Изучение нюансов разгона процессоров AMD Bulldozer

Оглавление

• Вступление
• Тестовый стенд
• Поиск ПО для выявления нестабильности
• Нестабильность процессора
• Нестабильность CPU_NB
• Сравнение стресс-тестов для проверки температурного режима
• Разгон процессоров
• FX-8150
• FX-8120
• Разгон CPU_NB
• FX-8150
• FX-8120
• Заключение
• Дополнительные фотографии

Вступление

Видимо, спустя год после выхода процессоров с архитектурой Bulldozer в AMD вспомнили о принципе «лучше поздно, чем никогда» и расщедрились на рассылку своих решений для разного рода экспериментов. Как следствие, начинают появляться интересные материалы о разгоне процессоров. Так, немногим ранее Clear66 экспериментировал с различными конфигурациями СО в попытках выжать максимум из системы с AMD FX-8150 (часть 1, часть 2). Теперь же стоит поговорить об остальных аспектах разгона, в которые входит поиск программного обеспечения для выявления нестабильности тех или иных составляющих компьютера, поиск лучшей «грелки» для CPU, а также выяснение зависимости частотного потенциала ЦП от температуры и напряжения питания.

Да, возможно, к моменту публикации данной статьи в продаже появятся модели архитектуры AMD Vishera, однако имеющиеся на руках у людей решения прошлого поколения не окажутся в одно мгновение неактуальными, а с падением цен способны стать и более выгодными для приобретения. Помимо этого, серьезных архитектурных изменений не предвидится, и материал может быть полезен для потенциальных экспериментов, но уже с новыми процессорами AMD.

Тестовый стенд

• Материнская плата ASUS M5A99X EVO, BIOS 1208;
• Процессоры:
• AMD FX-8150;
• AMD FX-8120;
• Система охлаждения 1: Zalman CNPS10X Performa (120*120*25, ~2000 об/мин);
• Система охлаждения 2: СЖО на базе водоблока Watercool Heatkiller 3.0 и циркуляционного насоса Lowara TLC 25-7L;
• Термоинтерфейс: Prolimatech PK-1;
• Оперативная память: GeIL GB38GB1866C9ADC, 2*4 Гбайта DDR3-1866 (9-10-9-28, 1.5 В);
• Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 580 1536 Мбайт 772/1544/1002 МГц;
• Жесткий диск: Western Digital Caviar Blue (WD500AAKS), 500 Гбайт;
• Блок питания: Corsair CMPSU-750HX, 750 Вт;
• Корпус: открытый стенд.

Расскажу немного о выборе материнской платы для экспериментов (выбранной из того, что было под рукой: ASUS M5A99X EVO, ASUS M5A99FX PRO R2.0, ASRock Fatal1ty 990FX Professional, Biostar TA990FXE и Sapphire Pure Black 990FX).

Платы Sapphire и Biostar капризны сами по себе, ASRock менее уверенно работал с процессором Thuban, а при его максимальном разгоне громко свистел дросселями, M5A99FX PRO R2.0 при схожем с M5A99X EVO дизайне оказалась неудачным экземпляром с периодическими всплесками базовой частоты под нагрузкой. В итоге было выбрано меньшее из зол, хотя в отдельном материале, который выйдет позднее, будет проведено сравнение материнских плат между собой в рамках равных условий тестирования, дабы подтвердить или опровергнуть изначальные предположения.

Все указанные в тексте статьи или на графиках напряжения – значения, установленные в BIOS платы. В качестве примера для более легкого ориентирования приведу результаты замеров напряжений на M5A99X EVO.

Работа Load-Line Calibration для напряжения питания процессора.

Работа Load-Line Calibration для напряжения CPU_NB.

При экспериментах с разгоном использовался режим Load-Line Calibration High для напряжения питания процессора и режим Load-Line Calibration Regular для напряжения питания CPU_NB.

Результаты замера вторичных напряжений.

Все замеры производились при помощи мультиметра Mastech MY64.

Поиск ПО для выявления нестабильности

Программное обеспечение, выбранное для выявления нестабильности условно можно поделить на три категории:

• Программы, изначально ориентированные как стресс-тесты системы. В данную категорию попали LinX 0.6.4 (тестирование производилось в трех режимах, с доступной памятью 1024 Мбайт, 2560 Мбайт и 6144 Мбайт), OCCT 4.3.2.b01 (тест CPU: OCCT в режимах Large Data Set, Medium Data Set и Small Data Set, а так же тест CPU: LINPACK в режиме AVX с 90% доступной памяти), Prime95 v27.7 build2 (в режимах Small FFTs, In-place Large FFTs и Blend), а так же CST 0.20.01a (комбинированный тест, включающий в себя режимы Matrix=5, Matrix=7 и Matrix=15).


• Программы, использующиеся в качестве тестов производительности системы, или эмулирующие ту или иную нагрузку, встречающуюся в повседневной работе ПК. В данную категорию попали Cinebench R10 (тест x CPU), Cinebench R11.5 (тест CPU), wPrime 1.55 (тест 1024M), POV-Ray v3.7 RC3 (тест All CPU’s), TOC F@H Bench v.0.4.8.1 (тест Dgromacs 2), 3DMark 06 (тест CPU1+CPU2), 3DMark Vantage (тест CPU1+CPU2) и 3DMark 11 (Physics Test + Combined Test).


• Несколько процессорозависимых игр. В данную категорию попали Colin McRae DIRT 2 (встроенный тест производительности), Deus Ex: Human Revolution (Детройт), F1-2010 (встроенный тест производительности), Metro 2033 (встроенный тест производительности), Shogun 2 Total War (Битва при Окехадзаме) и The Elder Scrolls V: Skyrim (Поместье «Златоцвет»).

За стабильность принято состояние системы, при котором в течении 10-15 минут работы теста не возникает каких-либо проблем в работе системы. Понятно, что для повседневного 24/7 разгона этого может быть мало, но при большем времени тестирования процесс написания статьи мог бы затянуться на долгие недели (да и так, в общем-то, на написание статьи ушло почти 13 рабочих дней).

Нестабильность процессора

В данном подразделе статьи выберем программное обеспечение, при помощи которого легче выявить нестабильность именно процессора, при заведомо стабильных частотах памяти и CPU_NB. Методика относительно проста: при фиксированном значении напряжения питания подобрать максимальный разгон для каждой из программ, и вычислить тест, при котором будет достигнута минимальная частота стабильной работы. Ну, а параллельно поиску стабильных частот можно и оценить поведение системы при переразгоне для того или иного теста. Дабы избежать нестабильности, вызванной перегревом процессора, все тесты производились при напряжении питания процессора 1.25 В.

Для начала, в качестве испытуемого процессора был выбран старший – FX8150. Частота работы процессора, при которой стартует Windows – порядка 4300 МГц.

Таблица с результатами разгона FX-8150 под стресс-тестами:

Как видно исходя из таблицы выше, наиболее лучшие результаты по выявлению нестабильности показали такие тесты, как OCCT 4 в режимах Large Data Set и Medium Data Set. Так же, более-менее неплохо справляются со своей задачей и OCCT 4 в режиме Small Data Set, а так же Prime 95 в режимах Blend и In-place Large FFTs. Куда хуже обстоят дела с Linpack-тестами, которые для процессоров AMD Bulldozer явно не являются определителем стабильной работы: если только определителем возможностей систем охлаждения, но, о выборе «грелок» поговорим чуть позже. Так же, не лучшим образом обстоят дела в тесте CST, который подходит больше для процессоров Intel.

Если говорить о поведении системы при переразгоне, то в целом, сильной зависимости от разных тестов не наблюдается, разве что можно отметить OCCT и Prime95, которые могут вызвать зависание системы уже при легком переразгоне, в то время как при сильном переразгоне происходит остановка теста при появлении ошибок.

Таблица с результатами разгона FX-8150 под тестами производительности:

Что ж, тесты производительности – не лучший выбор для поиска стабильных частот работы системы, лишь F@H тест смог более-менее приблизиться к значениям, полученным с худшими стресс-тестами.

Прочерком отмечены значения, при которых уже наблюдается нестабильность работы операционной системы, либо ее не старт.

Напоследок, таблица с результатами разгона FX-8150 в играх:

Требовательность игр к стабильности процессора так же, как и в случае с тестами производительности системы не слишком велика, хотя, пара игр, а именно DIRT 2 и Metro 2033 показывают результат, близкий к стабильности Linpack-тестов. Зато среди игр наиболее схоже поведение системы при переразгоне – наиболее часто всплывает BSOD 101.

Для проверки полученных на FX-8150 результатов был проверен и FX-8120, ведь мало ли, на стабильность в том или ином тесте и на расклад сил может оказывать конкретно-взятый экземпляр процессора, а не архитектурные особенности. Но, основываясь на предыдущих результатах все же было решено остановиться лишь на сравнении стресс-тестов, дабы не терять лишнее время на прогон игр и тестов производительности.

Итак, таблица с результатами разгона FX-8120 под стресс-тестами:

Небольшой разброс результатов присутствует, однако общий расклад сил остается неизменным, лучшие и худшие результаты показывают одни и те же тесты. Так же, схоже и поведение системы при переразгоне.

Подводя итоги по обоим процессорам можно отметить, что для поиска стабильных частот лучше всего подходит OCCT 4 в режимах Medium Data Set и Large Data Set. В то же время Linpack-тесты для поиска стабильных частот явно не годятся, и в случае с FX-8150, и в случае с FX-8120 разница в стабильных частотах для OCCT 4 тестов и для LinX составляет более 100 МГц. То есть, когда LinX еще работает стабильно – OCCT4 останавливается с ошибкой уже на первых секундах теста.

Нестабильность CPU_NB

В данном подразделе статьи выберем программное обеспечение, при помощи которого легче выявить нестабильность CPU_NB (встроенный в процессор контроллер памяти, а так же кэш-память третьего уровня), при заведомо стабильных частотах процессора и памяти. Методика та же, что и в случае с поиском ПО для тестирования процессора: при фиксированном значении напряжения питания подобрать максимальный разгон для каждой из программ, и вычислить тест, при котором будет достигнута минимальная частота стабильной работы. Все тесты производились при напряжении питания CPU_NB 1.2 В. Так как, CPU_NB включает в себя контроллер памяти и кэш-память третьего уровня, к списку стресс-тестов добавлен Memtest-86 v4.0a.

Частота, при которой стартует Windows – 2565 МГц.

Таблица с результатами разгона FX-8150 под стресс-тестами:

В отличии от тестирования на стабильность работы процессора – для CPU_NB наблюдается куда меньший разброс между худшими и лучшими тестами, то есть минимальная разница в частотах между стабильностью и нестабильностью. При этом, можно отметить, что несколько тестов были пройдены уже при частоте, свыше которой не стартует операционная система.

Лучшими из синтетических тестов можно назвать Memtest-86 и CST, при этом, меньшее время для выявления нестабильности показывает CST.

Таблица с результатами разгона FX-8150 под тестами производительности:

Что ж, большинство тестов производительности было пройдено уже при частоте старта операционной системы, снизить значение базовой частоты на 1 МГц пришлось лишь для достижения стабильности в wPrime 1.55 и в Cinebench R11.5.

Таблица с результатами разгона FX-8150 в играх:

Частота стабильной работы CPU NB для всех игр осталась идентичной, разницу можно отметить лишь в поведении при переразгоне: разные игры реагируют по-разному.

Так как большинство программного обеспечения показало примерно равные результаты за редкими исключениями – для FX-8120 таблица не составлялась, были лишь проверены основные тесты, показавшие наилучшие результаты на FX-8150. Картина повторилась, лучшие результаты показали CST и Memtest-86, правда частотный потенциал у FX-8120 ниже, и результат составил 2492 МГц.

Сравнение стресс-тестов для проверки температурного режима

Понятное дело, что тесты производительности и игры далеки от того, что бы претендовать на роль лучшей «грелки», так что проверялись только стресс-тесты. Для того, что бы адекватно оценить разницу в результатах были использованы напряжения 1.25 В и 1.35 В. Используемый процессор – FX-8150, система охлаждения - Zalman CNPS10X Performa.

Наиболее высокий температурный режим наблюдается в тестах OCCT Small Data Set и LINPACK + AVX, чуть позади LinX и тесты Prime95 Small FFTs и In-place Large FFTs. Итого, OCCT 4 подходит как для проверки стабильности процессора, так и для его прогрева, программу можно назвать самодостаточной.

Разгон процессоров

В данном подразделе статьи изучим зависимость результатов разгона от установленного напряжения питания, а так же сравним разгон на воздушном и жидкостном охлаждении, что сопоставив результаты, позволит выявить зависимость разгона от температурного режима процессора.

Для начала, разгоним FX-8150.

FX-8150

Разгон – это работа процессора в нештатном режиме для обеспечения лучших характеристик, но по-хорошему, к разгону можно отнести и предельное снижение напряжения питания процессора вместе со снижением частоты его работы, с целью получить более низкое тепловыделение и возможность использовать менее шумные системы охлаждения. Так что, за точку отсчета взяты не штатные характеристики процессора, а минимальное напряжение, требуемое для стабильной работы процессора при частоте 3 ГГц (2995 МГц из-за того, что материнская плата устанавливает дробные значения базовой частоты). Для FX-8150 потребовалось напряжение питания 1.025 В. В дальнейшем, напряжение повышалось с шагом 0.1 В вплоть до 1.325 В, после чего использовался шаг изменения напряжения 0.05 В.

Результаты FX-8150 с воздушным охлаждением:

Как можно видеть исходя из графика, частотный потенциал процессора с увеличением напряжения питания растет весьма охотно, хотя по превышении отметки в 1.4 В рост частотного потенциала уже не такой уж и сильный, по сравнению с результатами в диапазоне 1.025-1.375 В. На графике можно видеть две точки, отмеченные крестом – по достижению данных отметок начинались «пляски с бубном» вокруг материнской платы. Изначально, при напряжении питания 1.375 В система начала сбрасывать частоту работы процессора под нагрузкой до 1400 МГц при том, что температура процессора хоть и была сравнительно высокой – была далека от предела:

Было выяснено, что ограничителем является температурный режим материнской платы, а именно – температурный режим преобразователя питания процессора, который перегревался даже несмотря на наличие дополнительного обдува в виде 80 мм вентилятора со скоростью вращения 1800 об/мин. Замена обдува на 120 мм вентилятор дивидендов не принесла, и был опробован нижний обдув материнской платы. Итого, материнская плата была поднята примерно на 10 сантиметров, а между ней и столом был размещен 120 мм вентилятор со скоростью вращения 2000 об/мин. Данная конструкция позволила серьезно пройти вперед по возможности увеличения напряжения, что позволило продолжить разгон. При значении напряжения 1.475 В от активации температурной защиты не спас и нижний обдув платы, на этом и было решено остановиться. Итоговый результат: 4639 МГц. По сравнению со среднестатистическими результатами разгона процессоров AMD Bulldozer цифру можно назвать низкой, но с другой стороны – для того же LinX, являющегося у многих ориентиром, частота стабильной работы теста должна находиться где-то между 4750 МГц и 4800 МГц, что для «воздуха» уже явно выше среднего. Но все же жаль, что стендовой материнской платой является сравнительно недорогая M5A99X EVO, а не что-нибудь типа Crosshair V Formula или Sabertooth 990FX.

График зависимости температуры процессора в зависимости от напряжения:

Крестом отмечены точки, в которых наблюдалась активация температурных защит материнской платы. На графике две линии: одна без нижнего обдува платы, вторая с наличием нижнего обдува платы.

Как видно исходя из графика, сильный рост температурного режима при воздушном охлаждении начинается уже по превышению отметки в 1.225 В, что вероятно объясняется недостаточными возможностями Zalman CNPS10X Performa. Интересно, что наличие нижнего обдува материнской платы вносит существенный вклад в снижение температуры процессора: для равного напряжения питания разница составила семь градусов, в то время как равные температуры получены при разнице напряжений в 0.05 В.

Что ж, перейдем к результатам разгона с СЖО:

По сравнению с воздушным охлаждением разница начинает проявляться начиная с напряжения питания 1.325 В, как раз та отметка, где по сравнению с прошлой точкой графикой начинался сильный рост температурного режима. Чем выше напряжение питания процессора – тем больше разница между разгоном на воздушном и жидкостном охлаждении, при этом, переход на СЖО отодвинул планку активации температурной защиты материнской платы на 0.05 В, видимо причиной послужило упрощение обдува платы при использовании водоблока вместо массивного кулера. А может, и потребление процессора снизилось при уменьшении температур, но это уже замерить нечем.

Отмечу, что во время всех тестов с СЖО уже использовался нижний обдув платы.

График со сравнением результатов разгона при воздушном и жидкостном охлаждении:

В целом, напрашивается вывод, что смысла в построении систем охлаждения стоимостью выше, чем сам процессор явно нет, проще довольствоваться более низкими частотами/напряжениями.

Сравнение температурного режима при воздушном и жидкостном охлаждении:

Что ж, разница в температурах не такая уж и маленькая, да и рост температур при увеличении напряжений заметно более медленный. Хотя, как показала практика – на изменении частотного потенциала процессора это отражается слабо.

FX-8120

На сей раз точкой отсчета было уже не минимальное напряжение питания для частоты в 3 ГГц, а частота стабильной работы при установке напряжения 1.025 В. Данный выбор обуславливается удобством последующего сравнения частотного потенциала FX-8120 и FX-8150 между собой.

Результаты разгона FX-8120 с воздушным охлаждением:

В целом, поведение процессора схоже, однако по сравнению с FX-8150 данный экземпляр процессора явно менее удачный, и чем выше напряжение питания – тем более отчетливо это видно. Сравним результаты разгона напрямую, поместив на один график линии разгона FX-8150 и FX-8120:

При непосредственном сравнении видно, что основная разница начинает проявляться начиная с напряжения питания 1.225 В, и растет вплоть до последней точки графика с 1.475 В.

Температурный режим процессора:

Так как в данном случае нижний обдув платы использовался уже в течении всех тестов – график изменения температурного режима выглядит более логичным, и не разделен на две линии. В целом, заметно, что с увеличением нагрузки температурный режим возрастает нелинейно, система воздушного охлаждения работает на пределе своих возможностей. При этом, по пиковым значениям температур, данный процессор чуть более холодный, нежели FX-8150.

Результаты разгона FX-8120 с жидкостным охлаждением:

Что ж, при жидкостном охлаждении процессор демонстрирует не такие и плохие результаты, разница между воздушным и жидкостным охлаждением выше, нежели можно было наблюдать у FX-8150. Для наглядности, сравним результаты разгона FX-8120 при воздушном и жидкостном охлаждении.

Основная разница начинает проявляться при высоких напряжениях, а большое преимущество в итоговой частоте обусловлено разницей в максимально-доступном напряжении питания. При этом, из-за меньшей «горячности» процессора точка срабатывания температурной защиты материнской платы сдвинулась на 0.025 В по сравнению с режимами работы FX-8150.

Что ж, напоследок, график сравнения разгона FX-8120 и FX-8150 на жидкостном охлаждении:

График похож на тот, что можно было наблюдать в сравнении процессоров на воздушном охлаждении, но не сей раз, разница в максимальном разгоне составила всего 55 МГц, против 124 МГц при воздушном охлаждении.

Сравнение температурного режима FX-8120 при воздушном и жидкостном охлаждении:

В диапазоне напряжений, при которых проявляется разница в разгоне на разных системах охлаждения преимущество СЖО видно невооруженным взглядом. Хотя, опять таки, стоит ли оно того ради лишней сотни мегагерц – вопрос спорный, разве что если ставить целью снижение шума системы, чего на СЖО достичь проще.

Разгон CPU_NB

В данном подразделе статьи изучим зависимость результатов разгона CPU_NB от установленного напряжения питания. Как и в случае с разгоном процессора, произведено и сравнение результатов разгона в зависимости от системы охлаждения.

Начнем с FX-8150.

FX-8150

Как точка отсчета взята максимальная стабильная частота при напряжении питания 1 В. В дальнейшем, проверялся частотный потенциал с шагом напряжения 0.1 В в диапазоне напряжений 1-1.3 В и с шагом 0.05 В в диапазоне напряжений 1.3-1.45 В.

К сожалению, в среднем разгон CPU_NB у процессоров AMD Bulldozer ниже, нежели у процессоров AMD Thuban. Если сравнивать с представителями предыдущей архитектуры, то наиболее близки по разгону процессоры на базе ядра Deneb.

Говоря же об отклике частотного потенциала на изменение напряжения, то вплоть до 1.3-1.35 В (1.35-1.4 В, если говорить с поправкой на завышение значений материнской платой) процессор отвечает на рост напряжения весьма активно. Выходит, что в отличие от процессоров предыдущих поколений – вполне разумно использовать близкие значения напряжений как на VCore, так и на CPU_NB, ибо в случае с процессорами поколения Phenom II частотный потенциал с увеличением напряжения сохранялся лишь до отметок порядка 1.3 В, в то время как на процессор можно было подавать под 1.55 В.

Приводить график температурного режима смысла мало, разница между работой CPU_NB на 1 В и на 1.45 В составила всего 7 градусов, что для воздушного охлаждения весьма мало.

Результаты разгона с жидкостным охлаждением:

Снижение температуры процессора чуть менее, чем на 20 градусов более-менее заметно отразилась на изменении частотного потенциала CPU_NB, видимо, речь идет о чувствительности к температурному режиму кэш-памяти третьего уровня. Разница в разгоне начинает проявляться начиная с напряжения питания 1.2 В, и продолжает расти вплоть до конца графика. Для наглядности, сравнение разгона CPU_NB при воздушном и жидкостном охлаждении:

Говоря о температурном режиме, разница между 1 В и 1.45 В на жидкостном охлаждении составила всего 3 градуса.

FX-8120

Как и в случае с FX-8150, за точку отсчета взята максимальная стабильная работа при напряжении питания 1 В, так же, неизменным оказался и шаг изменения напряжения питания.

То, что экземпляр FX-8120 менее удачный, показали еще результаты разгона непосредственно процессоров. Результаты подтвердились и в случае с разгоном CPU_NB: практически во всем диапазоне напряжений результаты FX-8120 чуть ниже, чем результаты FX-8150, единственная точка, в которой они равны – стартовая, с напряжением питания 1 В. Но, что примечательно – общее поведение процессоров схоже. Для сравнения, FX-8150 и FX-8120 на одном графике:

Наибольшая разница между процессорами наблюдается как раз в наиболее оптимальном диапазоне напряжения питания: от 1.3 В до 1.4 В.

Результаты разгона с жидкостным охлаждением:

По сравнению с воздушным охлаждением результаты разгона ожидаемо выросли, хотя рост частот и ниже, чем можно было наблюдать у FX-8150, возможно это объясняется менее горячим нравом процессора и, соответственно, меньшей разницей температур при воздушном и жидкостном охлаждении. А возможно, просто такая реакция на изменение температур присуща конктерно-взятому экземпляру процессора.

Последний на сегодня график, сравнение разгона FX-8150 и FX-8120 при жидкостном охлаждении:

Так как частотный потенциал FX-8120 с переходом на СЖО увеличился не так сильно – разница между процессорами возросла, в пике достигая значения 71 МГц при напряжении питания 1.3 В.

Заключение

Все самое важное уже было сказано выше, осталось лишь сформулировать краткие выводы. Для удобства восприятия разобью их по пунктам:

• В качестве теста определения стабильности процессоров лучше всего показал себя OCCT 4 в режимах Medium Data Set и Large Data Set, разница в частотах стабильной работы по сравнению с тестами Linpack в данном случае близка к 150 МГц, что, согласитесь, очень много.
• Для выявления нестабильности CPU_NB наиболее подходят такие стресс-тесты как CST и Memtest-86.
• Звание лучшей «грелки» для модельного ряда AMD Bulldozer делят между собой тесты OCCT 4 Small Data Set и LINPACK + AVX.
• Стендовая материнская плата в лице ASUS M5A99X EVO не способна полностью раскрыть потенциал процессоров даже при их разгоне на воздушном охлаждении и при двухстороннем обдуве преобразователя питания материнской платы.
• Дивиденды от использования жидкостного охлаждения не столь уж и велики, несмотря на разницу в температурных режимах. Хотя тут свою лепту частично внесла и материнская плата.

Что ж, опираясь на четвертый вывод, на очереди тестирование нескольких материнских плат в паре с FX-8150, должно быть интересно.

Выражаем благодарность:

• Компании AMD и лично Шакирову Ильясу за предоставленные на тестирование процессоры AMD FX-8120 и AMD FX-8150.

Дополнительные фотографии