Почему повышение тока на AMD Ryzen не убьёт ваш процессор
Если кто-то хочет повысить быстродействие CPU, обычно он находит способ сделать это. Будь то пользователь, самостоятельно разгоняющий свой компьютер, или же производители материнских плат, подстраивающие настройки для улучшения быстродействия ЦП ещё перед продажей – в итоге всем хочется увеличить быстродействие, и по множеству причин. Эта ненасытная жажда максимального быстродействия означает, однако, что некоторые из этих подстроек и изменений могут вывести ЦП за пределы «спецификаций». В итоге часто можно видеть методы, выполняющие обещания по увеличению скорости работы за счёт увеличения температуры или сокращения времени жизни железа.
В этой связи стоит рассмотреть появившуюся недавно информацию о том, что производители материнских плат играют с настройками тока, подаваемого на процессоры от AMD. Увеличивая его, они увеличивают и потенциальную мощность процессора, что в итоге приводит к увеличению не только скорости работы, но и температуры. Такой подход к подстройке железа нельзя назвать новым, однако недавние события вызвали волну замешательства, вопросов о том, что происходит на самом деле, и какие последствия это может повлечь для процессоров AMD Ryzen. Чтобы прояснить эту ситуацию, мы решили сделать данный обзор.
Старомодные способы: методы расширения спектра, мультиядерные улучшения, PL2
За время работы редактором по материнским платам, а потом и по CPU, я постоянно сталкиваюсь с ухищрениями, на которые производители материнок готовы идти ради того, чтобы вырваться вперёд по быстродействию в гонке с конкурентами. Мы первыми рассказали о такой настройке, как «мультиядерное улучшение» [MultiCore Enhancement], появившейся в августе 2012 года, и выставляющей рабочую частоту всех ядер выше той, что указана в спецификациях, а иногда и откровенно разгоняющей рабочую частоту. Однако производители материнских плат занимались подстройкой разных свойств, связанных с быстродействием, и задолго до этого. Можно вспомнить метод расширения спектра с увеличением базовой частоты со 100 МГц до 104,7 МГц, благодаря которому увеличивалось быстродействие на поддерживающих его системах.
В последнее время на платформах Intel видны попытки производителей по увеличению пределов мощности с тем, чтобы материнские платы выдерживали турборежим работы как можно дольше – и только потому, что производители материнских плат перестраховываются при разработке обеспечения питания компонентов. За последние пару недель мы обнаружили примеры того, как некоторые производители материнских плат просто игнорируют новые требования Intel Thermal Velocity Boost.
Короче говоря, каждый производитель материнских плат хочет быть лучшим, и для этого часто размываются пределы того, что считается «базовыми спецификациями» процессора. Мы довольно часто писали о том, что граница между «спецификациями» и «рекомендуемыми настройками» может быть размытой. Для Intel мощность в режиме турбо, указанное в документации, является рекомендуемой настройкой, и любое значение, установленное на материнских платах, технически укладывается в спецификации. Судя по всему, Intel считает разгоном только увеличение частоты режима турбо.
Подстройка материнских плат с разъёмом AM4
Теперь мы переходим к новостям – производители материнских плат пытаются подстроить материнские платы Ryzen так, чтобы выжать из них больше быстродействия. Как подробно объяснялось на форумах HWiNFO, у платформ АМ4 обычно есть три ограничения: Package Power Tracking (PPT), обозначающее максимальную мощность, которую можно подавать на разъём; Thermal Design Current (TDC), или максимальный ток, подводимый к регуляторам напряжения в рамках тепловых ограничений; Electrical Design Current (EDC), или максимальный ток, который в принципе может подаваться на регуляторы напряжения. Некоторые из этих показателей сравниваются с метриками, получаемыми внутри процессора или снаружи, в сети подачи питания, с целью проверки превышения пороговых значений.
Чтобы подсчитать параметры программного управления питанием, с которым сравнивается РРТ, сопроцессор управления питанием получает значение тока от управляющего контроллера регулятора напряжения. Это не реальное значение силы тока, а безразмерная величина от 0 до 255, где 0 – это 0 А, а 255 – максимальное значение тока, которое может обработать модуль регулятора напряжения. Затем сопроцессор управления питанием проводит свои подсчёты (мощность в ваттах = напряжение в вольтах, умноженное на ток в амперах).
Этот безразмерный диапазон нужно калибровать для каждой материнской платы, в зависимости от её схемы и используемых компонентов – а также дорожек, слоёв и качества в целом. Чтобы получить точное значение коэффициента масштаба, производитель материнских плат должен тщательно замерить правильные показатели, а потом написать прошивку, которая будет использовать эту таблицу в подсчётах мощности.
Это означает, что в принципе существует способ поиграться с тем, как система интерпретирует пиковую мощность процессора. Производители материнских плат могут уменьшать это безразмерное значение тока, чтобы процессор и сопроцессор управления питанием считали, что на процессор подаётся меньше мощности, и в итоге ограничитель PPT не активировался. Это позволяет процессору работать в режиме турбо, превосходящем то, что изначально планировали в AMD.
У этого есть несколько последствий. Процессор будет потреблять больше энергии, в основном в виде увеличения тока. Это приведёт к повышению теплоотдачи. Поскольку процессор работает быстрее (потребляя больше энергии, чем считает ПО), он покажет лучшие результаты в тестах на быстродействие.
Если у вашего процессора базовая TDP 105 Вт, а PPT равняется 142 Вт, то при нормальных условиях стоит ожидать, что на заводских настройках процессора будет рапортовать о потреблении 142 Вт. Однако если установить безразмерный показатель тока на 75% от реального, то реально он будет потреблять в районе 190 Вт = 142/0,75. Если остальные ограничения не затронуты, то процессор будет рапортовать о 75% от PPT, что будет запутывать пользователя.
Выход ли это за рамки спецификаций?
Если считать, что PPT, TDC и EDC являются основой спецификаций AMD для потребления мощности и тока, то да, это выходит за рамки спецификаций. Однако PPT по своей природе выходит за рамки TDP, поэтому тут мы уже попадаем в загадочный мир определений понятия «турбо».
Как мы уже обсуждали ранее касательно мира Intel, пиковое потребление энергии в режиме турбо Intel сообщает производителям материнских плат только в качестве «рекомендованного значения». В итоге чипы от Intel примут любое значение в качестве пикового энергопотребления, как разумные величины типа 200 Вт или 500 Вт, так и безумные, типа 4000 Вт. Чаще всего (и в зависимости от процессора), чип упирается в другие ограничения. Но в случае с самыми мощными моделями этот параметр стоит отслеживать. Значение тау, обозначающее длительность нахождения в режиме турбо, и определяющее объём ведра с энергией, из которого режим турбо её черпает, тоже можно увеличить. Вместо значения по умолчанию из диапазона от 8 до 56 секунд, тау можно увеличивать практически до бесконечности. Согласно Intel, всё это укладывается в спецификации – если производители материнских плат могут делать материнские платы, обеспечивающие все эти показатели.
Intel считает, что настройки выходят за рамки спецификаций, когда частота работы процессора выходит за пределы таблиц турбо режима для Turbo Boost 2.0 (или TBM 3.0, или Thermal Velocity Boost). Когда процессор выходит за эти пределы, Intel считает это разгоном, и считает себя свободной от выполнения гарантийных обязательств.
Проблема в том, что если попытаться перенести те же правила на ситуацию с AMD, то у AMD нет турбо-таблиц как таковых. Процессоры AMD работают, предлагая наибольшую возможную частоту в зависимости от ограничений по току и мощности в любой момент времени. При увеличении количества задействованных в работе ядер уменьшается энергопотребление каждого отдельного ядра, и вслед за ним и общая частота. И тут мы углубляемся в детали по отслеживанию огибающей частоты, и всё усложняется из-за того, что AMD может менять частоту шагами по 25 МГц в отличие от Intel, использующей шаги по 100 МГц.
Также AMD использует возможности, выводящие частоту работы чипа за пределы турбо-частоты, описанные в спецификации. Если вы считаете, что это разгон, и судите только по цифрам на коробке – тогда, да, это разгон. AMD в данном случае специально запутывает ситуацию, однако плюсом можно считать некоторое повышение быстродействия.
Подвергается ли мой процессор опасности?
Сразу ответим на этот вопрос – нет, не подвергается. У обычных пользователей с достаточным уровнем охлаждения и на стоковых настройках в течение ожидаемого срока службы проекта никаких проблем быть не должно.
У большинства современных процессов х86 есть либо трёхгодовая гарантия для ритейл-версий в коробочках, либо годовая на ОЕМ. И хотя AMD и Intel не будут менять вам процессор по окончанию этого периода, ожидается, что большая часть процессоров будет работать не менее 15 лет. Мы до сих пор тестируем разные старые процессоры в старых материнских платах, несмотря на то, что их уже давно не обслуживают (и чаще всего проблема заключается во вздувшихся конденсаторах на материнской плате, а не в процессоре).
Когда с конвейера сходит подложка с процессора, компания получает отчёт о надёжности, что помогает определить потенциальное применение для этих процессоров. Сюда входят и такие показатели, как реагирование на изменение напряжения и частоты, а также подверженность электромиграции.
Кроме физического повреждения или перегрева при отключении предела нагрева, главным способом повредиться у современного процессора будет электромиграция. В этом процессе электроны пробираются через проводники процессора и сталкиваются с атомами кремния (и других элементов), в результате выбивая их из кристаллической решётки. Само по себе это редкое явление (вспомните, к примеру, как давно работает проводка в вашем доме), однако на мелких масштабах оно может влиять на работу процессора.
После смещения атома металла в проводнике с его места в кристаллической решётке сечение проводника в этом месте уменьшается. Это увеличивает его сопротивление, поскольку оно обратно пропорционально сечению. Если выбить достаточно атомов кремния, то проводник перестанет проводить ток, и процессор уже нельзя будет использовать. Этот процесс происходит и в транзисторах – там его называют старением транзистора, из-за чего транзистору с течением времени требуется всё большее напряжение («дрейф напряжения»).
При определённых условиях электромиграция идёт быстрее – всё зависит от температуры, использования компонента и напряжения. Один из основных способов справиться с увеличившимся сопротивлением – увеличить напряжение, что в свою очередь увеличивает температуру процессора. В итоге образуется замкнутый круг, из-за которого эффективность процессора со временем падает.
При повышении напряжения (и энергии электрона) и плотности тока (электронов на площадь сечения) шансы электромиграции возрастают. При повышении температуры ситуация может ухудшиться. Все эти факторы влияют на то, сколько электронов могут запастись энергией, достаточной для осуществления электромиграции.
Неблагоприятный процесс, не правда ли? Раньше так и было. При постепенном усовершенствовании производственного процесса и схем работы логических вентилей производители применяли контрмеры, уменьшающие уровень электромиграции. При уменьшении характерных размеров и напряжения этот эффект также становится всё менее заметным – ведь площадь сечения проводников также уменьшается.
Довольно долго большая часть потребительской электроники не страдала от электромиграции. Единственный раз, когда я лично столкнулся с электромиграцией – это когда у меня был процессор Core i7-2600K Sandy Bridge 2011 года, который я разгонял на соревнованиях до 5,1 ГГц с использованием серьёзного охлаждения. В итоге он дошёл до такого состояния, что через пару лет работы ему для нормального функционирования требовалось большее напряжение.
Но тот процессор я гонял в хвост и гриву. Современное оборудование разработано так, чтобы работать десятилетие или более. Судя по отчётам, увеличение нагрева с увеличением энергопотребление оказывается не таким уж и большим. В отчёте Стилта указано, что процессор, видя наличие доступной мощности, немного увеличивает напряжение, чтобы получить прирост в 75 МГц, что увеличивает напряжение с 1,32 до 1,38 во время прогона теста CineBench R20. Пиковое напряжение, значимое для электромиграции, увеличивается всего лишь от 1,41 до 1,42. Общая мощность растёт на 25 Вт – нельзя сказать, что на порядок.
Так что, если моя материнская плата каким-то образом подстроит это воспринимаемое значение тока, не превратится ли мой процессор в кирпич? Нет. Если только у вас не будет каких-то серьёзных ошибок при сборке (например, в системе охлаждения). Всё предполагаемое время жизни продукта, и ещё лет десять после этого, вряд ли эта подстройка будет иметь какое-то значение. Как уже упоминалось, если бы даже это влияло на электромиграцию, то производители процессора встроили механизмы для того, чтобы противодействовать ей. Единственный способ следить за развитием электромиграции – это отслеживать средние и пиковые значения напряжения годами, и смотреть, подстраивает ли процессор автоматически эти параметры для компенсации.
Стоит отметить, что безразмерный показатель силы тока конечный пользователь подстраивать не может – им управляет материнская плата через обновления в BIOS. Если вы занимаетесь разгоном, то вы влияете на электромиграцию гораздо сильнее, чем эта подстройка. Если кто-то из вас беспокоится о температурных режимах, я думаю, что это как раз те люди, которые уже отслеживают и подстраивают пределы параметров в BIOS.
Как узнать, занимается ли этим моя материнская плата
Во-первых, нужно использовать стоковую систему. Если параметры PPT/TDC/EDC изменены, то система уже подстроена по-другому, поэтому сконцентрируемся только на тех пользователях, которые работают со стоковыми системами.
Затем нужно установить последнюю версию HWiNFO и тест, загружающий систему на 100%, к примеру, CineBench R20.
В HWiNFO есть метрика под названием CPU Power Reporting Deviation [отклонение энергопотребления процессора]. Наблюдайте за этим числом, когда система находится под нагрузкой. У нормальной материнской платы число будет равно 100%, а у материнской платы с подстроенным током или регуляторами напряжения этот показатель будет меньше 100%.
- Ваш AMD Ryzen работает на полностью заводских настройках, установленных в BIOS. Никаких настроек в ОС и изменения ограничений по энергопотреблению или току.
- Когда ваш процессор загружен на 100%.
Если это не так, то значение параметра Power Reporting Deviation ничего не значит. Если же эти условия выполнены, а показатель падает ниже 100%, то ваша материнская плата изменяет работу процессора.
Какие у меня есть варианты?
Если ваша материнская плата пытается выжать из процессора больше, чем надо, однако вас устраивает температурный режим и энергопотребление компьютера, то просто наслаждайтесь дополнительным быстродействием. Даже если это всего лишь дополнительные 75 МГц.
С AMD это никак не связано, поскольку вся ответственность ложится на производителей материнских плат. Пользователи могут захотеть обратиться к производителю материнских плат и попросить прислать обновление для BIOS. Если пользователь захочет вернуть такую материнскую плату в магазин, ему нужно уточнить этот вопрос у продавца.
Хотя такое поведение вроде бы нарушает спецификации PPT, на самом деле оно не выходит за (плохо обозначенные) пределы частот. Эта ситуация похожа на то, как производители материнских плат играются с ограничениями мощности на системах от Intel. Однако, возможно, было бы приятно иметь в BIOS опцию, которая позволяла бы включать и выключать такое поведение.
Capacitor Smoothing Circuits & Calculations
Reservoir capacitors are used to smooth the raw rectified waveform in a power supply — it is important to chose the right capacitor with the correct value and ripple current rating.
In a power supply, whether it is a linear power supply or a switch mode power supply using an AC power source and diode rectifiers, the raw rectified output is normally smoothed using a reservoir capacitor before being applied to any regulators or other similar electronic circuitry.
Aluminium electrolytic capacitors are ideal for for acting as smoothing capacitors as many electrolytics are able to provide a sufficiently high capacitance and withstand the level of ripple current needed to smooth the waveform.
Essentially the smoothing circuit fills in the major dips in the raw rectified waveform so that the linear regulator or switch mode power supply circuitry can operate correctly. They change the waveform from being one that changes from zero to the peak voltage over the course of the cycle of the incoming power waveform and change it to one where the changes are very much less. Essentially they smooth the waveform out, and this gives rise to the name.
As smoothing capacitors are used in both linear regulated power supplies and switch mode power supplies, they form an essential part of many of these electronic circuits.
Full wave rectifier with smoothing capacitor
Capacitor smoothing basics
Capacitor smoothing is used for most types of power supply, whether a linear regulated power supply, a switch mode power supply, or even just a smoothed and non-regulated form of power supply.
Typical electrolytic capacitor used for smoothing applications
The raw DC supplied by a diode rectifier on its own would consist of a series of half sine waves with the voltage varying between zero and √2 times the RMS voltage (ignoring any diode and other losses).
A waveform of this nature would not be of any use for powering circuits because any analogue circuits would have the huge level of ripple superimposed on the output, and any digital circuits would not function because the power would be removed every half cycle.
The capacitor smoothing enables the following stages of the linear regulated power supply, or the switch mode power supply to operate correctly.
To smooth the output of the rectifier a reservoir capacitor is used — placed across the output of the reciter and in parallel with the load.
The smoothing works because the capacitor charges up when the voltage from the rectifier rises above that of the capacitor and then as the rectifier voltage falls, the capacitor provides the required current from its stored charge.
In this way the capacitor is able to provide charge when it is not available from the rectifier, and accordingly the voltage varies considerably less than if the capacitor were not present.
The capacitor smoothing will not provide total voltage stability, there will always be some variation in the voltage. In fact the higher the value of the capacitor, the greater the smoothing, and also the less current that is drawn, the better the smoothing.
Smoothing action of a reservoir capacitor
It should be remembered that the only way discharge path for the capacitor, apart from internal leakage is through the load to the rectifier / smoothing system. The diodes prevent backflow through the transformer, etc..
A further point to remember, is that capacitor smoothing does not give any form of regulation and the voltage will vary according to the load and any input variations.
Voltage regulation can be provided by a linear regulator or a switch mode power supply.
Smoothing capacitor value
The choice of the capacitor value needs to fulfil a number of requirements. In the first case the value must be chosen so that its time constant is very much longer than the time interval between the successive peaks of the rectified waveform:
Where:
Rload = the overall resistance of the load for the supply
C = value of capacitor in Farads
f = the ripple frequency — this will be twice the line frequency a full wave rectifier is used.
Smoothing capacitor ripple voltage
As there will always be some ripple on the output of a rectifier using a smoothing capacitor circuit, it is necessary to be able to estimate the approximate value. Over-specifying a capacitor too much will add extra cost, size and weight — under-specifying it will lead to poor performance.
Peak to peak ripple for output from smoothing capacitor on a power supply (full wave)
The diagram above shows the ripple for a full wave rectifier with capacitor smoothing. If a half wave rectifier was used, then half the peaks would be missing and the ripple would be approximately twice the voltage.
For cases where the ripple is small compared to the supply voltage — which is almost always the case — it is possible to calculate the ripple from a knowledge of the circuit conditions:
Full wave rectifier
Half wave rectifier
These equations provide more than sufficient accuracy. Although the capacitor discharge for a purely resistive load is exponential, the inaccuracy introduced by the linear approximation is very small for low values of ripple.
It is also worth remembering that the input to a voltage regulator is not a purely resistive load but a constant current load. Finally, the tolerances of electrolytic capacitors used for rectifier smoothing circuits are large — ±20% at the very best, and this will mask any inaccuracies introduced by the assumptions in the equations.
Ripple current
Two of the major specifications of a capacitor are its capacitance and working voltage. However for applications where large levels of current may flow, as in the case of a rectifier smoothing capacitor, a third parameter is of importance — its maximum ripple current.
The ripple current is not just equal to the supply current. There are two scenarios:
-
Capacitor discharge current: On the discharge cycle, the maximum current supplied by the capacitor occurs as the output from the rectifier circuit falls to zero. At this point all the current from the circuit is supplied by the capacitor. This is equal to the full current of the circuit.
The shorter charging time gives rise to very large peak current levels as the smoothing capacitor needs to absorb sufficient charge for the discharge period in a very short time.
Pi section smoothing networks
In some applications a linear voltage regulator would not be used, an improved form of smooth could be required. This could be provided by using two capacitors and a series inductor or resistor.
The smoothed power supply approach is used in some high voltage systems and in some other specialist areas, but it is not nearly as common as linear regulated power supplies and switch mode power supplies which provide much better regulation and smoothing.
This approach can also be seen in many vintage wireless sets where the use of a linear regulated power supply was not feasible.
Pi section smoothing filter
There are two options for a π section smoothing system. With two capacitors between the the line and ground, the series element was either and inductor or a resistor. The inductor cost much more and gave better performance, but the resistor was a much cheaper option although it did dissipate more power.
Smoothing capacitors are essential elements of both linear power supplies and switch mode power supplies and as such they are widely used.
When selecting a reservoir capacitor for smoothing applications in a power supply, not only is the value in terms of capacitance important to give the required ripple voltage reduction, but it is also very important to ensure that the capacitor ripple current rating is not exceeded. If too much current is drawn, the capacitor will heat up and its life expectancy reduced, or in extreme cases it could fail, sometimes catastrophically.
Эффективный поддерживающий уход с сыворотками для тела PBSerum
Для того, чтобы всегда иметь привлекательное лицо и тело, необходимо обеспечивать им должный и постоянный уход. С помощью эффективных методов современной эстетической медицины сегодня можно устранить практически любой эстетический недостаток, однако помимо профессиональных процедур, важно обеспечивать коже эффективный поддерживающий уход в домашних условиях. Сегодня на estet-portal.com читайте об уникальных сыворотках для тела PBSerum, которые дарят молодость, жизненную силу и красоту.
Сыворотки для тела PBSerum для эффективного поддерживающего ухода за кожей
Дренажная, антицеллюлитная и укрепляющая сыворотки для тела PBSerum – это эффективные средства для усиления и продления эффекта салонных процедур.
Сыворотки необходимо наносить 1-2 раза в день на проблемные участки кожи, с последующим массажем до полного впитывания. Этого достаточно для того, чтобы получить выраженный эффект после процедуры: кожа становится увлажненной, гладкой, более подтянутой и упругой. Сыворотки PBSerum, представленные в Украине компанией «Интеркосметик Групп», экономичны в использовании, легко распределяются по поверхности кожи, не оставляют жирных следов и обладают многими другими преимуществами, подробнее о которых читайте дальше.
Сыворотки для тела:
• дренажная сыворотка для тела PBS DRAINING POWER: особенности воздействия;
• особенности антицеллюлитной сыворотки для тела PBS SMOOTH OUT POWER;
• Эффективная укрепляющая сыворотка для тела PBS LIFTING POWER.
Дренажная сыворотка для тела PBS DRAINING POWER: особенности воздействия
Дренажная сыворотка для тела PBS DRAINING POWER представляет собой трансдермальную микроэмульсию на основе гиалуронидазы – фермента, оказывающего выраженный дренажный эффект. Гиалуронидаза действует путем устранения избыточного скопления полисахаридов, которые отвечают за накопление жидкости, и, таким образом, оказывает активное дренажное действие и другие эффекты, а именно:
• устраняет отечность;
• разглаживает рельеф кожи;
• формирует силуэт;
• увлажняет кожу;
• снимает тяжесть в ногах;
• восстанавливает микроциркуляцию.
Сыворотка обеспечивает выраженное ощущение свежести, делает кожу шелковистой и гладкой, при этом, не оставляет жирных следов на ней. Рекомендуется применять PBS DRAINING POWER при отечном целлюлите.
Особенности антицеллюлитной сыворотки для тела PBS SMOOTH OUT POWER
Антицеллюлитная сыворотка для тела PBS SMOOTH OUT POWER – это идеальное средство для коррекции целлюлита и придания силуэта. Регулярное ее применение нормализует обменные процессы в подкожно-жировой клетчатке и оказывает целый ряд других эффектов: моделирует и избавляет кожу от «апельсиновой корки», разглаживает и увлажняет ее, поддерживает эластичность и тонус тканей, обеспечивает интенсивное чувство релаксации и хорошее самочувствие. В основе сыворотки – эффективная смесь Коллагеназ G и H (PB220) в микроэмульсионной форме, имеющих высокую фибринолитическую способность, за счет чего уменьшается фибросклероз и устраняется «апельсиновая корка». Коллагеназа селективно действует относительно жестких коллагеновых скоплений целлюлитных узелков, а также оказывает укрепляющий и реструктуризирующий эффекты.
Эффективная укрепляющая сыворотка для тела PBS LIFTING POWER
Укрепляющая сыворотка для тела PBS LIFTING POWER содержит фермент коллагеназу, DMAE, витамин С и гиалуроновую кислоту. Эта высокоэффективная трансдермальная микроэмульсия разработана специально для кожи, которой не хватает упругости. Регулярное применение PBS LIFTING POWER способствует поддержанию структуры кожи, ее плотности и упругости, сглаживанию рельефа и синтезу новых коллагеновых волокон. Сыворотка оказывает выраженный эффект лифтинга, повышает эластичность кожи и обеспечивает дополнительное питание тканей, за счет чего интенсивно увлажняет кожу и делает ее более мягкой.