Изучение нюансов разгона процессоров AMD Richland

Оглавление

• Вступление
• Тестовый стенд и ПО
• Краткое изучение возможностей материнской платы
• Установка напряжений
• Разгон базовой частоты
• Поиск ПО для выявления нестабильности
• Нестабильность процессора
• Нестабильность CPU_NB
• Сравнение стресс-тестов для проверки температурного режима
• Разгон процессора
• Разгон CPU_NB
• Заключение

Вступление

В данном материале в рамках лаборатории будет рассмотрен разгон AMD A10-6800K. Стоит отметить, что процессоры AMD Richland являются третьим поколением «гибридов» и прямыми преемниками AMD Trinity.

По сути, под видом нового поколения в AMD представили те же самые модели, но с более высокими частотами и с более высоким потенциалом для разгона. Пару лет назад это бы обозначили новым степпингом ядра.

Что ж, пора проверить, есть ли между ЦП Trinity и Richland какая-либо разница в поведении, и оценить «обновленный» частотный потенциал.

Тестовый стенд и ПО

Тестирование производилось в составе следующей конфигурации:

• Процессор: AMD A10-6800K;
• Материнская плата: Gigabyte F2A85X-UP4;
• 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: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX, 2*4 Гбайт DDR3-2400 (10-12-12-31, 1.65 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.

Программное обеспечение:

• Windows 7 Ultimate SP1 x64.

Краткое изучение возможностей материнской платы

Материнская плата всегда привносит тот или иной оттенок в процессе разгона процессора, так что перед тем, как приступить к рассмотрению разгона процессора – не мешает ознакомиться и с возможностями платы. Ранее такое же изучение было и при работе с A10-5800K, но с тех пор вышло несколько обновлений BIOS, и поведение системной платы могло измениться.

Установка напряжений

Поскольку все указанные в дальнейшем в тексте статьи или на графиках напряжения – значения, установленные в BIOS платы, то замеры необходимы в первую очередь для того, чтобы пользователи других материнских плат могли сопоставлять результаты со своими.

Работа Load-Line Calibration для напряжения питания процессора:

В плане реализации Load-Line Calibration со сменой процессора и обновлениями BIOS поведение материнской платы не изменилось: режимы Load-Line Calibration Auto, Normal и Standard совпадают, при этом сильно не хватает промежуточного режима между Medium и Extreme. То есть меню настроек по объему вроде как и раздуто, а реальной пользы нет.

В дальнейшем, при разгоне процессора использовался режим Vcore LLC Medium.

Работа Load-Line Calibration для напряжения CPU_NB:

По сравнению c A10-5800K разницы в поведении материнской платы нет. Режимы Auto, Normal и Standard опять показывают одинаковое поведение системы, при этом в каждом из режимов напряжение питания под нагрузкой растет, и чем более агрессивный режим LLC выставлен – тем сильнее рост напряжения. Итого, оптимальным будет использовать настройки Auto, где результаты замеров максимально близки к выставленным в UEFI значениям.

Дабы исключить вероятность «самодеятельности» платы в плане Auto при дальнейшем разгоне процессора использовался режим CPU_NB LLC Normal.

Все замеры производились при помощи мультиметра Mastech MY64.

Разгон базовой частоты

Ранее материнская плата с разгоном базовой частоты имела трудности, предоставляя как небольшой диапазон регулировок, так и переменный шаг изменения базовой частоты. К сожалению, при смене процессора и обновлении BIOS ничего не изменилось, максимальное стабильное значение базовой частоты – 106.49 МГц.

Соответствие реальных значений базовой частоты с установленными в UEFI:

Поиск ПО для выявления нестабильности

Предыдущие опыты по процессорам AMD Bulldozer, AMD Vishera, AMD Trinity и Intel Haswell показали, что для определения стабильности лучше подходят специализированные стресс-тесты, нежели тесты производительности системы или игры, так что остановимся только на них.

Программное обеспечение, выбранное для выявления нестабильности:

• LinX 0.6.4 (тестирование производилось в режиме 2560 Мбайт для старой версии Linpack, а также в трех режимах, с доступной памятью 1024 Мбайт, 3072 Мбайт и 6144 Мбайт для версии Linpack с поддержкой инструкций FMA);
• OCCT 4.4.0 (тест CPU: OCCT в режимах Large Data Set, Medium Data Set и Small Data Set);
• Prime95 v27.9 build1 (в режимах Small FFTs, In-place Large FFTs и Blend).

За стабильность принято состояние системы, при котором в течение 10-15 минут работы теста не возникает каких-либо проблем в работе системы.

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 штатном напряжении питания процессора (1.325 В).

Частота работы процессора, при которой стартует Windows – 4575 МГц.

Таблица с результатами разгона A10-6800K под стресс-тестами:

Как видно по таблице выше, наиболее лучший результат показали Linpack-FMA тесты в режимах с доступной памятью 1024 Мбайт и 6144 Мбайт. Во «второй группе» находятся такие тесты, как Prime 95 в режиме Small FFTs и Linpack-FMA с доступной памятью 3072 Мбайта. Остальные тесты/режимы уже показывают более худшие результаты, хотя разброс и небольшой.

Хотя главное что удивило, это конечно не относительные цифры разгона в разном ПО, а абсолютные: при напряжении питания 1.325 В процессор способен загрузить Windows при 4575 МГц, и сохраняет стабильность при 4332 МГц. В то же время побывавший в лаборатории Trinity A10-5800K запускал Windows на 4392 МГц при 1.375 В, а оставался стабильным при таком напряжении только на частоте 4159 МГц. Так что уже предварительные цифры говорят о сильно улучшенном потенциале процессоров Richland на фоне Trinity.

Нестабильность CPU_NB

В данном подразделе статьи выберем программное обеспечение, при помощи которого легче выявить нестабильность CPU_NB (встроенный в процессор контроллер памяти), 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 штатном напряжении питания CPU_NB 1.275 В.

Частота, при которой стартует Windows – 2695 МГц.

Таблица с результатами разгона A10-6800K под стресс-тестами:

В случае с разгоном CPU_NB система повторила поведение A10-5800K: диапазон частот от стабильности до возможности загрузить Windows составил 100 МГц, при этом, одинаковый результат разгона показали сразу несколько программ. Хотя тут конечно «свинью» подкладывает и материнская плата, между 2595 МГц и 2649 МГц промежуточных частот нет, и вся разница в стабильности укладывается в этот диапазон.

Как и в случае с A10-5800K, проведем дополнительную проверку – на минимальный стабильный уровень напряжения при частоте 2595 МГц.

Разница между программным обеспечением оказалась минимальной, самой требовательной к стабильности CPU_NB программой оказался Linpack в режиме с доступной памятью 6144 Мбайта.

Сравнение стресс-тестов для проверки температурного режима

При замерах температур использовалась утилита, идущая в комплекте с материнской платой – Gigabyte ET6. Помимо температурных замеров был произведен и замер энергопотребления процессора, при помощи мультиметра Mastech MY64 и 50 А 75 мВ шунта (75ШИП1-50-0.5) в разрыве плюса 8-pin кабеля питания.

Для того, чтобы более адекватно оценить разницу в результатах, были использованы сразу три различных уровня напряжения: 1.325 В, 1.425 В и 1.525 В. Система охлаждения - Zalman CNPS10X Performa.

Для начала, замер при 1.325 В:

1.425 В:

1.525 В:

Разброс между программным обеспечением не так велик, при этом поведение системы не меняется при изменении напряжения питания процессора. С лучшей стороны себя проявили такие тесты, как Prime 95 In-place Large FFTs и Linpack в режиме с 6144 Мбайтами доступной памяти.

Отдельно отмечу, что по сравнению с A10-5800K мониторинг исправился, температур ниже комнатных в простое процессор уже не показывает.

Разгон процессора

Вот и подошло время перейти непосредственно к процессу разгона. В данном подразделе статьи изучим зависимость результатов разгона от установленного напряжения питания, а также сравним разгон на воздушном и жидкостном охлаждении, что при сопоставлении результатов позволит выявить зависимость разгона от температурного режима процессора.

Как и ранее, помимо изучения возможностей к увеличению штатной частоты, проверена и работа режимов с заниженным напряжением питания процессора. Точкой отсчета выбрано минимальное напряжение, требуемое для стабильной работы ЦП на частоте 3 ГГц (2994 МГц, с поправкой на точность установки базовой частоты материнской платой).

Результаты A10-6800K с воздушным охлаждением:

При частоте работы 3 ГГц процессор сохранил стабильность при напряжении 0.9875 В, что совсем неплохо. Что касается частотного потенциала, то по сравнению с Trinity он подрос значительно, хотя само поведение процессора осталось при этом без изменений: вплоть до 1.5 В наблюдается хороший отклик процессора на увеличение напряжения, после чего прирост частот уже не так значителен. Дабы сравнить поведение процессоров Trinity и Richland, график с обоими процессорами:

По графику видно, что линии практически на всем протяжении параллельны, то есть главное отличие Richland’а – просто более высокий частотный потенциал. Собственно, по потенциалу процессоры напоминают полноценные Bulldozer/Vishera.

Зависимость температурного режима от напряжения питания процессора:

Начало сильного роста температурного режима приходится на диапазон напряжений 1.275-1.375 В, и с каждым новым шагом напряжения температура процессора растет все сильнее. Что интересно, именно в середине данного диапазона (1.275-1.375 В) находится и штатное напряжение питания процессора. Видимо, выбрано производителем оно не случайно, штатные характеристики процессора изначально подобраны с целью «выжать максимум».

К слову, о самом мониторинге температур, по сравнению с процессорами Trinity график намного более предсказуемый и адекватный, отсутствуют нелогичные цифры, впрочем, как и температуры ниже комнатной. Для примера, график температур Trinity на фоне Richland’а:

Графику Richland’а я почему то доверяю больше.

Влияние напряжения питания CPU на энергопотребление:

График энергопотребления процессора неплохо «ложится» на график температур, что очередной раз подтверждает правильность работы температурного мониторинга, к слову, начало сильного роста энергопотребления по-прежнему начинается на отметке между 1.275 В и 1.375 В. Если говорить об абсолютных числах, то каждый последующий шаг увеличения напряжения хоть и не приводит к катастрофе – между крайними точками графика разница составляет более 5.5 раз, на Intel Haswell в таких же условиях разница между крайними точками составляет чуть менее 4-х раз. К слову о сравнении с Haswell – итоговый уровень энергопотребления при воздушном охлаждении, в который процессоры «уперлись» по температурному режиму оказался очень близким, разница составила 2 ватта, и это притом, что Haswell подвергался скальпированию, а на Richland’е под крышкой родная термопаста.

Что ж, с воздушным охлаждением результаты получены, пора включать в работу СЖО.

При переходе на жидкостное охлаждение в первую очередь я опирался на поведение Trinity, ведь с воздушным охлаждением процессоры были очень близки по поведению, но здесь процессор на снижение температурного режима сильной реакции не проявлял. С ходу задрать напряжение и выставить частоты на сотню-другую мегагерц выше не получилось, итого, осталось только проверить ближайшие «шаги» частоты, доступные материнской плате.

На воздухе процессору покорились 4783 МГц (46х103.98), следующие доступные значения частот – 4789 МГц (47х101.9), 4791 МГц (48х99.82), 4809 МГц (47х102.32), 4848 МГц (47х103.16), 4887 МГц (47х103.98) и 4891 МГц (49х99.82).

В первую очередь, было проверено, на каких напряжениях процессор сможет стабильно работать на частотах 4809 МГц и 4848 МГц, этими цифрами оказались 1.55 В и 1.59375 В, проведя линию графика через эти точки получалось, что 4887-4891 МГц достижимы при напряжениях питания процессора ~1.65 В, однако стабильности в таких режимах достичь не удалось, процессор начинал перегреваться. Итого, из-за отсутствия промежуточных частот между 4848 МГц и 4887 МГц, частота 4848 МГц и оказалась результирующей для процессора.

График разгона A10-6800K на жидкостном охлаждении:

По графику видно, что «воздух» и «вода» уравниваются по частотному потенциалу процессора уже к отметке 1.475 В, чего с Trinity не наблюдалось, ведь A10-5800K при переходе на жидкостное охлаждение улучшал частотный потенциал хоть не сильно, но уже с 1.33 В.

Сравнение воздушного охлаждения с жидкостным:

График отчетливо показывает, что в улучшение охлаждения обернется только лишней тратой средств.

Сравнение A10-6800K и A10-5800K на жидкостном охлаждении:

Помимо частотного потенциала единственным отличием можно назвать то, что Trinity способен сохранять стабильность при больших напряжениях, нежели Richland. Но в целом, поведение процессоров остается схожим, а разница в итоговых напряжениях может быть и разницей между удачливостью конкретных экземпляров процессоров.

Температурный режим процессора:

График температурного режима показывает, что запас по температуре процессора неплохой, но разгона сильно не прибавилось. Отсюда можно сделать вывод, что несмотря на наличие между кристаллом и теплораспределителем не припоя, а термопасты, нет нужды в скальпировании процессора, это не Haswell. Для наглядности, сравнение температурного режима процессора с воздушным и жидкостным охлаждением:

Как видно по графику, основная разница начинает проявляться с напряжения питания 1.475 В и выше, как раз тогда, когда между воздушным и жидкостным охлаждением начинает появляться разница в разгоне.

Влияние напряжения питания CPU на энергопотребление:

В целом, график очень похож на тот, что был в случае с воздушным охлаждением, но все же энергопотребление процессора при снижении температурного режима также упало. Для наглядности приведу сравнение энергопотребления процессора с воздушным и жидкостным охлаждением:

Небольшая разница начинает проявляться уже при 1.375 В, и при увеличении напряжения только усиливается. Как итог, несмотря на более высокое напряжение питания и частоту работы процессора, пиковое энергопотребление осталось на том же уровне.

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.

За точку отсчета взято минимальное напряжение питания, при котором система стабильна на штатной частоте CPU_NB в 1800 МГц (1797 МГц, с поправкой на точность установки базовой частоты материнской платой). Для A10-6800K такой отметкой стало значение 0.9 В.

Как и в случае с разгоном непосредственно процессора, A10-6800K показал неплохую прыть и при разгоне CPU_NB, ведь итоговый результат разгона на воздухе на 150 МГц выше, чем разгон протестированного ранее A10-5800K. По сути, Richland в плане разгона CPU_NB выступает на уровне процессоров Bulldozer, более лучшие результаты разгона CPU_NB можно встретить разве что у «стариков» Phenom II X6.

Что же касается поведения процессора, то здесь он ближе к Trinity, чем к процессорам Bulldozer, так как из-за отсутствия L3 кэш-памяти процессор лучше «переваривает» высокие напряжения, и способен откликаться увеличением разгона даже при напряжении свыше 1.5 В, хоть это уже и не безопасно. Тут главное – не спалить процессор от возникающего при разгоне азарта выжать максимум.

Сравнение результатов разгона с A10-5800K:

Результаты говорят сами за себя, разница между процессорами на некоторых участках графика достигает 0.15 В.

Влияние разгона CPU_NB на температурный режим процессора (при штатном напряжении CPU VCore – 1.325 В):

Как видно по графику, температурный режим процессора при разгоне CPU_NB растет не сильно, особенно если рассматривать левую часть графика, ведь переход от 0.9 В к 1.2 В дает прибавку всего на один градус, в то время как переход от 1.2 В к 1.5 В дает прибавку уже на 4 градуса, что в данном случае приблизительно эквивалентно дополнительным 0.05 В напряжения питания процессора.

Влияние разгона CPU_NB на энергопотребление процессора:

По сравнению с разницей от увеличения CPU Vcore, влиянием CPU_NB на энергопотребление процессора можно почти пренебречь: разница между крайними точками составляет чуть менее 1.3 раза.

С воздушным охлаждением разобрались, пора перейти к жидкостному:

При переходе на жидкостное охлаждение процессор неплохо прибавил в разгоне, хотя итоговый результат это в полной мере и не отражает. Здесь ограничителем можно назвать материнскую плату, ибо как и в случае с процессором возникает ситуация, когда потенциал процессора еще вроде и не реализован, но следующий шаг частоты (в данном случае – 2955 МГц) для процессора недостижим независимо от установленного напряжения питания. Дабы лучше отразить разницу в разгоне CPU_NB при смене охлаждения, график для сравнения:

Как видно по графику, разница начинает проявляться уже при напряжении питания 1.2 В, и в дальнейшем только усиливается. С учетом того, что тесты производились при напряжении питания процессора 1.325 В, когда разница в температурном режиме еще не так велика можно отметить очень большую зависимость разгона CPU_NB от температурного режима процессора.

Сравнение разгона с A10-5800K:

Поведение процессоров остается схожим во всем диапазоне используемых напряжений, отличается только частотный потенциал процессоров.

Напоследок, график температурного режима с жидкостным охлаждением:

Практически на всем протяжении график представляет собой прямую линию, для жидкостного температурный режим процессора от разгона CPU_NB почти не зависит. В этом плане можно сравнить графики воздушного и жидкостного охлаждения:

Как видно по графику, разница очень не велика, тем удивительнее смотреть на различия в частотном потенциале. Видимо, для полноценного 24/7 разгона не стоит подходить к поиску стабильных частот CPU и CPU_NB в отдельности, ибо разгон процессора увеличит температуры далеко не на 4-7 градусов.

Зависимость энергопотребления процессора от разгона CPU_NB:

По сравнению с графиком разгона на воздушном охлаждении практически ничего не изменилось, разница укладывается в погрешность замеров.

Что ж, на этой ноте с разгоном процессора можно закончить, из последнего, о чем бы хотелось сказать – дополнительно был произведен замер энергопотребления процессора в двух «крайних состояниях», первый замер при напряжениях 0.9875/0.9 В и частотах 2994/1796 МГц, второй замер при напряжениях 1.59375/1.48125 и частотах 4848/2785 МГц. Для первого режима итоговое энергопотребление составило 25 Вт, для второго режима итоговое энергопотребление системы составило 182 Вт, то есть в зависимости от выбранных режимов энергопотребление процессора может изменяться более чем в 7 раз.

Заключение

Все уже сказано в статье выше, осталось лишь разложить по полочкам. Для удобства восприятия все выводы будут оформлены в виде кратких пунктов.

• Как тест определения стабильности лучший результат показали Linpack-FMA тесты в режимах с доступной памятью 1024 и 6144 Мбайта. Во «второй группе» находятся такие тесты, как Prime 95 в режиме Small FFTs и Linpack-FMA с доступной памятью 3072 Мбайта.
• Для выявления нестабильности CPU_NB наиболее подходит Linpack-FMA тест с доступной памятью 6144 Мбайта. «Вторую группу» составили такие тесты, как OCCT 4.4.0 в режимах Small Data Set, Medium Data Set и Large Data Set, а также Prime 95 в режиме In-place Large FFTs.
• В качестве теста на прогрев с лучшей стороны себя проявили Prime 95 In-place Large FFTs и Linpack-FMA в режиме с 6144 Мбайтами доступной памяти.
• В отличие от поколения Trinity, процессоры Richland отличаются более адекватным мониторингом температур.
• Влияние температуры ЦП на результаты разгона невелико, дивидендов от использования жидкостного охлаждения почти нет.
• Температура процессора оказывает сильное влияние на разгон CPU_NB, что следует учитывать при подборе частот.
• По сравнению с Trinity частотный потенциал новых моделей вырос очень значительно.
• Полной реализации частотного потенциала стендового CPU опять помешали особенности материнской платы.

Выражаем благодарность:

• Компании AMD и лично Шакирову Ильясу за предоставленные на тестирование процессор AMD A10-6800K и материнскую плату Gigabyte F2A85X-UP4.