание процессора и заземление.
Значение этой части мощности довольно высоко. Процессор с частотой ядра в 3 GHz рассеивает меньше, чем CPU с частотой 3,4 GHz, но оба они попадают под TDP 95 Вт! О самом параметре TDP мы поговорим чуть ниже, главное пока - понять, что максимальная рассеиваемая процессором мощность - не то же самое, что параметр TDP.
Мощность, покидающая процессор, превращается в тепло, которое для уравнивания теплового баланса должно переместиться в другое место. Если бы возможность отвода этого тепла от процессора не была предусмотрена, то температура CPU стремительно возросла бы и он вышел бы из строя. Поэтому тепло, сгенерированное процессором (его кристаллом), нужно отвести подальше от микросхемы и потратить на абсолютно бесполезную вещь - нагрев воздуха в комнате. Для этого был придуман Fan Heatsink Solution, или активная система охлаждения. Современная конструкция изображена на рисунке (вентилятор там не показан). Тепло, выделяемое кристаллом процессора (на рисунке - темно-зеленого цвета), выводится из него в следующем порядке: сначала проходит через теплопроводящий материал микросхемы, затем попадает на металлическую крышку распределителя (основное назначение которой - не механическая защита кристалла, как многие полагают, а равномерное распределение тепла, рассеиваемого кристаллом микропроцессора). После этого оно перемещается на так называемый теплопроводящий материал, который нанесен на подошву радиатора и имеет разные кристаллические фазы в зависимости от температуры (поэтому никогда не пытайтесь снять теплоотвод с процессора без предварительного включения ПК на 10-15 мин, иначе можно просто вырвать процессор из сокета, особенно при использовании Socket 478). Далее тепло поступает на радиатор и при помощи обдува вентилятором выходит за пределы конструкции.
Еще раз напомним, что главная задача этой конструкции - отвести тепло от микропроцессора и развеять его в окружающем пространстве. На этом пути нас ожидают определенные трудности, и основная из них связана с обеспечением термальной эффективности устройства. Оно представляет собой «слоеный пирог», каждый слой которого может как помочь, так и навредить. Любой материал имеет свою характеристику теплового сопротивления или, в терминологии Intel - термальную эффективность (в документации на процессор - параметр Ψ). Это означает, что он будет нагреваться, а в итоге тепло может вернуться на кристалл процессора. Тепловое сопротивление измеряется в °C/Вт (чем меньше, тем лучше) и показывает, что при прохождении через материал тепловой мощности в 1 Вт температура материала поднимется на эту величину. Например, при прохождении одного ватта тепловой мощности через материал радиатора с параметром Ψ = 0,3 °С/ Вт его температура повысится на 0,3 °С, при 100 Вт тепловой мощности нагрев составит уже 30 °С. Добавив к этому значению температуру окружающей среды в 40 °С, без особых усилий получим целых 70 °С! А это значит, что рано или поздно нагреется и процессор, чего мы как раз и хотим избежать, или, по крайней мере, минимизировать.
Автор пытался оценить качество термопаст, распространенных на отечественном рынке, - оно не выдерживает критики. Во всех случаях их использование приводило к тому, что частота вращения вентилятора теплоотвода процессора была на 200-300 оборотов больше, чем для теплопроводящего материала от Intel. Причина этого - высокое значение теплового сопротивления. Конечно, Intel не выпускает такой материал для своих «коробочных» изделий самостоятельно, но при выборе поставщика проводится тщательный анализ по соотношению цена/производительность. Материалы с самыми хорошими характеристиками стоят дорого, та же закономерность свойственна и для радиаторов. Можно сделать его целиком медным и с огромной площадью рассеивающей поверхности, но он выйдет тяжелым, громоздким и дорогим. Можно использовать дополнительный вентилятор, воздушный поток от которого будет «сдувать» тепло с поверхности радиатора - дешево, но шумно. Есть и другие экзотические способы - например водяное охлаждение, криогенные установки. Они более эффективны, но в массовое производство вряд ли попадут из-за высокой цены и низкой надежности.
Поэтому Intel использует ряд технических решений, в итоге дающих оптимальный баланс. Поиск оптимального решения для охлаждения - это всегда компромисс между стоимостью, эффективностью и надежностью. Общий термальный показатель теплоотвода является суммой тепловых сопротивлений каждого из элементов нашего «пирога», которые встречаются на пути движения тепловой мощности. И каждый элемент может существенно влиять на итоговую интегральную характеристику термальной эффективности теплоотвода.
Подробнее о TDP
TDP - величина, которая применяется для расчета термальной эффективности системы охлаждения. Широко распространенное мнение о том, что TDP определяет максимальную рассеиваемую мощность процессора Intel, в корне неправильно.
Как же используется TDP? Входными данными для расчета тепловой эффективности системы охлаждения (и в итоге разработки ее дизайна) являются значение TDP и максимальная рабочая температура кристалла T case max . Она измеряется в точке T case (см. рис.) - геометрическом центре на поверхности крышки распределителя тепла (обратите внимание: T case - это не температура кристалла, как ошибочно считается). В качестве примера рассмотрим значение TDP в 95 Вт, которое сегодня применяется для расчета систем охлаждения приблизительно у 90% настольных процессоров Intel. Tcasemax для них составляет приблизительно 70 °С (точное значение можно узнать в базе данных SSpec на сайте support.intel.com по SL-коду, присутствующему на маркировке микросхемы и картонной упаковке процессора). Формула для расчета термальной эффективности (теплового сопротивления) будет выглядеть так:
T case max = T ambiеnt + TDP × Ψ,
где T ambiеnt - температура «окружающей среды»,
Ψ = (T case max - T ambiеnt)/TDP = (70 - 38)/95 = 0,34 C/Вт.
В итоге мы должны спроектировать систему охлаждения с такой термальной эффективностью. И тут начинается борьба «добра» (термальная эффективность) со «злом» (экономичность).
Представим, что мы разработали такую систему, теперь ее нужно проверить. Для этого придется повредить поверхность крышки распределителя тепла. В ней делается канавка, в которую закладывают одну термопару. Другую располагают на поверхности двигателя вентилятора (на рис. T ambient). Первой термопарой мы измеряем температуру кристалла, а второй - окружающей среды. Начинаем постепенно загружать процессор и смотрим, как работает наша система охлаждения. При достижении порога 95 Вт температура в точке измерения не должна превышать 70 °С. Указанную мощность могут рассеивать всего несколько моделей из 90% вмещающихся «под зонтиком» в 95 Вт, остальные никогда не доберутся до данного значения. Например, в линейке процессоров Intel Pentium 6×1 все модели рассеивают до 86 Вт, т. е. гипотетически можно предположить, что только начиная с частоты ядра 3,8-4 GHz указанный барьер будет преодолен.
Итак, если во время наших замеров температура в этой точке превышает T case max = 70 °C, что-то здесь не так. Например, на подошву радиатора мы нанесли дешевую термопасту. Возникает вопрос, сколько же максимально может рассеивать процессор Intel при TDP в 95 Вт. В принципе, самая топовая модель семейства способна рассеивать и немногим больше, но это достижимо только при запуске специальной утилиты Intel (широкой общественности она недоступна), задача которой заставить работать все транзисторы на процессоре. С помощью коммерческого ПО этого результата добиться практически невозможно.
Теперь перейдем к вопросу о том, можно ли использовать показания датчиков из BIOS или специализированного ПО для оценки эффективности системы охлаждения. Для этого нужно понять, какую же температуру пользователь видит в настройках BIOS или ПО материнской платы. Дело в том, что на самом кристалле есть два термодатчика. Об одном, датчике управления TCC, мы временно забудем. Второй (на рис. T diode) представляет собой термодиод, у которого анод и катод выведены на две контактные площадки процессора в корпусе LGA4 (для гнезда LGA775). Есть несколько моделей использования этого датчика. К примеру, на плате стоят так называемый токовый компаратор и схема АЦП, которая преобразует разницу токов эталонного и конкретного датчика в цифру и сообщает пользователю это значение через BIOS или специализированное ПО от производителя платы, предварительно проведя конвертацию данного значения в температуру по имеющемуся шаблону, который может быть ошибочным. То есть при считывании числа 12, которое должно соответствовать температуре в 40 °С, мы переводим его в 47 °С или, что еще хуже, мы считали с датчика вместо 12 число 16, что соответствует 70 °С.
Таким образом, мы видим так называемую температуру кристалла… которую уже один раз измеряли, но в другом месте и другим способом. Здесь и сокрыто наибольшее число проблем, вот несколько из них. Во-первых, датчик показывает температуру в конкретном месте на кристалле, и если она в этой точке равна 100 °С, то это еще не означает, что весь кристалл имеет такую же температуру. Ее значение, отображаемое на экране монитора, во многом определяет используемое прикладное ПО. А именно: при 90% загрузки процессора во время игры в DOOM она составит 70 °С, а при тех же 90% загрузки в Photoshop - 55 °С. Т.е. температура в этой точке зависит от того, какие близлежащие блоки CPU используются наиболее активно.
Во-вторых, схема преобразования на плате может быть не откалибрована (чаще всего коррекция калибровки делается через BIOS) или попросту выйти из строя, а специализированное ПО материнской платы - ошибочно запрограммировано на неверный шаблон значений. По этим причинам Intel категорически не рекомендует использование значений данного датчика (в BIOS или ПО плат) для выполнения работ по термальной валидации собранных ПК. Как пример можно привести , в которой исследовались производительность и тепловые характеристики процессора Intel Pentium Extreme Edition 955 на материнской плате Intel D975XBX. Проведя большое количество замеров температур этим (не рекомендованным) датчиком и получив бoльшие значения, обозреватель сделал вывод о том, что показатель максимальной рассеиваемой мощности данного CPU составляет 200 Вт, а не 130, как заявляет Intel.
С подобной ситуацией столкнулись сотрудники одного из популярных англоязычных Web-ресурсов. Когда они увидели, что датчик показывает аномальные значения температур в 100 °С и более, то обратились в Intel, и после безуспешной попытки решить проблему через обновление BIOS (чаще всего это устраняет аномальные показания) пришлось заменить плату. Кроме того, опыт оверклокинга данного процессора (с разблокированным коэффициентом умножения) говорит о том, что со стандартной системой охлаждения Pentium Extreme Edition 955 можно разогнать до 4,2 GHz без модуляции частоты ядра (об этом позже). И стоит еще раз напомнить, что 130 Вт - это проектная характеристика системы охлаждения, а не процессора. Другими словами, это явилось подтверждением рекомендации производителя не использовать данные значения для оценки эффективности систем охлаждения.
Возникает вопрос: зачем такой датчик, где его можно использовать? Основное его назначение сегодня - управление частотой вращения вентилятора системы охлаждения для LGA775. Та же схема считывает показания этого датчика и с помощью четвертого провода вентилятора системы охлаждения (подключаемого к материнской плате), используя ШИМ-модуляцию, управляет частотой вращения вентилятора. Эта схема существенно отличается от применявшейся в системе охлаждения Socket 478, где вентилятором управлял датчик температуры, располагавшийся над двигателем, под крышкой вентилятора с маркировкой Intel. При такой схеме необходимо было учитывать инерционность системы охлаждения, в связи с чем вентилятор работал на оборотах значительно выше, чем необходимо, а значит, шум был более высоким. Температура процессора могла резко возрасти (точка T diode), но мы почувствовали бы это только через длительное время - датчик температуры, который призван немедленно реагировать на все изменения, находится в точке T ambient . Вот и приходилось крутить вентилятор на скорости 2000, а не 1500 об/мин.
На LGA775 система контроля за температурой кристалла T diode моментально реагирует на рост температуры и увеличивает частоту вращения. Как и в предыдущем случае, производитель платы может ошибиться в программировании системы управления и разгонять вентилятор тогда, когда в этом нет необходимости. Данная проблема с неоткалиброванными датчиками или ошибочным программированием будет устранена в следующем поколении чипсетов семейства Broadwater (i965), где схема считывания температуры и управления частотой вращения вентилятора является частью системной логики. Кроме этого, датчик(и) на процессоре Conroe станут цифровыми (схема цифровых датчиков уже работает на Intel Core Duo и называется DTS).
В качестве промежуточного итога отметим следующее. Показатель TDP процессора используется как отправная точка при расчете тепловой эффективности системы охлаждения для этого CPU. Применение датчика температуры (T diode) для схемы управления частотой вращения вентилятора - на сегодня один из наиболее прогрессивных механизмов снижения уровня шума ПК, по крайней мере, в части системы охлаждения процессора. Однако не следует применять показания этого датчика как точную оценку термальной эффективности системы охлаждения процессора и тепловых характеристик системы.
Поведение CPU при перегреве
Отдельно рассмотрим, как ведет себя процессор Intel, когда система охлаждения не справляется с отводом тепла. Этим заведует второй датчик на CPU, который полностью автономен и доступа к нему нет (на рис. это T prochot). Все пороговые значения для него «зашиваются» на фабрике на этапе изготовления. Их два - T prochot и T thermtrip . При достижении датчиком первого значения начинается модуляция частоты ядра процессора. Существуют две схемы - TM2 и TM1. Чаще всего производитель платы сам решает, какую из них использовать, но Intel рекомендует по возможности применять TM2. В этом случае у процессора меняется коэффициент умножения до 12 (2,4 GHz у новых образцов) или 14 (2,8 GHz у старых), а затем снижается напряжение питания ядра. При нормализации температуры CPU возвращается в номинальную рабочую точку в обратном порядке. При изменении напряжения питания процессор доступен и работает, тогда как при изменении коэффициента умножения он становится недоступным на 5 или 10 мкс (в зависимости от модели).
По схеме TM1 выполняется модуляция частоты ядра - из 3 мс ядро простаивает 1,5 мс и работает 1,5 мс. У нее есть еще программная возможность управления скважностью. Данной схемой пользуются утилиты, которые снижают шум системы охлаждения. Понятно, что за это приходится платить производительностью, чудес не бывает. Назначение обеих схем простое: если процессор перегрелся, его необходимо притормозить, дав возможность остыть, что лучше, чем сразу останавливать работу - можно будет хотя бы сохранить файлы. Как только процессор остыл и датчик это «почувствовал», схема TCC (Thermal Control Circuitry) отключается. Конечно, добавлен небольшой гистерезис, дабы избежать постоянных переключений режимов.
Для ТМ2 и ТМ1 их включение проявляется в виде замедления работы системы. Если это не исправило положения, датчик немедленно включает схему THERMTRIP, все внутренние блоки процессора останавливаются и формируется сигнал, отдающий команду преобразователю напряжения (VRD) прекратить подачу питания на CPU. Приблизительное значение температуры, при которой возникает данная ситуация, - 90 °С. Совсем недавно появилась возможность включать схемы TM1/TM2 при перегреве VRD: процессор тормозится и начинает меньше потреблять, и VRD может «передохнуть». На Pentium D вместо сигнальной линии PROCHOT# используется FORCEPR# для активации замедления процессора при перегреве преобразователя напряжения.
Наличие отдельного датчика для схемы борьбы с перегревом порождает новую группу проблем. Мы можем видеть на процессоре температуру T diode = 100 °C, а на датчике T prochot она достигнет лишь 70 °С, т. е. по показаниям первого датчика процессор должен был уже давно остановиться, а он функционирует. И снова все определяется профилем ПО, который по-разному может влиять на показания этих датчиков. Самое неприятное в этой схеме защиты то, что по умолчанию она заблокирована, и задача BIOS материнской платы - включить ее. (забывчивость проектировщика BIOS или его ошибка может дорого обойтись владельцу ПК). В новейших процессорах Conroe одни и те же датчики используются как для схемы управления частотой вращения вентилятора, так и для управления СPU при перегреве. Это должно устранить проблему разночтения показаний датчиков. Данная схема реализована в Intel Core Duo (Yonah) - уже упоминавшийся DTS. Резюме простое: разработчики процессора делают все, чтобы даже при его перегреве сохранялась возможность продолжать работу. Даже в случае катастрофического перегрева можно не волноваться - сам CPU и правильно спроектированная материнская плата с корректной BIOS не позволят себя сжечь.
Дальше - лучше
В заключение затронем один из самых главных вопросов: что делает Intel для снижения показателя рассеиваемой мощности? Существуют два основных пути. Первый - на уровне микроархитектуры отключать те блоки процессора, которые в данный момент не используются. Эта схема наиболее активно применяется в мобильных микропроцессорах. Второй путь - вносить изменения на уровне полупроводниковых материалов. Одной из основных целей при внедрении техпроцесса 65 нм было уменьшение токов утечки, и этого удалось достигнуть - их значения снизились в сотни раз. В итоге, к примеру, мы получили двухъядерные микропроцессоры 900-х моделей степинга C-1, «умещающиеся» в термальный пакет 95 Вт на частотах до 3,4 GHz включительно.
Естественно, рассказ был бы неполным без попытки заглянуть в ближайшее будущее. В III квартале этого года ожидается десктопный процессор с кодовым названием Conroe, который на момент выхода явится квинтэссенцией инноваций Intel в области энергоэффективной производительности. Ожидается 40%-ное повышение быстродействия (по сравнению с Intel Pentium D 950) по тесту SPECint_rate и еще более высокий рейтинг в играх, при этом рассеивающий всего 65 Вт тепловой мощности, использующий более совершенную схему управления частотой вращения вентилятора и контроля перегрева.
Представленный материал в ряде мест был намеренно упрощен, однако, надеемся, не потерял при этом актуальности. Подробную информацию по тепловым характеристикам процессоров Intel можно найти на сайте support.intel.com в следующих документах: Thermal аnd Mechanical Design Guide (TMDG), Thermal Design Guidelines, Processor Datasheet, VRD Design Guide.
Довольно часто в технической периодике упоминаются такие характеристики процессоров, как TDP, температура кристалла, максимальная рассеиваемая мощность и т. д. Однако широкая публика недостаточно проинформирована о том, что означает каждый термин и как его трактовать, в обзорах порой появляются не совсем правильные толкования тех или иных результатов и, соответственно, ошибочные выводы. В статье рассмотрены вопросы тепловыделения на примере процессоров Intel, а также некоторые особенности CPU следующих поколений.
Как известно, у каждой сущности есть две крайности. Применительно к микропроцессорам это производительность и энергопотребление, причем первый параметр нам знаком лучше, так как ему в прессе уделяется наибольшее внимание, а о втором рядовой пользователь ПК осведомлен значительно меньше. Знания же эти делятся на две час-ти - эмпирические и теоретические, при этом вторые чаще всего сводятся к знакомству с загадочной аббревиатурой TDP (Thermal Design Point или Thermal Design Power) и соответствующей единицей измерения - ватт. Термин TDP не имеет устоявшегося русскоязычного эквивалента, его можно перевести как «термальная проектная мощность» процессора. Понятием TDP чаще всего пользуются для того, чтобы охарактеризовать термальные (тепловые) показатели микропроцессора (его «горячесть»: чем меньше, тем лучше), и при прочих равных условиях процессору с низким TDP отдается предпочтение. Кроме того, данный показатель служит еще одной цели - устрашению потребителя. Мол, этот процессор рассеивает «много ватт», поэтому его применение в домашних или офисных условиях невозможно.
Как будет видно далее, все определяется не величиной этой мощности, а тем, насколько эффективно мы можем ее рассеивать. Эмпирическую оценку пользователь ПК получает «на слух» - компьютер шумит (что чаще всего связывают с системой охлаждения процессора), или же визуально - через BIOS либо с помощью ПО, поставляемого производителем материнской платы. К сожалению, этим характеристикам обозреватели обычно не уделяют должного внимания, а именно: не просто упоминанию значений температуры в тех или иных местах платы, а их правильному толкованию. К примеру, если пользователь ПК наблюдает в показаниях утилиты температуру процессора в 100 °С, отчаиваться не стоит - на самом деле она гораздо ниже. При столь высокой температуре процессор просто не смог бы функционировать, так как в случае перегрева, каковым и является данное значение, CPU просто остановится. А это означает, что подобная температура не может быть достигнута даже теоретически.
Собственно, главная цель предлагаемого материала - разъяснить, что же скрывается под упомянутыми характеристиками и как их нужно правильно понимать и использовать. Все дальнейшие рассуждения относятся исключительно к микропроцессорам Intel.
Введение в физику процессов
Прежде всего напомним некоторые принципы энергообеспечения микропроцессоров и основы термодинамики, чтобы дать представление о круге задач, решаемых производителем.
Микропроцессор Intel снабжается энергией от источника VRD (Voltage Regulator Down), многим известного как преобразователь напряжения. Он преобразует напряжение 12 В в требуемое для питания процессора - около 1,5 В и менее (Vcc - Voltage CPU Сore, напряжение питания ядра процессора). При этом происходит преобразование напряжения питания на шине 12 В с током 16 А (192 Вт), как указано на блоке питания, в напряжение питания 1,5 В, но током в 100 А (данные цифры приводятся исключительно для упрощения математических расчетов). В такой ситуации, конечно, происходит потеря части мощности (в нашем случае это, к примеру, 42 Вт), поскольку преобразователь имеет КПД менее 100%. Итоговый ток в 100 А поступает на процессор по нескольким сотням ножек - в технической документации можно с удивлением обнаружить, что большинство контактов сокета LGA775 задействованы под питание процессора и заземление.
Значение этой части мощности довольно высоко. Процессор с частотой ядра в 3 GHz рассеивает меньше, чем CPU с частотой 3,4 GHz, но оба они попадают под TDP 95 Вт! О самом параметре TDP мы поговорим чуть ниже, главное пока - понять, что максимальная рассеиваемая процессором мощность - не то же самое, что параметр TDP.
Мощность, покидающая процессор, превращается в тепло, которое для уравнивания теплового баланса должно переместиться в другое место. Если бы возможность отвода этого тепла от процессора не была предусмотрена, то температура CPU стремительно возросла бы и он вышел бы из строя. Поэтому тепло, сгенерированное процессором (его кристаллом), нужно отвести подальше от микросхемы и потратить на абсолютно бесполезную вещь - нагрев воздуха в комнате. Для этого был придуман Fan Heatsink Solution, или активная система охлаждения. Современная конструкция изображена на рисунке (вентилятор там не показан). Тепло, выделяемое кристаллом процессора (на рисунке - темно-зеленого цвета), выводится из него в следующем порядке: сначала проходит через теплопроводящий материал микросхемы, затем попадает на металлическую крышку распределителя (основное назначение которой - не механическая защита кристалла, как многие полагают, а равномерное распределение тепла, рассеиваемого кристаллом микропроцессора). После этого оно перемещается на так называемый теплопроводящий материал, который нанесен на подошву радиатора и имеет разные кристаллические фазы в зависимости от температуры (поэтому никогда не пытайтесь снять теплоотвод с процессора без предварительного включения ПК на 10-15 мин, иначе можно просто вырвать процессор из сокета, особенно при использовании Socket 478). Далее тепло поступает на радиатор и при помощи обдува вентилятором выходит за пределы конструкции.
Еще раз напомним, что главная задача этой конструкции - отвести тепло от микропроцессора и развеять его в окружающем пространстве. На этом пути нас ожидают определенные трудности, и основная из них связана с обеспечением термальной эффективности устройства. Оно представляет собой «слоеный пирог», каждый слой которого может как помочь, так и навредить. Любой материал имеет свою характеристику теплового сопротивления или, в терминологии Intel - термальную эффективность (в документации на процессор - параметр Ψ). Это означает, что он будет нагреваться, а в итоге тепло может вернуться на кристалл процессора. Тепловое сопротивление измеряется в °C/Вт (чем меньше, тем лучше) и показывает, что при прохождении через материал тепловой мощности в 1 Вт температура материала поднимется на эту величину. Например, при прохождении одного ватта тепловой мощности через материал радиатора с параметром Ψ = 0,3 °С/ Вт его температура повысится на 0,3 °С, при 100 Вт тепловой мощности нагрев составит уже 30 °С. Добавив к этому значению температуру окружающей среды в 40 °С, без особых усилий получим целых 70 °С! А это значит, что рано или поздно нагреется и процессор, чего мы как раз и хотим избежать, или, по крайней мере, минимизировать.
Автор пытался оценить качество термопаст, распространенных на отечественном рынке, - оно не выдерживает критики. Во всех случаях их использование приводило к тому, что частота вращения вентилятора теплоотвода процессора была на 200-300 оборотов больше, чем для теплопроводящего материала от Intel. Причина этого - высокое значение теплового сопротивления. Конечно, Intel не выпускает такой материал для своих «коробочных» изделий самостоятельно, но при выборе поставщика проводится тщательный анализ по соотношению цена/производительность. Материалы с самыми хорошими характеристиками стоят дорого, та же закономерность свойственна и для радиаторов. Можно сделать его целиком медным и с огромной площадью рассеивающей поверхности, но он выйдет тяжелым, громоздким и дорогим. Можно использовать дополнительный вентилятор, воздушный поток от которого будет «сдувать» тепло с поверхности радиатора - дешево, но шумно. Есть и другие экзотические способы - например водяное охлаждение, криогенные установки. Они более эффективны, но в массовое производство вряд ли попадут из-за высокой цены и низкой надежности.
Поэтому Intel использует ряд технических решений, в итоге дающих оптимальный баланс. Поиск оптимального решения для охлаждения - это всегда компромисс между стоимостью, эффективностью и надежностью. Общий термальный показатель теплоотвода является суммой тепловых сопротивлений каждого из элементов нашего «пирога», которые встречаются на пути движения тепловой мощности. И каждый элемент может существенно влиять на итоговую интегральную характеристику термальной эффективности теплоотвода.
Подробнее о TDP
TDP - величина, которая применяется для расчета термальной эффективности системы охлаждения. Широко распространенное мнение о том, что TDP определяет максимальную рассеиваемую мощность процессора Intel, в корне неправильно.
Как же используется TDP? Входными данными для расчета тепловой эффективности системы охлаждения (и в итоге разработки ее дизайна) являются значение TDP и максимальная рабочая температура кристалла T case max . Она измеряется в точке T case (см. рис.) - геометрическом центре на поверхности крышки распределителя тепла (обратите внимание: T case - это не температура кристалла, как ошибочно считается). В качестве примера рассмотрим значение TDP в 95 Вт, которое сегодня применяется для расчета систем охлаждения приблизительно у 90% настольных процессоров Intel. Tcasemax для них составляет приблизительно 70 °С (точное значение можно узнать в базе данных SSpec на сайте support.intel.com по SL-коду, присутствующему на маркировке микросхемы и картонной упаковке процессора). Формула для расчета термальной эффективности (теплового сопротивления) будет выглядеть так:
T case max = T ambiеnt + TDP × Ψ,
где T ambiеnt - температура «окружающей среды»,
Ψ = (T case max - T ambiеnt)/TDP = (70 - 38)/95 = 0,34 C/Вт.
В итоге мы должны спроектировать систему охлаждения с такой термальной эффективностью. И тут начинается борьба «добра» (термальная эффективность) со «злом» (экономичность).
Представим, что мы разработали такую систему, теперь ее нужно проверить. Для этого придется повредить поверхность крышки распределителя тепла. В ней делается канавка, в которую закладывают одну термопару. Другую располагают на поверхности двигателя вентилятора (на рис. T ambient). Первой термопарой мы измеряем температуру кристалла, а второй - окружающей среды. Начинаем постепенно загружать процессор и смотрим, как работает наша система охлаждения. При достижении порога 95 Вт температура в точке измерения не должна превышать 70 °С. Указанную мощность могут рассеивать всего несколько моделей из 90% вмещающихся «под зонтиком» в 95 Вт, остальные никогда не доберутся до данного значения. Например, в линейке процессоров Intel Pentium 6x1 все модели рассеивают до 86 Вт, т. е. гипотетически можно предположить, что только начиная с частоты ядра 3,8-4 GHz указанный барьер будет преодолен.
Итак, если во время наших замеров температура в этой точке превышает T case max = 70 °C, что-то здесь не так. Например, на подошву радиатора мы нанесли дешевую термопасту. Возникает вопрос, сколько же максимально может рассеивать процессор Intel при TDP в 95 Вт. В принципе, самая топовая модель семейства способна рассеивать и немногим больше, но это достижимо только при запуске специальной утилиты Intel (широкой общественности она недоступна), задача которой заставить работать все транзисторы на процессоре. С помощью коммерческого ПО этого результата добиться практически невозможно.
Теперь перейдем к вопросу о том, можно ли использовать показания датчиков из BIOS или специализированного ПО для оценки эффективности системы охлаждения. Для этого нужно понять, какую же температуру пользователь видит в настройках BIOS или ПО материнской платы. Дело в том, что на самом кристалле есть два термодатчика. Об одном, датчике управления TCC, мы временно забудем. Второй (на рис. T diode) представляет собой термодиод, у которого анод и катод выведены на две контактные площадки процессора в корпусе LGA4 (для гнезда LGA775). Есть несколько моделей использования этого датчика. К примеру, на плате стоят так называемый токовый компаратор и схема АЦП, которая преобразует разницу токов эталонного и конкретного датчика в цифру и сообщает пользователю это значение через BIOS или специализированное ПО от производителя платы, предварительно проведя конвертацию данного значения в температуру по имеющемуся шаблону, который может быть ошибочным. То есть при считывании числа 12, которое должно соответствовать температуре в 40 °С, мы переводим его в 47 °С или, что еще хуже, мы считали с датчика вместо 12 число 16, что соответствует 70 °С.
Таким образом, мы видим так называемую температуру кристалла... которую уже один раз измеряли, но в другом месте и другим способом. Здесь и сокрыто наибольшее число проблем, вот несколько из них. Во-первых, датчик показывает температуру в конкретном месте на кристалле, и если она в этой точке равна 100 °С, то это еще не означает, что весь кристалл имеет такую же температуру. Ее значение, отображаемое на экране монитора, во многом определяет используемое прикладное ПО. А именно: при 90% загрузки процессора во время игры в DOOM она составит 70 °С, а при тех же 90% загрузки в Photoshop - 55 °С. Т.е. температура в этой точке зависит от того, какие близлежащие блоки CPU используются наиболее активно.
Во-вторых, схема преобразования на плате может быть не откалибрована (чаще всего коррекция калибровки делается через BIOS) или попросту выйти из строя, а специализированное ПО материнской платы - ошибочно запрограммировано на неверный шаблон значений. По этим причинам Intel категорически не рекомендует использование значений данного датчика (в BIOS или ПО плат) для выполнения работ по термальной валидации собранных ПК. Как пример можно привести , в которой исследовались производительность и тепловые характеристики процессора Intel Pentium Extreme Edition 955 на материнской плате Intel D975XBX. Проведя большое количество замеров температур этим (не рекомендованным) датчиком и получив бoльшие значения, обозреватель сделал вывод о том, что показатель максимальной рассеиваемой мощности данного CPU составляет 200 Вт, а не 130, как заявляет Intel.
С подобной ситуацией столкнулись сотрудники одного из популярных англоязычных Web-ресурсов. Когда они увидели, что датчик показывает аномальные значения температур в 100 °С и более, то обратились в Intel, и после безуспешной попытки решить проблему через обновление BIOS (чаще всего это устраняет аномальные показания) пришлось заменить плату. Кроме того, опыт оверклокинга данного процессора (с разблокированным коэффициентом умножения) говорит о том, что со стандартной системой охлаждения Pentium Extreme Edition 955 можно разогнать до 4,2 GHz без модуляции частоты ядра (об этом позже). И стоит еще раз напомнить, что 130 Вт - это проектная характеристика системы охлаждения, а не процессора. Другими словами, это явилось подтверждением рекомендации производителя не использовать данные значения для оценки эффективности систем охлаждения.
Возникает вопрос: зачем такой датчик, где его можно использовать? Основное его назначение сегодня - управление частотой вращения вентилятора системы охлаждения для LGA775. Та же схема считывает показания этого датчика и с помощью четвертого провода вентилятора системы охлаждения (подключаемого к материнской плате), используя ШИМ-модуляцию, управляет частотой вращения вентилятора. Эта схема существенно отличается от применявшейся в системе охлаждения Socket 478, где вентилятором управлял датчик температуры, располагавшийся над двигателем, под крышкой вентилятора с маркировкой Intel. При такой схеме необходимо было учитывать инерционность системы охлаждения, в связи с чем вентилятор работал на оборотах значительно выше, чем необходимо, а значит, шум был более высоким. Температура процессора могла резко возрасти (точка T diode), но мы почувствовали бы это только через длительное время - датчик температуры, который призван немедленно реагировать на все изменения, находится в точке T ambient . Вот и приходилось крутить вентилятор на скорости 2000, а не 1500 об/мин.
На LGA775 система контроля за температурой кристалла T diode моментально реагирует на рост температуры и увеличивает частоту вращения. Как и в предыдущем случае, производитель платы может ошибиться в программировании системы управления и разгонять вентилятор тогда, когда в этом нет необходимости. Данная проблема с неоткалиброванными датчиками или ошибочным программированием будет устранена в следующем поколении чипсетов семейства Broadwater (i965), где схема считывания температуры и управления частотой вращения вентилятора является частью системной логики. Кроме этого, датчик(и) на процессоре Conroe станут цифровыми (схема цифровых датчиков уже работает на Intel Core Duo и называется DTS).
В качестве промежуточного итога отметим следующее. Показатель TDP процессора используется как отправная точка при расчете тепловой эффективности системы охлаждения для этого CPU. Применение датчика температуры (T diode) для схемы управления частотой вращения вентилятора - на сегодня один из наиболее прогрессивных механизмов снижения уровня шума ПК, по крайней мере, в части системы охлаждения процессора. Однако не следует применять показания этого датчика как точную оценку термальной эффективности системы охлаждения процессора и тепловых характеристик системы.
Поведение CPU при перегреве
Отдельно рассмотрим, как ведет себя процессор Intel, когда система охлаждения не справляется с отводом тепла. Этим заведует второй датчик на CPU, который полностью автономен и доступа к нему нет (на рис. это T prochot). Все пороговые значения для него «зашиваются» на фабрике на этапе изготовления. Их два - T prochot и T thermtrip . При достижении датчиком первого значения начинается модуляция частоты ядра процессора. Существуют две схемы - TM2 и TM1. Чаще всего производитель платы сам решает, какую из них использовать, но Intel рекомендует по возможности применять TM2. В этом случае у процессора меняется коэффициент умножения до 12 (2,4 GHz у новых образцов) или 14 (2,8 GHz у старых), а затем снижается напряжение питания ядра. При нормализации температуры CPU возвращается в номинальную рабочую точку в обратном порядке. При изменении напряжения питания процессор доступен и работает, тогда как при изменении коэффициента умножения он становится недоступным на 5 или 10 мкс (в зависимости от модели).
По схеме TM1 выполняется модуляция частоты ядра - из 3 мс ядро простаивает 1,5 мс и работает 1,5 мс. У нее есть еще программная возможность управления скважностью. Данной схемой пользуются утилиты, которые снижают шум системы охлаждения. Понятно, что за это приходится платить производительностью, чудес не бывает. Назначение обеих схем простое: если процессор перегрелся, его необходимо притормозить, дав возможность остыть, что лучше, чем сразу останавливать работу - можно будет хотя бы сохранить файлы. Как только процессор остыл и датчик это «почувствовал», схема TCC (Thermal Control Circuitry) отключается. Конечно, добавлен небольшой гистерезис, дабы избежать постоянных переключений режимов.
Для ТМ2 и ТМ1 их включение проявляется в виде замедления работы системы. Если это не исправило положения, датчик немедленно включает схему THERMTRIP, все внутренние блоки процессора останавливаются и формируется сигнал, отдающий команду преобразователю напряжения (VRD) прекратить подачу питания на CPU. Приблизительное значение температуры, при которой возникает данная ситуация, - 90 °С. Совсем недавно появилась возможность включать схемы TM1/TM2 при перегреве VRD: процессор тормозится и начинает меньше потреблять, и VRD может «передохнуть». На Pentium D вместо сигнальной линии PROCHOT# используется FORCEPR# для активации замедления процессора при перегреве преобразователя напряжения.
Наличие отдельного датчика для схемы борьбы с перегревом порождает новую группу проблем. Мы можем видеть на процессоре температуру T diode = 100 °C, а на датчике T prochot она достигнет лишь 70 °С, т. е. по показаниям первого датчика процессор должен был уже давно остановиться, а он функционирует. И снова все определяется профилем ПО, который по-разному может влиять на показания этих датчиков. Самое неприятное в этой схеме защиты то, что по умолчанию она заблокирована, и задача BIOS материнской платы - включить ее. (забывчивость проектировщика BIOS или его ошибка может дорого обойтись владельцу ПК). В новейших процессорах Conroe одни и те же датчики используются как для схемы управления частотой вращения вентилятора, так и для управления СPU при перегреве. Это должно устранить проблему разночтения показаний датчиков. Данная схема реализована в Intel Core Duo (Yonah) - уже упоминавшийся DTS. Резюме простое: разработчики процессора делают все, чтобы даже при его перегреве сохранялась возможность продолжать работу. Даже в случае катастрофического перегрева можно не волноваться - сам CPU и правильно спроектированная материнская плата с корректной BIOS не позволят себя сжечь.
Дальше - лучше
В заключение затронем один из самых главных вопросов: что делает Intel для снижения показателя рассеиваемой мощности? Существуют два основных пути. Первый - на уровне микроархитектуры отключать те блоки процессора, которые в данный момент не используются. Эта схема наиболее активно применяется в мобильных микропроцессорах. Второй путь - вносить изменения на уровне полупроводниковых материалов. Одной из основных целей при внедрении техпроцесса 65 нм было уменьшение токов утечки, и этого удалось достигнуть - их значения снизились в сотни раз. В итоге, к примеру, мы получили двухъядерные микропроцессоры 900-х моделей степинга C-1, «умещающиеся» в термальный пакет 95 Вт на частотах до 3,4 GHz включительно.
Естественно, рассказ был бы неполным без попытки заглянуть в ближайшее будущее. В III квартале этого года ожидается десктопный процессор с кодовым названием Conroe, который на момент выхода явится квинтэссенцией инноваций Intel в области энергоэффективной производительности. Ожидается 40%-ное повышение быстродействия (по сравнению с Intel Pentium D 950) по тесту SPECint_rate и еще более высокий рейтинг в играх, при этом рассеивающий всего 65 Вт тепловой мощности, использующий более совершенную схему управления частотой вращения вентилятора и контроля перегрева.
Представленный материал в ряде мест был намеренно упрощен, однако, надеемся, не потерял при этом актуальности. Подробную информацию по тепловым характеристикам процессоров Intel можно найти на сайте support.intel.com в следующих документах: Thermal аnd Mechanical Design Guide (TMDG), Thermal Design Guidelines, Processor Datasheet, VRD Design Guide.
| 0
|
TDP (Thermal Design Power), а по-русски «требования по теплоотводу», является очень важным параметром, который необходимо держать в голове и обращать на него пристальное внимание при подборе комплектующего для компьютера. Больше всех электричества в ПК потребляют центральный процессор и дискретный графический чип, проще говоря, видеокарта. Прочитав эту статью вы узнаете, как определить TDP вашего видеоадаптера, почему этот параметр важен и на что он влияет. Приступим!
Конструктивные требования производителя по теплоотводу указывают нам на то, какое количество тепла способна выделить видеокарта при каком-нибудь виде нагрузки. От производителя к производителю этот показатель может разниться.
Кто-то замеряет тепловыделение во время выполнения достаточно тяжёлых и специфичных задач, например, рендеринга долгого видеоролика со множеством спецэффектов, а какой-то производитель может просто указать значение тепла, выделяемого устройством во время просмотра FullHD-видео, сёрфинга в сети или при обработке прочих тривиальных, офисных задач.
При этом производитель никогда не будет указывать значение TDP видеоадаптера, который он даёт во время тяжёлого синтетического теста, допустим, от 3DMark , созданного специально для того, чтобы «выжимать» всю энергию и производительность из компьютерного железа. Аналогично, не будут указаны показатели во время процесса майнинга криптовалюты, но только в том случае если производитель нереференсного решения не выпустил данный продукт специально под нужды майнеров, ведь логично указывать тепловыделение во время типичных и рассчитанных для такого видеоадаптера нагрузок.
Для чего нужно знать TDP видеокарты
Если вы не заинтересованы в поломке вашего видеоадаптера от перегрева, необходимо подыскивать себе девайс с приемлемым уровнем и типом охлаждения. Вот тут-то незнание о TDP может стать фатальным, ведь именно этот параметр помогает определить необходимый графическому чипу способ охлаждения.
Количество выделяемого видеоадаптером тепла производители указывают в ваттах. Обязательно необходимо обратить внимание на установленное в неё охлаждение — это один из решающих факторов продолжительности и бесперебойности работы вашего устройства.
Графическим адаптерам с низким потреблением энергии и, соответственно, малым выделением тепла, подойдёт одно лишь пассивное охлаждение в виде радиаторов и/или медных, а также металлических трубок. Решениям помощнее, вдобавок к пассивному отводу тепла, потребуется ещё и активное охлаждение. Чаще всего оно предоставляется в виде кулеров с разными возможными размерами вентилятора. Чем длиннее вентилятор и чем выше показатель совершаемых оборотов в минуту, тем больше тепла он способен рассеять, но это может сказываться на громкости его работы.
Для топовых графических решений в разгоне может потребоваться ещё и водяное охлаждение, но это крайне недешёвое удовольствие. Обычно такими вещами занимаются только оверклокеры — люди, специально разгоняющие до предела видеокарты и процессоры, чтобы запечатлеть этот результат в истории оверклокинга и протестировать оборудование в экстремальных условиях. Тепловыделение в таких случаях может стать колоссальным и потребуется прибегнуть даже к жидкому азоту для охлаждения своих разгонных стендов.