Настройка Cool’n’Quiet: оптимизация энергопотребления и производительности – THG.RU

Введение

Выбор правильного процессора никогда не был лёгкой задачей. Как и другие выборы в нашей жизни, вариантов множество, и при этом нужно учитывать немало факторов.

Сегодня производительность и нагрев – не единственные факторы, которые нужно принимать во внимание. Энергопотребление становится всё более важным. Однако большинство обзоров и тестов процессоров по-прежнему фокусируются на производительности. Очень часто тесты в обзорах проводятся без активных опций энергосбережения (что вообще весьма странно в эпоху Intel Turbo Boost, для которой требуется включение этих опций).

Плохо ли это? Суть в том, что данные опции выходят из простого контекста тестирования. Конечно, производительность – всё же основной критерий, на который мы обращаем внимание при покупке процессора или любого другого компонента. Но, учитывая опасения пользователей насчёт энергопотребления, производительность всё же следует рассматривать с учётом активных функций энергосбережения.

Многие пользователи считают, что функции энергосбережения ухудшат производительность процессоров. Действительно, большинство статей и тестов, где рассматривается производительность с активными функциями энергосбережения, обычно дают чуть меньшие результаты, чем при выключении этих функций. Но многие не знают о том, что, как и в случае другого программного и аппаратного обеспечения, вы можете настроить функции энергосбережения для большей производительности или для меньшего энергопотребления. Многие энтузиасты тонко настраивают BIOS, драйверы и операционную систему для максимальной производительности, так почему бы не сделать то же самое и для функций управления энергопотреблением?

Знакомимся с управлением энергопотреблением

Наша статья задумывалась как ответ на этот вопрос. Но чтобы тонко настроить управление энергопотреблением, нам сначала следует понять, как работают эти функции. Управление энергопотреблением замедляет процессор (или любой другой компонент), чтобы экономить энергию при малых нагрузках. Когда пользователь изменяет нагрузку (например, запустив приложение), то управление энергопотреблением ускоряет процессор обратно до высоких тактовых частот, пока нагрузка вновь не изменится (когда, например, программа закончит своё выполнение).

Хотя снижение тактовой частоты является наиболее очевидным последствием управления энергопотреблением, не оно больше всего сказывается на снижении потребления энергии. Эту роль выполняет снижение напряжения. Впрочем, после снижения тактовой частоты производители процессоров могут выставлять намного меньшее напряжение для своих CPU. Кроме снижения энергопотребления уменьшение частоты и напряжения также снижает и рабочую температуру. Меньшее напряжение приводит к меньшему количеству потреблённой энергии, следовательно, меньше энергии рассеивается в виде тепла.

Современные процессоры обладают очень тонкими функциями управления энергопотреблением, они могут работать в разных режимах с разными уровнями напряжения. Эти разные уровни частоты и напряжения называются p-состояния (они используются технологией SpeedStep на процессорах Intel и Cool’n’Quiet на чипах AMD). Все современные процессоры имеют, по крайней мере, два p-состояния: одно для производительности, а второе – для экономии энергии. Впрочем, встречаются процессоры и с большим числом p-состояний. Кроме p-состояний настройки управления энергопотреблением также содержат время перехода и уровень нагрузки, который приводит к переключению между p-состояниями.

Тонкая настройка управления энергопотреблением

По умолчанию вы не можете изменять опции энергосбережения процессора. Вы не получите настроек в BIOS (разве что только сможете включать или выключать опции энергосбережения).

Впрочем, никто не мешает запустить приложения, такие как RMClock, CrystalCPUID, K10Stat и PhenomMSRTweaker для тонкой настройки управления энергопотреблением. Эти приложения позволяют обойти штатные настройки, используемые процессорами Intel SpeedStep и AMD Cool’n’Quiet. Единственное требование для возможности подобной настройки – включение управления энергопотреблением в BIOS материнской платы.

Что можно сделать с помощью этих приложений? Помимо выбора настроек для каждого p-состояния, таких как тактовая частота и напряжение, вы можете изменять время перехода между p-состояниями, а также уровень нагрузки, который требуется для изменения p-состояния. Легче всего объяснить настройку p-состояний следующим образом.

Уменьшение задержки перехода на более высокое p-состояние позволит вам переключаться между режимом энергосбережения и режимом максимальной производительности быстрее, то есть при работе приложений будет меньше задержек. Уменьшение задержки перехода на меньшее p-состояние позволяет переключаться между производительным режимом и режимом энергосбережения быстрее, что экономит энергию, когда высокая производительность уже не требуется.

Повышение верхнего уровня нагрузки p-состояния означает, что процессор не будет переключаться на более высокое p-состояние до тех пор, пока нагрузка не достигнет установленного предела. И наоборот, понижение нижнего уровня нагрузки p-состояния приведёт к тому, что процессор перейдёт в меньшее p-состояние только в случае, когда нагрузка опустится до этого уровня или перейдёт ниже.

Как связано время перехода с нагрузкой? Чем меньшее значение вы укажете для времени перехода, тем быстрее вы будете переключаться на другое p-состояние после того, как процессор достигнет указанного уровня нагрузки. Конечно, если вы укажете большее значение, то переходы между p-состояниями будут выполняться медленнее.

Для процессоров с более чем одним ядром можно даже задавать, каким образом выполнять расчёт нагрузки. Среди доступных опций есть как средняя нагрузка, так и самая высокая нагрузка на одно ядро или минимальная нагрузка на одно ядро.

Весь трюк заключается в том, чтобы достичь наилучшего баланса между производительностью и энергопотреблением, то есть найти правильную комбинацию p-состояний, времён перехода и уровней нагрузки. Правильная комбинация не только позволит вам получить производительность вплотную к ожидаемому уровню без активных опций энергосбережения, но и позволит сэкономить энергию и снизить рабочие температуры.

Наши инструменты

Чтобы измерить влияние функций управления энергопотреблением на производительность (и результаты наших усилий по тонкой настройке), нам понадобятся некоторые инструменты.

Кроме привычных тестов и утилит, упомянутых выше, нам потребовалась утилита для отслеживания троттлинга. Зачем? Чтобы видеть, происходит или нет ненужный троттлинг. К счастью, утилита RMClock предоставляет такую функцию. Но у неё нет возможности независимо регулировать функции энергосбережения новых процессоров AMD. Нам также потребовался ваттметр, чтобы замерять сэкономленную энергию. Мы взяли модель Watts Up? PRO.

Нажмите на картинку для увеличения.

В данной статье мы рассмотрим шесть процессоров AMD: Athlon X2 7750 Black Edition, Athlon X2 7850 Black Edition, Athlon II X2 250, Phenom II X3 710, Phenom II X4 945 и Phenom II X4 955 Black Edition. Поскольку утилита RMClock не могла управлять функциями энергопотребления у этих процессоров, нам пришлось использовать K10Stat или PhenomMSRTweaker. Мы решили выбрать K10Stat, поскольку данная утилита может управлять более чем одним p-состоянием.

Между упомянутыми процессорами имеются различия по архитектуре и дизайну, но в данной статье мы не будем подробно на них останавливаться. Процессоры Athlon X2 7750 и 7850 по-прежнему производятся по 65-нм техпроцессу AMD, а все другие – по новому 45-нм техпроцессу. Athlon X2 7750, 7850 и Athlon II X2 250 – изначально двуядерные процессоры, без отключённых ядер или кэша. Phenom II X3 710 представляет собой “сбойный” Phenom II X4. AMD отключила четвёртое ядро (и соответствующий кэш L2), хотя 6 Мбайт кэша L3 остались без изменений.

В следующей таблице приведена дополнительная информация о наших процессорах.

Тестовая конфигурация

Аномальная Cool’n’Quiet

Существуют небольшие, но довольно существенные различия между реализацией технологии Cool’n’Quiet у приведённых процессоров. В следующей таблице мы указали напряжения по умолчанию в соответствие с информацией CPU-Z.

Athlon X2 7750 обладает той же “чертой”, что и оригинальная четырёхъядерная линейка Phenom X4. Когда вы включите поддержку Cool’n’Quiet, то штатные напряжения для “младших” p-состояний (режим бездействия) будут на самом деле выше, чем штатные напряжения для “старших” p-состояний (режим производительности). Давайте посмотрим, как эта странная аномалии влияет на энергопотребление в режиме бездействия.

Поэтому если у вас процессор Athlon X2 (или Phenom X4), вы можете экономить энергию и не переходя на p-состояния в технологии Cool’n’Quiet с дополнительным преимуществом, что вы не потеряете производительность из-за изменений p-состояний. Впрочем, для нас это никакой проблемы не представляет исправить эту ошибку. Но возникает вопрос: какое напряжение мы должны использовать?

Ещё одна “черта” Athlon X2, влияющая на производительность при активной технологии Cool’n’Quiet – это частота ядра. Процессоры Athlon X2, Phenom X4 и Athlon II могут использовать разные тактовые частоты для разных ядер, независимо друг от друга. Конечно, технически это звучит интересно, но негативно сказывается на производительности однопоточных приложений при активной Cool’n’Quiet, в частности под Windows Vista. Диспетчер задач Windows 7 управляет потоками более эффективно (не так часто перебрасывая их с одного ядра на другое), исходя из наших тестов процессоров Intel под новой операционной системой, поэтому мы ожидаем, что старые процессоры AMD будут меньше страдать после апгрейда на Windows 7.

После просмотра этих “черт” легко понять, почему Athlon X2 считается прожорливым процессором при настройках по умолчанию. Энергопотребление остаётся довольно высоким после активации функций энергосбережения, и вы также теряете дополнительную производительность из-за того, что процессор снижает частоту ядер.

К счастью, с этой проблемой можно разобраться. Как мы упомянули выше, приложения, подобные K10Stat и PhenomMSRTweaker, позволяют вам менять это поведение, чтобы изменения частоты относились ко всем ядрам. Кроме того, вы можете использовать эти приложения для редактирования значений реестра, используемых Cool’n’Quiet, чтобы перейти с настроек по умолчанию на более эффективные.

Как насчёт новых процессоров? Хотя процессоры Phenom II X4 и X3 изменили характер работы Cool’n’Quiet (правильные настройки для напряжений и синхронное изменение частоты для всех ядер), вы всё равно можете использовать упомянутые утилиты для тонкой настройки напряжений.

Есть и другие преимущества, связанные с изменением настроек p-состояний. В отличие от настроек напряжения BIOS, вы можете в реальном времени отслеживать текущее напряжение процессора. То есть функции vdroop и смещения напряжения тоже будут учитываться. Кроме того, эти настройки будут применяться только тогда, когда это нужно. Они не записываются в BIOS. Если настройки слишком агрессивные и вызывают проблемы (знакомый всем “синий экран смерти”), простой сброс вернёт настройки к обычному состоянию.

Проверяем напряжение

Давайте посмотрим штатные настройки напряжения для шести процессоров и их соответствующие p-состояния с помощью утилиты K10Stat.

Athlon X2 7750

Athlon X2 7850

Athlon II X2 250

Phenom II X3 710

Phenom II X4 945

Phenom II X4 955

Теперь мы можем лучше разобраться, что происходит с напряжениями Athlon X2 7750. Похоже, что штатные настройки напряжения для “младшего” p-состояния были выставлены слишком высоко (1,325 В), хотя северный мост прекрасно работает и с намного меньшим напряжением, которое используется для “старшего” p-состояния (1,275 В).

Процессоры Phenom II не демонстрируют такого поведения. Но это и не означает, что их конфигурация идеальна. Phenom II X3 710 использует одинаковое напряжение ядра ниже частоты 1,9 ГГц независимо от мегагерц. Кроме того, зачем этому процессору требуется прирост напряжения северного моста в “старшем” p-состоянии? Как мы подозреваем, это попросту не нужно, поскольку частота северного моста не меняется (1,6 ГГц). В этом отношении Phenom II X4 945 реализует намного лучшую схему, чем Athlon X2 7750 и Phenom II X3 710.

Есть небольшое примечание: по скриншотам вы можете заметить, что изменения напряжений ядра и северного моста доступны в случае Phenom II X4 945, но не для Athlon X2 7750 или Phenom II X3 710. Разница связана не с процессорами, а с используемыми материнскими платами. Выбор напряжения ядра через K10Stat был недоступен на материнской плате Biostar TA790GX 128M, но доступен на Gigabyte MA-790GP-DS4H. Это связано с количеством шин питания, реализованных производителем материнской платы. У TA790GX 128M нет двойной шины питания, поэтому вы не можете изменять напряжение ядра и северного моста независимо друг от друга.

Настройка и снижение напряжения

Вполне очевидно, что штатные настройки напряжения AMD Athlon X2 7750 следует доработать. Но стоит ли на этом останавливаться? Почему не выбрать минимальное напряжение, которое требуется для каждого P-состояния?

Как раз это мы и сделали в рамках подготовки к нашей статье. Но сразу же хотелось бы отметить, что каждый процессор отличается от других. Конечно, возможно, у вас получится использовать те же самые настройки, что и у нас, но есть шанс, что не получится. Здесь уже вам предстоит пройти путём проб и ошибок, чтобы найти рабочие настройки при сохранении стабильной работы системы.

Ниже приведены оптимизированные по напряжению настройки для каждого протестированного процессора.

Athlon X2 7750

Athlon X2 7850

Athlon II X2 250

Phenom II X3 710

Phenom II X4 945

Phenom II X4 955

Мы провели тесты стабильности для каждого из приведённых выше p-состояний (SuperPi, Prime95, Cinebench, 3DMark 2001), а также оставили каждый компьютер работать на протяжении нескольких дней. Настройки оказались полностью стабильными. Конечно, в вашем случае всё может отличаться. Используйте небольшие изменения напряжения (0,025 В), чтобы найти стабильные настройки для каждого p-состояния.

Как вы можете видеть, мы меняли только напряжения ядра и северного моста. Если вы хотите поэкспериментировать, то вполне возможно изменять множители для каждого p-состояния.

Наверное, вам интересно знать точные значения напряжения для каждого множителя, не так ли? Все протестированные нами данные приведены в следующих таблицах.

Athlon X2 7750

Athlon X2 7850

Athlon II X2 250

Phenom II X3 710

* разгон: HT и северный мост 7 x 245 МГц.

Phenom II X4 945

* разгон: HT и северный мост 7 x 250 МГц.

Phenom II X4 955

Обратите внимание, что мы использовали синхронные настройки напряжения для ядра и северного моста. Конечно, используя подходящую материнскую плату, вы сможете более тонко настроить эти значения, выбрав чуть меньшее напряжение ядра. По нашему опыту с приведёнными процессорами, вы сможете снизить напряжение примерно на 0,025 В.

При разгоне шины HyperTransport следует увеличить напряжение северного моста. Наш образец Phenom II X3 710 работал в режиме 7 x 245 МГц только с напряжением 1,025 В (по сравнению с 1,0 В на 1,9 ГГц без разгона). А в режиме 4 x 245 МГц ему потребовалось 1,0 В (по сравнению с 0,925 В для 1,6 ГГц без разгона). В результате настройки K10Stat для этого процессора выглядят следующим образом.

Phenom II X3 710

Если вам интересно получить низкое энергопотребление и разгон одновременно, то процессоры Black Edition с разблокированным множителем окажутся оптимальным вариантом.

Тесты энергопотребления и методика

Конечно, тонкая настройка напряжения сама по себе не является конечным результатам. Нам было интересно оценить соотношение производительности на ватт наших процессоров. Мы начнём с традиционных измерений энергопотребления системы в режиме бездействия и под нагрузкой.

Тестирования энергопотребления в режиме бездействия проводилось при запущенном рабочем столе Windows, при этом система вхолостую прорабатывала 15 минут после загрузки. На наш взгляд, 15 минут – достаточное время, чтобы все фоновые процессы Windows “успокоились” и не нагружали процессор. Для данного теста мы не отключали SuperFetch, индексирование или интерфейс Windows Aero.

Тестирование под нагрузкой выполнялось с помощью встроенного теста WinRAR, который довольно интенсивно нагружает все ядра. Суть здесь в том, что мы хотели получить тяжёлую нагрузку, но не предельную стрессовую нагрузку. Если же вам интересно энергопотребление процессоров под стрессовой нагрузкой, то мы провели тесты с многопоточным приложением Cinebench R10, которое полностью нагружает все доступные ядра.

Примечания

Обратите внимание, что процессоры Athlon X2 7850, Athlon II X2 250, Phenom II X4 945 и 955 мы тестировали на материнской плате Gigabyte GA-MA790GP-DS4H, а Athlon X2 7750 и Phenom II X3 710 – на материнской плате Biostar TA790GX 128M. Мы решили выбрать две материнские платы по той причине, что они соответствуют разным сегментам рынка.

Действительно, материнская плата Biostar TA790GX продаётся по цене около $100 (от 3000 руб. в России), а Gigabyte GA-MA790GP-DS4H – около $150 (от 4500 руб. в России). Сэкономленные $50/1500 руб. на плате Biostar можно потратить на процессор, и, немного доплатив, вы можете взять Athlon X2 7750 или Phenom II X3 710. Впрочем, материнская плата Gigabyte GA-MA790GP-DS4H предоставляет больше опций настройки, поэтому если вы хотите выжать максимум производительности, то данная модель прекрасно себя оправдает – она хорошо соответствует Phenom II X4 945, например.

С материнской платой Biostar TA790GX 128M у нас возникли некоторые странности. При установке на неё наши образцы Phenom II X4 945 и 955 работали на частоте 800 МГц независимо от выбранных настроек BIOS. Официальные представители компании сообщили нам, что плата не поддерживает эти процессоры. Они не стали детально описывать, что подразумевается под “аппаратным ограничением”, и рекомендовали энтузиастам, желающим установить процессоры Phenom II X4 945 или 955 выбирать более новую TA790GX A3+ с памятью DDR3. Нас также заверили, что новая плата будет работать с Phenom II X4 965 BE.

Впрочем, мы нашли обходное решение проблемы. Используя утилиту AMD Overdrive, мы смогли изменять множитель процессоров, чтобы заставить их работать на штатных тактовых частотах. Конечно, при этом нужно ещё и регулировать напряжение. Впрочем, северный мост и контроллер памяти при этом работали всего на 1,6 ГГц, а не на 2 ГГц.

TA790GX 128M также “забывала” о сделанных нами изменениях p-состояний когда система возвращалась из сна/гибернации, сбрасывая их до штатных значений Cool’n’Quiet. При разгоне интерфейса HyperTransport система “вылетала”, требуя аппаратного сброса. Мы не сталкивались с таким поведением на платах Gigabyte.

Мы проводили измерения с разными профилями энергопотребления: “No Management” (мы отключали Cool’n’Quiet в BIOS), “Balanced” (Cool’n’Quiet включена в BIOS, план электропитания Windows выбран “Balanced/Сбалансированный”) и “Optimized” (Cool’n’Quiet включена в BIOS, план электропитания Windows выбран “Balanced/Сбалансированный”, процессор работает с меньшими напряжениями ядра и северного моста, переходы между p-состояниями выполняются быстрее, а в K10Stat мы выставили синхронное изменение частот “Ganged”).

Результаты энергопотребления в режиме бездействия

В наших диаграммах приведены как минимальные, так и средние минимальные результаты, полученные из измерений на протяжении пяти минут после загрузки (после 15-минутного простоя). Система бездействовала, хотя некоторые пики активности всё равно наблюдались.

Athlon X2 7750

Результаты весьма любопытные. Как мы уже упоминали, работа технологии Cool’n’Quiet с планом электропитания Windows “Balanced/Сбалансированный” даёт минимальную экономию энергии. Только когда мы изменили напряжение, мы смогли сэкономить существенно больше энергии – энергопотребление уменьшилось на уровень около 13 Вт или на 20 Вт по сравнению с работой без функции управления энергопотреблением. Экономия 25%.

Athlon X2 7850

Athlon X2 7850 показывает несколько иное поведение, что, скорее всего, связано с правильным снижением напряжения после активации Cool’n’Quiet. Включение Cool’n’Quiet позволяет сэкономить около 13 Вт, а снижение рабочего напряжения в обоих p-состояниях процессора позволило сэкономить ещё 9 Вт (в итоге мы получили экономию 22 Вт или 22%).

Athlon II X2 250

Athlon II X2 250, вероятно, самый экономичный процессор во всей линейке AMD. В любом случае, он стал самым экономичным в наших тестах. После активации Cool’n’Quiet мы получили энергопотребление системы на намного меньшем уровне, чем в случае Athlon X2 7750 или 7850. После тонкой настройки напряжений можно наблюдать ещё меньшее энергопотребление. Мы спустились примерно с уровня 76 Вт без управления энергосбережением до 72 Вт после активации Cool’n’Quiet. А доработка напряжений p-состояний дала нам энергопотребление 63 Вт.

Phenom II X3 710

Без управления энергопотреблением та же система с процессором Phenom II X3 710 с частотой на 100 МГц меньше (но с тремя ядрами и крупным 6-Мбайт кэшем L3) потребляла в режиме бездействия примерно такое же количество энергии, что и Athlon X2 7750. Впрочем, стоит перейти на оптимизированную поддержку Cool’n’Quiet, и мы получим падение энергопотребления ещё на 10 Вт. В итоге энергопотребление системы оказывается очень низким – существенно ниже 60 Вт.

Включение управления энергопотреблением экономит около 13 Вт, но настройка напряжений даёт дополнительную экономию 12 Вт, то есть в сумме мы получаем 25 Вт по сравнению с системой, у которой технология управления энергопотреблением отключена. В процентах это будет на 30% меньшее энергопотребление.

Phenom II X4 945

Реальное энергопотребление процессора Phenom II X4 945 может быть ниже, чем мы видим в данном случае. Когда мы запустили на плате Gigabyte процессор Athlon X2 7750, то результат оказался заметно выше, чем на Biostar TA790GX 128M – примерно на 10 Вт больше в режиме бездействия. Материнская плата GA-MA790GP-DS4H даёт весьма высокое напряжение для процессора Phenom II X4 945 (1,35 В для ядра и 1,1 В для северного моста).

При работе процессора на 3 ГГц со всеми четырьмя ядрами и полным 6-Мбайт кэшем L3, система AMD Phenom II X4 945 потребляла в режиме бездействия около 100 Вт. Включение Cool’n’Quiet и выбор плана “Balanced/Сбалансированный” позволило снизить энергопотребление примерно до 77 Вт. Оптимизация напряжения позволила снизить энергопотребление ещё на 7 Вт. В процентах мы получили экономию около 30%. Как нам кажется, с более экономичной материнской платой мы могли бы снизить энергопотребление ещё сильнее.

Phenom II X4 955

С чуть более высокой тактовой частотой Phenom II X4 955 показал энергопотребление чуть больше, чем у Phenom II X4 945. После активации Cool’n’Quiet энергопотребление оказалось примерно таким же, что неудивительно, поскольку оба процессора работают на одинаковых тактовых частотах в самом “младшем” p-состоянии. Когда мы оптимизировали напряжения, то энергопотребление снизилось до 67 Вт.

Результаты энергопотребления под нагрузкой

Каково будет энергопотребление под тяжёлой стрессовой нагрузкой?

Напомним, что мы проводили измерения с разными профилями энергопотребления: “No Management” (мы отключали Cool’n’Quiet в BIOS), “Balanced” (Cool’n’Quiet включена в BIOS, план электропитания Windows выбран “Balanced/Сбалансированный”) и “Optimized” (Cool’n’Quiet включена в BIOS, план электропитания Windows выбран “Balanced/Сбалансированный”, процессор работает с меньшими напряжениями ядра и северного моста, переходы между p-состояниями выполняются быстрее, а в K10Stat мы выставили синхронное изменение частот “Ganged”).

Athlon X2 7750

В случае процессора Athlon X2 7750 мы сэкономили около 5 Вт после включения Cool’n’Quiet, и получили ещё примерно такое же снижение после уменьшения напряжений. Мы получили в два раза большую экономию, но по абсолютным значениям она невелика (10 Вт по сравнению с 5 Вт).

Athlon X2 7850

В случае Athlon X2 7850 мы не обнаружили существенной разницы между отсутствием активного управления энергопотреблением и включённой Cool’n’Quiet. Экономия энергии достигается только путём снижения рабочих напряжений, при этом мы смогли перейти с энергопотребления 138 Вт на 110 Вт (экономия 28 Вт или 20%).

Athlon II X2 250

Экономия у Athlon II X2 250 кажется небольшой (от 110 до 106 Вт после активации Cool’n’Quiet). Но помните, что данный чип уже более эффективный по энергопотреблению среди трёх двуядерных процессоров. После снижения напряжений мы смогли снизить энергопотребление системы под нагрузкой до всего 100 Вт.

Phenom II X3 710

С процессором Phenom II X3 710 мы не видим ощутимой разницы в энергопотреблении, если будем оставаться на штатных напряжениях. Но после их снижения (с 1,25 В до 1,125 В), мы немного экономим (от 16 до 19 Вт или около 15%).

Phenom II X4 945

Со всеми ядрами под нагрузкой система на Phenom II X4 945 потребляла весьма немало энергии. Как и в случае Phenom II X3 710, здесь мы не наблюдаем особой разницы между отключенным управлением энергосбережением и активной Cool’n’Quiet с планом электропитания “Balanced/Сбалансированный”. Если же мы уменьшим напряжение со 1,35/1,1 В до 1,075/1,1 В, то мы получим серьёзную экономию. Мы смогли снизить энергопотребление с 176-177 Вт до 124 Вт (экономия 53 Вт или 29%).

Phenom II X4 955

Phenom II X4 955 потребляет примерно на 15 Вт больше Phenom II X4 945, почти достигая 200 Вт без оптимизаций напряжения. Но если снизить напряжение, то энергопотребление уменьшится до более разумного уровня (130 Вт).

Кривая напряжения и энергопотребления

По результатам наших тестов мы получили весьма интересную зависимость между напряжениями и энергопотреблением, причём как в режиме бездействия, так и под нагрузкой. На следующем графике значения напряжения нормализованы по первой точке (например, 1,0 В = 100%). Все значения напряжения вынесены в таблицу ниже.

Athlon X2 7750

Здесь можно сделать несколько интересных наблюдений. Во-первых, процессор можно оставлять работать на 2,5 ГГц с минимальным влиянием на энергопотребление, как в режиме бездействия, так и под нагрузкой. Самой высокой оптимальной частотой мы бы назвали 3,1 ГГц с синхронным напряжением ядра и северного моста 1,275 В. Выше этого уровня для каждого увеличения частоты/множителя вам потребуется заметное повышение напряжения.

Обратите внимание, что вы можете достичь 3,1 ГГц с напряжением 1,275 В вместо штатного напряжения 1,325 В. Эффект заключается в том, что энергопотребление (120 Вт) недалеко от штатных настроек (110 Вт под нагрузкой, 2,7 ГГц @ 1,325/1,275 В). Это означает, что мы можете получить больше производительности, затратив “всего” на 10 Вт больше. Что ещё более интересно, энергопотребление в режиме бездействия примерно такое же, что и на штатных настройках (75 Вт).

Если вы хотите доработать p-состояния, то лучшей комбинацией будет 2,5 ГГц для p-состояния в режиме бездействия и 3,1 ГГц для производительного p-состояния.

Athlon X2 7850

Самое низкое напряжение, которое мы смогли использовать с этим процессором, составило 1,0 В, так что вы, фактически, можете выставлять частоту до 2,4 ГГц “бесплатно”. Мы не проводили тестов такого же числа настроек, как в случае Athlon X2 7750, главным образом из-за ограничений по времени. Но вы можете видеть, что после 2,4 ГГц на графике напряжения можно выделить три участка. Оптимальное соотношение тактовой частоты, напряжения и энергопотребления у этого процессора наблюдается на 2,9 ГГц. После этого энергопотребление начинает увеличиваться намного быстрее, чем напряжение. На частоте 3,2 ГГц мы уже достигаем 149 Вт под нагрузкой (и это без дискретной видеокарты, напомним), а на 3,3 ГГц энергопотребление просто слишком высокое, чтобы оправдать производительность (174 Вт).

Если вы выбираете между Athlon X2 7750 и 7850, то процессора Athlon X2 7750 будет более привлекателен. Он чуть дешевле, да и потребляет меньше энергии. Вместе с тем вы получите тот же ёмкий кэш L3, разблокированный множитель линейки Black Edition и примерно такой же верхний предел разгона.

Athlon II X2 250

Первое, что сразу же можно сказать по графику этого процессора: низкое энергопотребление в режиме бездействия практически не зависит от тактовой частоты. Так что если большую часть времени ваш процессор находится в режиме бездействия, вы можете отключить управление энергосбережением, и всё равно вы получите серьёзную экономию энергии. Да, мы специально проверяли, не включает ли процессор троттлинг тактовой частоты – нет, не включает. Ещё одно интересное заключение будет в том, что мы смогли даже выставить чуть меньшее напряжение (на 0,025 В), чем раньше. Это объясняет дополнительное падение на 10 Вт на штатной частоте процессора 3 ГГц под нагрузкой.

У Athlon II X2 250 нет кэша L3, в отличие от предшествующих моделей, но примерно на том же напряжении он может работать примерно на 400 МГц быстрее. Фактически, он смог достичь 3,625 ГГц при том же уровне энергопотребления, что наш образец Athlon X2 7750 (2,7 ГГц @ 1,1 В). Хотя вы не получите разблокированных множителей, потенциал по разгону довольно серьёзный. И, конечно, процессор может работать как с памятью DDR2, так и DDR3.

Среди важной функции, которая есть у Athlon II X2 250 (и которой нет у обоих Athlon X2 7750 и 7850) – это p-состояния, вернее, использование больше двух p-состояний. Конечно, если посмотреть на значения энергопотребления в режиме бездействия и под нагрузкой, то двух p-состояний будет достаточно, а именно “младшего” 1,7 ГГц и “старшего” на 3 ГГц. Если же вы планируете разгонять процессор, то можете выставить два дополнительных p-состояния на 3,375 ГГц и 3,625 ГГц.

Если вы сравните значения энергопотребления с таковыми на штатных настройках, то наверняка увидите, что мы смогли запустить процессор на частоте 3,625 ГГц, и при этом остаться в прежнем тепловом пакете (73 Вт в режиме бездействия, 110 Вт под нагрузкой).

Phenom II X3 710

Напомним, что нам пришлось разогнать интерфейс HT до 245 МГц (хотя мы оставили множитель 7x) для получения частот выше 2,6 ГГц. Всё же процессор не относится к линейке Black Edition. В итоге прирост частот оказался не таким постепенным; это объясняет относительно высокий подъём в энергопотреблении при переходе с 2,7 ГГц на 2,895 ГГц.

В отличие от Athlon X2 7750, здесь мы не наблюдаем “бесплатных мегагерц”. Если вы хотите минимально снизить энергопотребление, то мы рекомендуем установить 1,6 ГГц. Этот уровень можно поставить в качестве “младшего” p-состояния. Вы можете выбрать 1,7 ГГц и 2,2 ГГц в качестве промежуточных p-состояний, а “старшее” p-состояние установить на 2,6 ГГц.

Если же вы разгоняете процессор, то имеет смысл ориентироваться на 3,06 ГГц. Вам даже не придётся менять настройки p-состояний (за исключением напряжений). Промежуточные и минимальные p-состояния уже оптимальны (2,327 ГГц, 1,715 ГГц и 980 МГц).

Давайте сравним наши значения со штатными. На частоте 3,06 ГГц мы по-прежнему получаем примерно такой же уровень энергопотребления. В конце концов, мы используем такое же напряжение. Однако энергопотребление в режиме бездействия выше примерно на 10 Вт (92 против 81 Вт). Разница осталась бы такой же, если бы мы выбрали p-состояние 2,7 ГГц @ 1,15 В для режима бездействия.

Phenom II X4 945

Как и в случае процессора Phenom II X3 710, нам пришлось разогнать интерфейс HyperTransport до 250 МГц, чтобы получить частоту выше 3 ГГц; перед нами всё же процессор не из серии Black Edition. Получить энергопотребление ниже 70 Вт на материнской плате Gigabyte GA-MA790GP-DS4H нам не удалось. С учётом сказанного, 1,9 ГГц кажется нам лучшим выбором в качестве p-состояния для режима бездействия или, по крайней мере, в качестве второго промежуточного p-состояния. Первое промежуточное p-состояние можно выставить на уровне 2,5 ГГц, а производительное p-состояние – на 3 ГГц.

Мы не смогли достичь стабильной работы на частоте выше 3,5 ГГц, даже выставив напряжение 1,35 В. Так что самая высокая настройка в данном случае будет 1,25 В (3,5 ГГц). Эта настройка не такая хорошая с точки зрения энергопотребления, поскольку прирост напряжения приводит к скачку энергопотребления. Всё же оптимальной настройкой будет частота 3 ГГц, штатная для данного процессора. Если же вы планируете заниматься разгоном, то обратите внимание на настройку 3,25 ГГц, разница оказывается незначительной (от 5 до 10 Вт).

На плате GA-MA790GP-DS4H нам не пришлось увеличивать напряжения “младших” p-состояний после разгона. Это означает, что вы можете использовать 2,5 ГГц и 3 ГГц в качестве промежуточных p-состояний, 2 ГГц выставить в минимальное p-состояние, а 3,5 ГГц – в производительное p-состояние. Энергопотребление в режиме бездействия при разгоне на этой материнской плате будет почти таким же.

Поскольку мы использовали почти такое же напряжение в режиме 3,5 ГГц (1,25/1,25 В по сравнению со штатным 1,35/1,1 В), мы смогли немного снизить энергопотребление по сравнению со штатным (96/177 Вт по сравнению со 103/177 Вт). При напряжении 1,15 Вт мы всё ещё можем добраться до 3,125 ГГц. Если вы хотите получить низкое энергопотребление в режиме бездействия, то используйте 2,5 ГГц @ 0,95 В. Сравните эту настройку с режимами по умолчанию от 800 МГц до 2,5 ГГц. Разница существенна.

Phenom II X4 955 BE

Если вы посмотрите на данные в таблице, то поймёте, почему самые экономичные процессоры AMD работают на частотах ниже 2,5 ГГц. На данных тактовых частотах Phenom II X4 955 требуется всего 1,0 В (на самом деле меньше), а потребляет он всего до 100 Вт под нагрузкой. Напомним, что такой же уровень энергопотребления мы наблюдали у Athlon II X2 250 на 3 ГГц. С 45-нм техпроцессом AMD вы можете либо заставить два ядра работать на 3 ГГц, либо получить четыре ядра на 2,5 ГГц с 6 Мбайт кэша L3. Неплохо.

Оптимальная комбинация тактовой частоты, напряжения и энергопотребления здесь наблюдается примерно на том же уровне, что и у Phenom II X4 945 – 3 ГГц. После этого порога энергопотребление очень сильно увеличивается, как мы уже видели в случае Phenom II X4 945.

Мы смогли достичь 3,6 ГГц на 1,325 В, что мы не смогли сделать с процессором Phenom II X4 945. Если вы посмотрите на результаты Athlon II X2 250, то там мы смогли использовать тот же самый уровень напряжения для увеличения частоты до 3,625 ГГц. Энергопотребление на данном уровне оказалось очень высоким (188 Вт), но это всего на 11 Вт больше, чем у Phenom II X4 945 на 3,5 ГГц. В принципе, можно остановиться и на 3,4 ГГц, если вы не хотите слишком сильно поднимать энергопотребление.

Три материнских платы

В середине статьи мы упомянули некоторые вариации по соотношению производительность/энергопотребление, которые мы получили во время тестов процессоров. Большинство из них были связаны с используемыми материнскими платами. Нам было весьма интересно оценить, насколько существенны будут эти отличия. Поэтому мы установили процессор Athlon II X2 250 на все наши доступные платформы и провели тесты. Вот что мы увидели.

В режиме бездействия две материнские платы Gigabyte дали практически одинаковый уровень производительности (синяя пунктирная линия и красная сплошная). В начале режима бездействия энергопотребление системы составило около 60 Вт, но затем, когда Windows выключила монитор, энергопотребление упало до уровня около 50 Вт. Под нагрузкой Gigabyte GA-MA790GP-UD4H смогла дать небольшую экономию энергии, энергопотребление составило примерно на 4 Вт больше, чем у TA790GX 128M. Именно по этой причине мы говорим о том, что Athlon II X2 250 более эффективен по энергопотреблению, чем Athlon X2 7750. При выборе правильной материнской платы этот процессор даст самое низкое энергопотребление из всех моделей CPU, которые мы протестировали.

Разница в энергопотреблении между тремя материнскими платами может быть связана с их напряжением VTT. У Biostar напряжение VTT составляет 1,25 В, а у двух плат Gigabyte – 1,9 В. Если вы знакомы с напряжением VTT, то понимаете, что более высокое напряжение помогает получить лучший разгон. Это верно, и нам не потребовалось увеличивать напряжение при повышении частоты HyperTransport на материнской плате GA-MA790GP-DS4H. Чтобы достичь такой же тактовой частоты, что на материнской плате GA-MA790GP-DS4H, нам приходилось немного повышать напряжение ядра/северного моста на плате Biostar. Энергопотребление было схожим, когда процессор был под нагрузкой, но, как вы можете видеть, оно отличается в режиме бездействия.

Несмотря на свои недостатки, материнская плата Biostar TA790GX обеспечивает очень низкое энергопотребление при работе с правильным процессором, таким как Athlon II X2 250. К счастью в ближайшие недели мы сможем протестировать большее число материнских плат, чтобы выбрать модель с низким энергопотреблением без недостатков, которые мы обнаружили.

Напряжение по умолчанию слишком консервативно

На основе результатов, которые мы получили на наших образцах, можно сделать вывод, что AMD очень консервативно подошла к напряжениям. Хотя компания “исправила” многие проблемы с Cool’n’Quiet на своих новых процессорах (в нашей статье это Phenom II X3 710, X4 945 и 955), напряжения по умолчанию выставлены несколько выше требуемого уровня. У этих процессоров напряжение по умолчанию дало нам достаточно потенциала, чтобы получить разгон на примерно 400-500 МГц. Но смысл нашей статьи не в этом.

А суть в том, что по умолчанию AMD подходит слишком консервативно к напряжению “младших” p-состояний. Вероятно, это сделано для поддержания стабильности среди тысяч и тысяч кристаллов CPU, которые, как мы знаем, отличаются друг от друга. Как известно, “младшие” p-состояния во многом определяют энергопотребление процессоров после включения Cool’n’Quiet. Поскольку энергопотребление входит в расчёт производительности на ватт, то штатные значения, реализованные AMD и производителями материнских плат, не всегда будут лучшими для энтузиастов, умеющих настраивать свои машины.

К счастью, сегодня можно найти весьма эффективные решения.

Вы можете снизить напряжения до уровня, который необходим для каждого p-состояния. Это позволило нам сократить энергопотребление системы на 20-25 Вт. Довольно существенно, поскольку энергопотребление наших систем составляло от 100 до 200 Вт, в зависимости от используемого процессора.