Übertakten und Intels Energieverwaltungseinstellungen (EIST, C-States, Turbo Boost)

Index
A. Einführung
B. Klärungen
C. Konfiguration
D. Benchmarks
1) Temperaturen im Leerlauf
2) WinRAR
3) AIDA64 GPGPU
4) PerformanceTest
5) Cinebench
6) Final Fantasy XIV Online: Heavensward
7) GTA V
E. Abschluss und Denken

• EIST (Enhanced Intel SpeedStep): Dies ist ein Feature, das Intel seit Pentium III verwenden. Es spart Energie und kühlt den Prozessor durch dynamische Änderung der Taktfrequenzen. EIST versucht in Zusammenarbeit mit den C-States die richtige Frequenz durch Anhebung oder Senkung des Taktmultiplikators, um herauszufinden, dass ihr genau in dem Moment braucht, und stellt auch die Spannung entsprechend noch mehr Energie zu sparen. Deshalb kann es während Übertakten zur inkonsistenten Ergebnissen und Systemabstürzen führen. z.B.: EIST stellt den Taktmultiplikator des Prozessors (i7 4790k), den ich in diesem Experiment verwendet habe, irgendwo zwischen 7-47 und die Spannung irgendwo zwischen 0,10-1,27 V nach Systembelastung.

• Intel Turbo Boost: Es erhöht die Taktfrequenz des Prozessors an eine Hersteller definierte Turbodrehzahl. Systembelastung, aktive Kerne, geschätzte Strom, Stromverbrauch und die Kerntemperaturen werden in der Prozess berücksichtigt. Auch in der Regel erhöht es die Frequenzen der erst beider Kerne anstatt aller Kerne. z.B.: Die i7 4790k, die ich in diesem Experiment verwendet habe, läuft mit einer Standard-Frequenz von 4,0 GHz, und die Turbo-Boost erhöht die Frequenzen der erst beiden Kerne an 4.4 GHz, wenn es nötig ist. Wenn die Kerntemperaturen über irgendwo 65°C treffen, deaktiviert die Turbo-Boost selbst. Diese Funktion muss im BIOS aktiviert sein, um sie zu funktionieren. Standardmäßig ist es aktiviert.

• Enhanced Turbo Boost: Dies ist ein Feature, dass MSI in dem Mainboard, das ich in diesem Test verwendet habe, geführt hat, aber andere Marken haben auch ähnliche Funktionen. Wie ich gerade erwähnt habe, erhöht Intels Turbo-Boost die Frequenzen der erst beiden Kerne. Enhanced Turbo Boost erhöht alle Kerne des Prozessors an 4.4 GHz. Diese Funktion muss im BIOS aktiviert sein, um sie zu funktionieren. Standardmäßig ist es aktiviert.

• C-State: C-States sind die “Zustände”, die eure Prozessor daran kommt, um den Stromverbrauch und Temperaturen zu senken, und die Zahl dieser Zustände variiert zwischen Prozessoren. Alle CPUs haben standartmäßig die C0-, C1-, C2-, und C3-Zustände. Auch verschiedene Kerne des Prozessors können gleichzeitig in verschiedenen C-Zuständen sein.

C0: Der Standardarbeitszustand einer CPU.
C1: Der Zustand des Prozessors, wenn die CPU im Leerlauf ist, aber es kann zu ihrem Arbeitszustand sofort zurückkehren. C1E (C1 Enhanced) ist die aktualisierte moderne Version des gleichen Zustandes.
C2: Der Zustand Des Prozessors, wenn die CPU im Leerlauf ist, und es kann mit einer gewissen Verzögerung zu seinem Arbeitszustand zurückkehren. Die meisten der aktuellen CPUs verwenden diesen Zustand nicht, als er Verzögerungen verursacht.
C3: Die Standard-Schalfzustand einer CPU. Er ist der energieeffizienteste Zustand eines Prozessors, und nur der eigentliche Abschaltzustand kann seine Effizienz passieren. Frequenzen aller Kerne skalieren sich auf das absolute Minimum herab. Die L1, L2 und L3 Caches sind gespült. Nicht alle CPUs verwenden diesen Zustand, und einige von ihnen haben neuere, aktualisierte Versionen von ihm.

C6-C10: In diesen Zustände spülen die Intel-CPUs bzw. deren L3-Caches, und sie beginnen ihre Kerne parken und die Spannung senken:
In dem C6-Zustand bereitet die CPU ihre Spannung zu senken und nimmt “ein letztes Bild” durch Speicherung ihres aktuellen Zustandes.
Wenn die CPU zum C7-Zustand kommt, beginnt die CPU ihrer L3-Cache zu spülen. Wenn der L3-Cache vollständig gelöscht werden kann, schneidet die CPU ihre Kraft, um Energie zu sparen.
Im C8, speichert die CPU ihren Zustand ein weiteres Mal und senkt die Spannung noch mehr. Die Energie zum PLL wird geschnitten.
Im C9, die VCCIN (VCC Eingangsspannung) wird auf das Minimum gesenkt.
Im C10, die einphasige Kern-Management-System, die von Premier Farnell entwickelt, und die Intel verabschiedet, die VR12.6, geht in einen Low-Power-Zustand. Die CPU ist fast heruntergefahren.
Die i7 4790k, die ich in diesem Artikel verwendet habe, ist eines des vierte Generation Intel-Prozessors, hat alle oben genannte C-Zustände. Diese Funktion muss im BIOS aktiviert sein, um sie zu funktionieren. Standardmäßig ist es aktiviert.

Vielleicht denkt ihr gerade jetzt: “Warum? Warum alle diese Zustände existieren? Kann der Prozessor einfach selbst nicht herunterfahrend und neu starten, wenn es nötig ist?” Die Antworten auf diese Fragen liegen in der Basis der Prozessortechnologie. Prozessoren können aufgrund ihrer Natur nicht weiterhin aus dem gleichen Zustand laufen, nachdem sie heruntergefahren wird. Also muss der Prozessor eures Computers beschäftigt sein, auch wenn ihr ihn überhaupt nicht verwendet. Der Computer muss neu gestartet werden, wenn der Prozessor heruntergefahren wird, um es wieder zu laufen. Also müssen Features wie Low-Power- oder Sleep-Modi versuchen, Energie durch Methoden wie die Verlangsamung des Prozessors zu sparen, aber sie können den Prozessor nicht herunterfahren. Auch besteht die pseudo-Prozess “System Idle Process”, die 99% eurer CPU von Zeit zu Zeit zu verwenden scheint, im euren Task-Manager aus diesem Grund. Auch wenn habt ihr sich in eurem Zimmer aufgehängt und werdet lange vor dieser hässlichen Welt gegangen, wird euren Prozessor dank dieses System-Prozesses wach bleiben. Das ist also, warum alle diese komplexen Technologien entwickelt werden, und warum die Hersteller versuchen, den Stromverbrauch und die Temperaturen ihrer Prozessoren zu senken, ohne tatsächlich den verdammten Prozessor herunterzufahren.

1. Der Computer

OS: Windows 7 Ultimate 64-Bit
Mainboard: MSI Z97 GAMING 5
CPU: Intel i7 4790k @4.7 GHz / 1.252 V
CPU Fan: Cooler Master Hyper 212 EVO
RAM: G.SKILL RipjawsX 2×8 GB 1600MHz DDR3 @ 2000MHz / 10-12-13-25-208-1T
Grafikkarte(n): 3x AMD HD 7950 (1x ASUS DirectCU II, 2x Sapphire Dual-X) @ 800/1250 MHz
SSD: Samsung EVO 840 250 GB
HDD: 1x 2 TB Western Digital Caviar Black, 1x 2 TB Seagate Barracuda, 3x 1 TB Seagate Barracuda
Netzteil:  Xigmatek Vector S 1050 W 80+
Koffer: Corsair Obsidian 750D Full Tower ATX
Zusätzliche Lüfter: 3x Corsair AF140, 7x Corsair AF120

2. Benchmark-Software und Angaben

Die Temperaturen wurden mit OCCT und Open Hardware Monitor gemessen. Die Raumtemperatur war 23°C±1.

Benchmark-Software: WinRAR, AIDA64 GPGPU, PerformanceTest CPU, PerformanceTest 2D Graphics, Cinebench CPU, Final Fantasy XIV Online: Heavensward, und GTA V mit zwei verschiedenen Konfigurationen (1440p und 1080p).

Aus Gründen der Konsistenz, wurden alle Benchmarks dreimal für jeden Energieverwaltungskonfiguration durchgeführt, und die Durchschnittsergebnisse wurden berechnet und dargestellt. Alle Tests wurden in einem neu gestartet und Aero-deaktiviert Windows 7 durchgeführt.

Die zwei Konfigurationen:

a) Energieverwaltung (Power Management) ON:

EIST: Aktiviert
Intel Turbo Boost: Aktiviert
Enhanced Turbo Boost: Aktiviert
C-States: Aktiviert
C1E: Aktiviert
Taktfrequenz: 4.7 GHz (mit automatischen Multiplikatorverwaltung)
Spannung: 0.1 – 1.27 V (automatisch, System kontrolliert)

b) Energieverwaltung (Power Management) OFF:

EIST: Deaktiviert
Intel Turbo boost: Deaktiviert
Enhanced Turbo Boost: Deaktiviert
C-States: Deaktiviert
C1E: Deaktiviert
Taktfrequenz: 4.7 GHz (konstant)
Spannung: 1.252 V (konstant)

Lass uns sehen, ob Intels Energieverwaltungstechnologien die Leistung ihrer Prozessoren behindern!

Temperaturen im Leerlauf wurden mit OCCT und Open Hardware Monitor nach 15 Minuten des Starts des Computers gemessen. Die Lasttemperaturen wurden in die Tests nicht einbezogen, weil sie zwischen den beiden Konfigurationen nicht verändern.

Wie erwartet läuft die i7 4790k viel cooler, wenn die Energieverwaltung aktiviert ist. Es gab eine mittlere Differenz von 12°C zwischen zwei Konfigurationen. Während die Leerlauftemperaturen ohne Energieverwaltung ein bisschen hoch erscheinen, sind sie für den täglichen Gebrauch sicher fit und stellt keine Bedrohung dar.

Ich lief den integrierten Benchmark von WinRAR 64-bit für 60 Sekunden und nahm den Durchschnitt der resultierenden Geschwindigkeit in Bezug auf KB/s.

Während der Prozessor besser durchführt, wenn die Energieverwaltung deaktiviert ist, gibt es sicherlich keinen gravierenden Unterschied für den täglichen Gebrauch.

Obwohl dieser Benchmark die reine Leistung von Grafikkarten zu messen entworfen wurde, habe ich es verwendet, weil die CPU immer einen gewissen Einfluss auf die Ergebnisse hat.

a) AIDA64 GPGPU – 3x AMD HD 7950 (Durchschnittswertung)

b) AIDA64 GPGPU – Internal Graphics Adapter (Intel HD 4600)

c) AIDA64 GPGPU – x64 CPU (Intel i7 4790k)

In allen drei der Tests ist die i7 4790k ohne Energieverwaltung immer noch vor ein kleines bisschen.

a) PerformanceTest CPU-Wertung

b) PerformanceTest 2D-Grafikenwertung

Die Unterschiede sind weiter niedrig, und es stärkt meine Überzeugung, dass diese Tests keinen tatsächlichen Unterschied zeigen.

Die zwei Energieverwaltungskonfigurationen ziehen ihre Schwerter wieder, und die i7 4790k ohne Energieverwaltung gewinnt mit einem Punkt noch einmal.

Lassen wir, was wirklich wichtig ist, sehen: Die realen Benchmarks! Ich könnte keines besser dafür als die CPU-hungrig Final Fantasy XIV Online und GTA V wahlen. Sollen wir anfangen?

 

Benchmark-Konfiguration:

Bildschirmauflösung: 1440p (2560×1440)
HDR: Aktiviert
Wet Surfaces: Aktiviert
Occlusion Culling: Deaktiviert
LoD: Deaktiviert
LoD Streaming: Deaktiviert
Real-time Reflections: Hoch
Edge Smoothing (Anti-aliasing): FXAA
Transparent Lighting Quality: Hoch
Grass Quality: Hoch
Background Tessellation: Standardqualität
Water Tessellation: Standardqualität
Shadows (Self): Aktiviert
Shadows (Other NPCs): Aktiviert
LoD (Shadows): Deaktiviert
Shadow Resolution: Hoch – 2048p
Shadow Cascading: Beste
Shadow Softening: Stark
Texture Filtering: Anisotrop
Anisotropic Filtering: x16
Movement Physics (Self): Voll
Movement Physics (Other NPCs): Voll
Limb Darkening: Aktiviert
Radial Blur: Aktiviert
Screen Space Ambient Occlusion: Stark
Glare: Normal
Depth of Field: Aktiviert

Ich wollte GTA V in zwei verschiedenen Reihen von Optionen, nämlich 1440p und 1080p, messen. Die Einstellungen, die beide Presets verwenden, sind unten aufgeführt, und die unterschiedlichen Einstellungen werden in ihren Abschnitten getrennt aufgeführt.

Gemeinsame Einstellungen:

Grafikeinstellungen:
Population Density: 10/10
Population Variety: 10/10
Distance Scaling: 10/10
Texture Quality: Hoch
Shader Quality: Hoch
Shadow Quality: Hoch
Reflection Quality: Ultra
Reflection MSAA: x8
Water Quality: Hoch
Particle Quality: Hoch
Grass Quality: Ultra
Soft Shadows: AMD CHS
Post FX Quality: Ultra
Depth of Field: Aktiviert
Anisotropic Filtering: x16
Tessellation Quality: Hoch

Erweiterte Grafikeinstellungen:
Long Shadows: Aktiviert
High Detail Streaming While Flying: Aktiviert
Extended Shadow Distance: 10/10

a) GTA V 1440p Preset

1440p-Preset-Exklusive Einstellungen:

Grafikeinstellungen:
Bildschirmauflösung: 1440p (2560×1440)
FXAA: Aktiviert
MSAA: Deaktiviert

Erweiterte Grafikeinstellungen:
Extended Distance Scaling: 4/10

b) GTA V 1080p Preset

1080p-Preset-Exklusive Einstellungen:

Grafikeinstellungen:
Bildschirmauflösung: 1080p (1920×1080)
FXAA: Deaktiviert
MSAA: x2

Erweiterte Grafikeinstellungen:
Extended Distance Scaling: 7/10

Endlich, ein Unterschied! Wie ihr in den Grafiken sehen könnt, gibt es eine beträchtliche Menge des Unterschieds in niedrigsten und durchschnittlichen FPS-Raten, und ein bestimmtes in der maximalen FPS-Rate vor allem in der 1080p-Preset.

Aber ihr sollt nicht vergessen, dass die Lücke hier so groß ist, weil das System selbst für hohe FPS wie oben gesehen ist. Also je weniger Leistung bekommt man in GTA V, je enger die Lücke wird.

Also… Ist der Unterschied so groß, dass ihr eure CPU 12°C heißer im Leerlauf lassen werdet? Das ist die wichtige Frage. Leider bin ich nicht in der Lage, genau ihr zu sagen, was zu tun. Aber persönlich, ja! Besonders wenn ihr keinen preisgünstigen CPU-Kühler -wie mein Cooler Master Hyper 212 EVO- verwendet, habt ihr keinen Grund, Energieverwaltung zu aktivieren, weil eures System schon kühler als meines laufen wird. Sie hätten keine “k”-Serie CPU gekauft, wenn ihr sich Sorgen um eure Rechnungen und Stromverbrauch machtet. Habe ich Recht, oder was?

Bis ein anderer abenteuerlicher Test oder Vergleich, tschüss!