Материнские платы на Intel P55 и разгон Intel Core i7-870: работа над ошибками – THG.RU

Мифы о низком энергопотреблении

Наши сравнительные тесты материнских плат показали, что интерфейс Intel LGA 1156 привнёс долгожданную эффективность по сравнению с платформой LGA 1366, ориентированной на энтузиастов. Но лишь часть экономии энергии является следствием перехода на новое ядро CPU Lynnfield, оставшаяся часть связана с переносом некоторых функций с северного моста чипсета на кристалл процессора, что повышает уровень интеграции. Более того, большая часть экономии энергии, которую даёт новое ядро CPU, следует из небольших оптимизаций кристалла, которые позволили новым процессорам работать с чуть меньшим напряжением питания – об этой характеристике часто забывают во время разгона.

Поскольку процессоры Bloomfield и Lynnfield используют те же 8 Мбайт кэша L3 и производятся по 45-нм техпроцессу, 37% разница по тепловому пакету реалистична только при условии работы процессоров в штатных режимах. Если установить на обоих процессорах идентичное напряжение на ядре в целях разгона, то новые CPU во многом станут напоминать неэффективные модели – этот факт можно обнаружить только после проведения большого количества расширенных тестов.

Поэтому когда некоторые производители материнских плат решили сэкономить на стабилизаторах напряжения “дружественных к разгону” моделей LGA 1156, установив уровень, который инженеры признали приемлемым, они были шокированы тем, что материнские платы не смогли выдержать даже наши рядовые тесты разгона. С результатами вы можете ознакомиться в нашем недавнем тесте недорогих материнских плат на Intel P55.

Ограничение 150 Вт по питанию звучит вполне внушительно, но наши тесты доказали, что этот уровень легко превзойти даже при не очень высоком напряжении при воздушном охлаждении CPU. Мы начнём наше нынешнее исследование с анализа энергопотребления, взяв в качестве основы материнскую плату, известную солидным потенциалом разгона. А затем мы рассмотрим, как производители материнских плат, вышедших из строя во время наших тестов разгона, решили проблемы.

Шаг 1: поиск пределов разгона

Мы выбрали одну из двух лучших моделей по результатам нашего сравнительного тестирования материнских плат на Intel P55. Asus P7P55D была взята за стабильность и поддержку программы работы с образами, которую мы используем. Две лидирующие материнские платы были довольно близки по возможностям разгона, поэтому поддержка нашей программы оказалась решающим фактором – иметь под рукой готовый образ жёсткого диска всегда удобнее, чем разбираться с системным разделом, “слетевшим” из-за неудачного разгона.

Нажмите на картинку для увеличения.

Мы использовали напряжение 1,45 В для оценки возможностей разгона во всех предыдущих обзорах материнских плат, вышедших после объявления 45-нм техпроцесса у процессоров Core 2 Duo. Данная настройка нас не подводила – она позволяла получить разгон выше четырёх гигагерц на самых разнообразных процессорах, от “бюджетного” Pentium E5200 до последних процессоров Core i7 под LGA 1366 и LGA 1156.

Нажмите на картинку для увеличения.

При напряжении 1,448 В наш процессор Core i7-870 смог достичь 4,28 ГГц – мы округлили это значение до 4,3 ГГц в диаграммах данной статьи. Поскольку мы сфокусировались на энергопотреблении и производительности CPU, то сбросили множитель памяти до 5x BCLK, сохранив при этом задержки 8-8-8-24 нашего предыдущего обзора.

Самый высокий уровень напряжения, который мы встречали у процессоров на штатных настройках, составлял 1,25 В со всеми функциями энергосбережения и изменения частоты. Конечно, данный уровень напряжения вряд ли будет хорошо сочетаться с максимальным разгоном, поскольку любое “проседание” напряжения или повышение множителя может “повесить” систему. Впрочем, нам всё равно было интересно посмотреть, какой разгон мы сможем получить на максимальном штатном напряжении, поэтому мы вручную выставили в BIOS уровень напряжения, который дал 1,248 В под полной нагрузкой, когда все функции энергосбережения и Turbo Boost были выключены.

Нажмите на картинку для увеличения.

Хотя режим Intel Turbo Boost может поднимать частоту процессора до 3,20 ГГц при четырёх активных ядрах, мы смогли достичь 3,77 ГГц без увеличения напряжения. Потеря функций энергосбережения существенно снизила эффективность при частичной нагрузке, но данный тест показывает, что Intel может, по крайней мере, в теории, выпустить более скоростные процессоры на таком же ядре.

Теперь, когда мы указали максимальный и минимальный уровни напряжения, выбранные нами для разгона, третья настройка покажет, насколько стремительно растёт энергопотребление. Мы выбрали средний уровень 1,35 В, который многие сборщики сочтут оптимальным для достижения баланса между приличным разгоном и многолетней стабильной работой.

Нажмите на картинку для увеличения.

Оверклокерам, заинтересованным в длительной стабильной работе системы, будут интересны наши результаты разгона: 4,04 ГГц при напряжении 1,344 В под полной нагрузкой. В наших диаграммах мы округлили эту частоту до 4,0 ГГц.

Тестовая конфигурация

Целью данной статьи будет исследования роста энергопотребления после разгона, но без тестов производительности материал был бы не такой полный. Именно поэтому мы провели тот же набор тестов, что и в предыдущем обзоре материнских плат на Intel P55.

Кулер Thermalright MUX-120 достаточно крупный, чтобы справиться с охлаждением нашего разогнанного процессора Core i7-870 при напряжении 1,45 В под стрессовой нагрузкой восемью потоками Prime95 и температурой окружающей среды 22 градуса Цельсия.

Тесты и настройки

Результаты тестов

3D-игры

Большинство игр начинают упираться в GPU при повышении графических настроек, при этом прирост производительности после разгона CPU становится уже не таким заметным.

Приложения

Технология Intel Turbo Boost позволяет процессору Core i7-870 достичь множителя 27x в однопоточных приложениях и 26x в двухпоточном режиме. Мы выключали Turbo Boost в тестах разгона, поэтому в однопоточных приложениях выигрыш от разгона будет меньше всего.

Синтетические тесты

Производительность 3DMark ограничена, по большей части, видеокартой, а PCMark очень сильно зависит от производительности ввода/вывода. Самый крупный выигрыш после разгона CPU, как и можно было ожидать, наблюдается в SiSoftware Sandra.

Шаг 2: исследуем энергопотребление

Разгон нашего процессора Core i7 с не очень высоким уровнем напряжения оказался достаточен, чтобы сжечь стабилизаторы напряжения на трёх недорогих материнских платах, поэтому основной целью данной статьи был поиск причины печальных событий. Сколько энергии может потреблять разогнанный Core i7-870?

На диаграмме приведено энергопотребление всей системы от розетки, поэтому для оценки энергопотребления CPU нужно принять во внимание пару параметров. Первый: максимальный тепловой пакет 95 Вт, который Intel указывает для процессора Core i7-870 на штатных тактовых частотах. А второй – эффективность блока питания, которая не зависит от системы и составляет около 90%. Предположим, что мы достигли планки теплового пакета TDP у процессора на штатных тактовых частотах, нагрузив его восемью потоками Prime95. При этом полное энергопотребление системы 178 Вт минут потери блока питания 17,8 Вт приведут к тому, что на всю систему помимо процессора тратится около 65 Вт. Поскольку GPU во время нашего теста энергопотребления бездействовал, то число получилось вполне достоверным.

На частоте 3,8 ГГц с напряжением 1,25 В энергопотребление увеличилось до 225 Вт. Если мы вычтем потери на блоке питания 22,5 Вт и 65 Вт на систему, то останемся с процессором, потребляющим 137 Вт энергии. Это довольно близко к значению 150 Вт, на котором строился дизайн материнских плат ASRock по словам производителя.

На частоте 4,0 ГГц с напряжением 1,35 В энергопотребление составило 274 Вт. Вычитаем 27,4 Вт потерь на блоке питания, 65 Вт на оставшиеся компоненты системы – получаем энергопотребление центрального процессора 181 Вт.

А теперь перейдём к самому крупному значению при нашем стандартном напряжении 1,45 В для разгона: на частоте CPU 4,3 ГГц система потребляла 339 Вт. Вычитаем потери на блоке питания 33,9 Вт, энергопотребление других компонентов системы 65 Вт, после чего энергопотребление CPU составит 240 Вт. Энергопотребление CPU превысило безопасный (на наш взгляд) уровень 200 Вт, даже если мы занизили энергопотребление всех других компонентов на 40 Вт.

Мы сомневаемся, что мы серьёзно занизили энергопотребление других компонентов, но нам нужно учесть ещё и эффективность стабилизаторов напряжения CPU, но это сделать проблематично. В любом случае, эффективность преобразования обратно пропорциональна выделяемому теплу, и разгон серьёзно нагрел стабилизаторы напряжения материнской платы Asus (на следующей диаграмме показана разница между температурой стабилизаторов напряжения и комнатной).

Конечно, температура и нагрузка влияют на эффективность других компонентов, поэтому мы можем сделать только предположения. Наши рассуждения выше доказывают, что процессор потребляет не больше 240 Вт после разгона под стрессовой нагрузкой. Предположительно, его энергопотребление составляет где-то между 200 и 240 Вт после максимального разгона под стрессовой нагрузкой.

Число тактов в расчёте на ватт.

Если бы производительность приложений была прямо пропорциональна тактовой частоте CPU, то наша система теряла бы 7%, 18% и 30%, соответственно, по эффективности под полной нагрузкой после разгона с напряжениями CPU 1,25 В, 1,35 В и 1,45 В. С другой стороны, эффективность в режиме бездействия ощутимо падает только после отключения функций энергосбережения.

Суммарная производительность приложений.

Чтобы найти реальную эффективность, нам нужно учитывать реальный прирост производительности после разгона. Прирост несколько снижается тестами, зависящими от производительности GPU, в любом случае, после максимального разгона прирост производительности составил 18%.

Эффективность: производительность на ватт.

Из-за серьёзного увеличения тепловыделения со скромным приростом производительности мы получили падение эффективности на треть при максимальном разгоне.

Шаг 3: оценка решений

Теперь, когда мы определили условия, при которых три материнские платы вышли из строя в предыдущем обзоре, мы можем оценить улучшения, внесённые ASRock и MSI. На предыдущей странице явно показано, что при напряжении 1,45 В процессор потребляет больше 200 Вт, а инженеры ASRock указали нам, что стабилизатор напряжения платы P55 Pro рассчитан на максимум 150 Вт. Многие читатели могут подумать, что для решения проблемы требуется внести аппаратные изменения, однако у ASRock уже есть аппаратное решение, встроенное в плату.

Нажмите на картинку для увеличения.

Как мы узнали, материнская плата уже содержит встроенную защиту от превышения допустимой нагрузки, но ASRock просто выключила её в BIOS, полагая, что среднему оверклокеру эта функция ни к чему. Обновление BIOS до версии 1.80 как раз исправляло проблему P55 Pro, и ASRock даже представила нам розничную версию материнской платы из магазина Newegg, чтобы это доказать.

Нажмите на картинку для увеличения.

MSI утверждала, что материнская плата, полученная нами, была произведена ещё до розничных продаж, поэтому компания заменила её такой же моделью. Мы исследовали плату в деталях, пытаясь обнаружить изменения в компонентной базе, но так ничего и не нашли. Чтобы определить, связан ли дефект с предыдущим образцом, мы провели тесты новой материнской платы с той же версией BIOS, что и в оригинальном обзоре.

Нам было приятно узнать, что простое обновление BIOS позволило нам полностью протестировать возможности разгона P55 Pro без малейших последствий для материнской платы. Мы провели несколько часов стрессовых тестов с помощью восьми потоков Prime95 с напряжением CPU 1,35 В без каких-либо проблем. И плата должным образом выключалась, когда мы увеличивали нагрузку путём повышения напряжения и тактовой частоты. Единственным способом дальнейшего разгона без срабатывания системы защиты стабилизатора напряжения было проведение тестов при меньшей вычислительной нагрузке. Либо, хотя это не очень удобно для 100% стабильной работы, можно отключить часть ядер. В конце концов, Intel намекает на это вместе с грядущим двуядерным процессором LGA 1156 (32-нм Clarkdale).

Плата MSI P55-CD53 оказалась ограниченной намного меньшим уровнем напряжения, и в наших тестах пределом стал уровень 1,25 В. В отличие от ASRock, плата P55-CD53 выключала стабилизатор напряжения CPU только при повышении тепловой нагрузки. Когда мы выставляли напряжение со смещением больше 0,210 В относительно штатного (это единственный способ регулировки напряжения у платы MSI), то мы получали чёрный экран. Дальнейшие поиски показали, что причиной стал крошечный радиатор стабилизаторов напряжения. На самом деле мы не знаем, с каким энергопотреблением может справиться эта плата, поскольку тепловая защита включалась намного раньше, чем защита от чрезмерной нагрузки. Впрочем, данный механизм защиты работал хорошо в нашем тесте, таким образом, мы снимаем все претензии при работе на штатном уровне напряжения (или чуть более высоком).

Заключение: ASRock исправляет, MSI выживает

Как мы изначально предполагали, ни одна материнская плата, допускающая разгон, не должна увеличивать энергопотребление CPU до таково уровня, чтобы сжечь стабилизаторы напряжения. В конце концов, если допускаются настройки разгона, то и должен присутствовать соответствующий механизм защиты. Мы понимаем, что недорогие платы используют стабилизаторы напряжения с меньшей мощностью, но это, в свою очередь, как раз приводит к необходимости наличия подобной защиты. Любая недорогая материнская плата, у которой производитель решил сэкономить на защите, не должна содержать возможности изменения напряжения питания CPU, да и она не должна позиционироваться на рынок оверклокеров.

ASRock прекрасно справилась с ситуацией, поскольку у платы P55 Pro уже есть система защиты, и для её активации потребовалось простое обновление BIOS. Конечно, отключение защиты в предыдущих версиях BIOS кажется нам серьёзной ошибкой, но обновление BIOS до версии 1.80 оказалось достаточным, чтобы восстановить наше доверие к этой модели. Она смогла разогнать процессор Core i7-870 до 4,0 ГГц при напряжении 1,35 В. Если вы хотите сильнее разгонять процессор, используя большее напряжение, то просто выберите более дорогую модель материнской платы. Но если рекордов разгона вы ставить не собираетесь, то вас наверняка удовлетворит и эта недорогая модель, у которой много весьма приятных функций для энтузиастов: два порта eSATA, диагностический дисплей Port 80, кнопки питания и сброса на плате, кнопка CLR_CMOS на задней панели ввода/вывода и порт IEEE-1394.

Модель MSI P55-CD53 предлагает меньше функций и не так эффективно поддерживает разгон, но эту материнскую плату вполне можно рекомендовать для тех, кто не планирует разгонять систему. Впрочем, если принять во внимание скромное энергосбережение на штатных тактовых частотах и скромные возможности разгона, мы не знаем, почему бы энтузиастам не выбрать менее дорогую, более функциональную и лучше разгоняющуюся ASRock P55 Pro.

На этом месте многие читатели наверняка спросят: “где же третья плата, которая вышла из строя в оригинальном обзоре?” К сожалению, ECS так и не смогла решить нашу проблему с разгоном. Материнская плата P55H-A оказалась единственной в нашем обзоре недорогих моделей с поддержкой режима x8 для второго графического слота x16 PCI Express, поэтому она легко могла бы стать победительницей… Если бы не сгорела.

Если у вас остались сомнения по поводу покупки одной из представленных моделей, то спешим их развеять. Улучшения в BIOS 1.80 позволяют назвать ASRock P55 Pro прекрасной моделью по соотношению цена/качество, несмотря на “детские болезни” с разгоном. И нам понравился прекрасный набор функций и качественные компоненты. К сожалению для ASRock мы не присуждаем награды задним числом, но мы уверены, что у компании есть все шансы впечатлить нас в будущем.