インテルプロセッサが予想以上に消費する理由：ヒートシンク要件とターボモード

最近、PCの自己組織化のファンのコミュニティは、エネルギー消費のトピックに浸透しています。 Intelの最新の8コアプロセッサのTDPは 95ワットですが、ユーザーは150〜180ワットの消費量を観察しているので、意味がありません。 このガイドでは、なぜこれが起こるのか、なぜ鉄のレビューの著者に多くの問題を引き起こすのかを説明します。

TDP（熱設計電力、ヒートシンク要件）とは

インテルは、プロセッサーごとに特定の電力で特定の動作周波数を保証します。特定のクーラーを念頭に置いていることがよくあります。 ほとんどの人は、TDPを最大電力消費と見なします。計算で、消費する必要のあるプロセッサの火力は消費電力に等しいためです。 通常、TDPはこのパワーの大きさを示します。



しかし、厳密に言えば、TDPはクーラーの電力消費能力を指します。 TDPは、示された効率を保証する最小のクーラー機能です。 エネルギーの一部はソケットとマザーボードを介して消費されます。つまり、より低い定格はTDPよりも低くなる可能性がありますが、ほとんどの議論では、TDPと電力消費は通常同じことを意味します：プロセッサが負荷の下で消費するエネルギーの量です。







TDPシステム内で、ファームウェアにインストールできます。 プロセッサがTDPを最大電力制限として使用した場合、同じ測定プログラムが複数のコアを備えた高電力プロセッサに対して同様のグラフィックスを生成する方法がわかります。



近年、IntelはまさにそのようなTDPの定義を使用しています。 特定のプロセッサについて、Intelは特定の電力（TDP）の動作周波数（基本周波数）を保証しました。 これは、3.2 GHzの通常周波数とターボモードで4.7 GHzのタイプ65 W Core i7-8700のプロセッサーが、3.2 GHzの周波数で動作する場合にのみ最大65 Wを消費することを保証することを意味します 。 Intelは、上記の3.2 GHzおよび65ワットの効果的な動作を保証しません。



Intelは基本的なインジケータに加えて、ターボモードも使用します。 Core i7-8700のようなものは、ターボモードで4.7 GHzを表示できますが、3.2 GHzプロセッサよりもはるかに多くの電力を消費します。 Core i7-8700プロセッサのすべてのコアのターボモードは、4.3 GHzの周波数で動作します。これは、保証された3.2 GHzをはるかに上回ります。 ターボモードが基本周波数まで低下しない場合、状況は複雑になります。 つまり、プロセッサが一定の過剰なTDPで動作する場合、購入した65 Wクーラー（またはそれに付属しているクーラー）がボトルネックになります。 もっとスピードが必要な場合は、そのようなクーラーを捨てて、より良いものを用意する必要があります。



ただし、製造元はこれを教えません。 ターボモードの冷却が不十分で、プロセッサが温度の上限に達すると、最新のプロセッサのほとんどは電力制限モードに切り替わり、指定された電力消費内に収まるように速度が低下します。 その結果、高速プロセッサは限界に達しません。

TDPには何の意味もないのですか？ なぜ今これが問題になったのですか？

過去10年にわたって、TDPという用語の使用方法は変わりませんでしたが、プロセッサーは異なる方法でエネルギー収支を使用し始めました。 周波数が4 GHzを超える6コアおよび8コアのコンシューマプロセッサの最近の出現は、高負荷の新しいプロセッサが宣言されたTDPを超えることを意味します。 過去に、指定された定格95ワットのクアッドコアプロセッサが、ターボモードの全負荷下でも50ワットしか使用しないことを確認しました。 カーネルを追加し、パッケージのTDP指定を変更しない場合、何かが変更されるはずです。

パッケージにない秘密番号

インテルは、各プロセッサー内で、機能と予想される動作モードに基づいていくつかのエネルギーレベルを決定します。 ただし、これらのエネルギーレベルと機能はすべてファームウェアレベルで調整できるため、OEMはこれらのプロセッサがシステムでどのように機能するかを決定します。 その結果、システム内のプロセッサによるエネルギー消費の値は非常にあいまいな指標です。



簡単にするために、3つの重要な値に従うことができます。 IntelはそれらをPL1（エネルギーレベル1）、PL2（エネルギーレベル2）、T（タウ）と呼びます。







PL1は、効果的で均一に期待される長期的なエネルギー消費量です。 実際、PL1は通常TDPプロセッサとして定義されています。 つまり、TDPが80ワットの場合、PL1は80ワットです。



PL2-短期間の最大プロセッサー消費電力。 この値はPL1よりも高く、プロセッサは負荷がかかるとこの状態になり、PL2の最大値までターボモードを使用できます。 これは、Intelがプロセッサの複数のターボモードを識別した場合、PL2が最大電力消費に達したときにのみ動作することを意味します。 PL1モードでは、ターボは機能しません。



Tauは一時変数です。 PL1にロールバックするまでにプロセッサーがPL2モードに留まる時間を決定します。 Tauはプロセッサの電力と温度に依存しません（温度制限に達すると、別の超低電圧値と周波数値のセットが使用され、PL1 / PL2システムが動作を停止することが予想されます）。



Intelの公式定義は次のとおりです。







プロセッサの負荷が高い状況を分析しましょう。



まず、PL2モードで動作し始めます。 負荷がシングルスレッドの場合、仕様で示されている上限ターボ値に到達する必要があります。 通常、1つのコアの消費電力は、チップ全体のPL2値に近づきません。 コアのロードを続行すると、プロセッサは、Intelが決定した核ベースの値に従ってターボモード周波数を下げることで応答します。 プロセッサの消費電力がPL2の値に達すると、PL2を超えないように周波数が変更されます。



システムに長時間「タウ」秒の負荷がかかっている場合、ファームウェアは新しい電力制限としてPL1に切り替える必要があります。 ターボテーブルは使用されなくなりました-PL2モードでのみ機能します。



消費がPL1を超える場合、エネルギー消費がこれらの制限内に収まるように、周波数と電圧が変更されます。 つまり、プロセッサは全体として、負荷がかかった状態で動作している間、状態PL2から状態PL1に周波数を下げます。 これは、プロセッサの温度が低下し、プロセッサの寿命が延びることを意味します。



PL1モードは、負荷がなくなり、カーネルが一定時間（通常5秒まで）アイドル状態になるまで動作します。 その後、別の重い負荷が発生したときにPL2モードを再びオンにできます。



数量の例をいくつか示します-インテルは、さまざまなプロセッサーの仕様にいくつかのオプションをリストしています。 例として、Core i7-8700Kを取り上げました。 このプロセスには次のことが当てはまります。



PL1 = TDP = 95

PL2 = TDP * 1.25 = 118.75

Tau = 8











この場合、システムは8秒間119ワットまで加速し、再び95ワットにロールバックできるはずです。 これは、数世代のIntelプロセッサが何世代にもわたって機能している方法です。ほとんどの場合、プロセッサの消費電力は全負荷下でもPL1の値よりもはるかに低いことが判明しているため、大した問題ではありません。







ただし、PL1、PL2、およびTauはファームウェアで構成できるため、マザーボードメーカーが登場すると、このナンセンスがすべて始まります。 たとえば、上のグラフでは、PL2から制限を削除し、PL1を165 Wと95 Wに割り当てることができます。

乱数の世界

主に家電についてお話します。 多くの場合、PL1、PL2、およびTauは、ラップトップや小型PCなどの冷却が制限された状態で注意深く監視されます。 PL2はTDPと同等であるため、プロセッサがわずかにオーバークロックできるようになっていますが、1つまたは2つのコアの負荷がTDPを超えるほどではない、いくつかの強力で同時にスタイリッシュなPCオプションに精通しています。



ただし、6コアプロセッサの急増後のCPUのレビューでは、PL1またはPL2よりもはるかに大きい数値が見られることが多く、温度の制限を超えない限り、この消費は無期限に続きます。 なぜこれが起こっているのですか？



最新のBIOS、特にメインのマザーボードメーカーでは、電力（短期および長期）および期間を制限する設定があります。 ほとんどの場合、デフォルトでは、ユーザーはどの値に設定されているかを知りません。Autoはそこに書き込まれます。これは、「ユーザーに割り当てる値を知っています。心配しないでください」のコードシンボルです。 メーカーは値をメモリに書き込んで使用しますが、ユーザーには自動のみが表示されます。 その結果、PL2を4096 Wに割り当てて、Tauを非常に大きくすることができます。たとえば、65535、または-1（無限-BIOSバリアントによって異なります）。 これは、CPUが温度制限を超えるまで中断することなくターボモードで動作することを意味します。







なぜメーカーはこれを行うのですか？ これには多くの理由がありますが、特定のメーカーの特定の理由は異なる場合があります。



まず、これはユーザーがターボモードを常に維持でき、各コアが毎秒ターボモードで動作することを意味します。 パフォーマンスの測定は、レビューで、またはユーザーが指標で測定されると、すべてが素晴らしいように見えますが、



第二に、このための製品が開発されています。 インテルはしばしば、発売ごとにデフォルトでマザーボードの仕様を決定します（小売店で販売する独自のマザーボードさえ持っていました）。一定数の電源フェーズと予想される寿命があります。 メーカーは、明らかに、オプションを実装できます：より多くの電力フェーズ、より強力なフェーズ、効率を改善するための特別な電源など。 ボードがすべてのコアのターボモードを継続的にサポートできる場合、それはなぜですか？



第三に、より高価なマザーボードモデルのメーカーは、愛好家が改良された冷却システムを使用することを知っています。 プロセッサが160ワット以上を消費し、ユーザーが適切な冷却システムを使用している場合、すべてのコアのターボモードにより製品の印象が改善されます。 インテルの標準は、会社が推奨するクーラー用に定義されています。

だから、それはどのように正しいのですか、誰を信頼するのですか、違いは何ですか？

インテルは部品の標準を設定しています。 PL1、PL2、Tau、マザーボードダイアグラム、ファームウェア設定-すべてについて、Intelが推奨するデフォルト値があります。 それらのいくつかは公開されています。たとえば、Intelが文書で示しているもの、機密のものもあります（インテルは、どのように尋ねても、それらについては教えません）。 ただし、これらは依然として推奨値です。 そして、最終的に、マザーボード製造業者は好きなことをすることができます。 そして、彼らはそうします。



その結果、たとえば、機器のテストがより困難になります。 別のユーザーは、設定を次のようにしたいと思うでしょう。

1. Intelの推奨、

2.箱から出してすぐに、

3.最大になった。



そして、もちろん、Intelの推奨事項はすぐに使用できるものよりもはるかに少ない指標を提供し、「最大になった」オプションはそれ自体を物語っています。



これまで、すべてのCPUレビューのすべてのテストで、Intelが推奨する設定ではなく、ハードウェアが設定なしの設定で起動されたことは注目に値します。



測定値のコンテキストを示すために、強力なCPUと

25〜30秒の全負荷テストで次の結果が得られました。

アナンドテック	Pl2	タウ	PL1	結果
無制限	4096W	999	4096W	100％
Intelスペック、165W	207W	8秒	165W	98％
定数165w	165W	1秒	165W	94％
Intel仕様、95W	118W	8秒	95W	84％
定数95w	95W	1秒	95W	71％

最近、一部のマザーボードメーカーがPL1 / PL2 / Tauの戦略を変更しており、Tauの値を30秒などの妥当な値に引き下げることに気づきました。 このようなマザーボードで速度測定を実行すると、ユーザーの結果は通常よりも少なくなりますが、これらの結果はIntelの仕様に近いものになります。



事実、マザーボードが自動に設定されている場合、メーカーは通常、この値の正確な値を開示していません。 その結果、そのような機器の動作を説明することは非常に困難です。 また、これらの値は、取り付けられているプロセッサーによって異なる場合があります。



通常、メーカーが推奨する値を使用するメモリを除いて、設定なしでテストを実行します。 これは、実質的に設定が変更されていない場合に期待できる速度を読者に伝える最も正直な方法であると考えています。 実際には、これは通常、PL2が非常に大きな値に設定され、Tauが非常に長い値に設定されることを意味します。 温度が設定された制限内にある間、常にターボモードに遭遇します。

現在の状況、およびそれで何ができるか

少なくともKaby Lakeの発売以来、私は長い間、同様の記事を書きたいと思っていました。 民生用マザーボードのプロセッサのほとんどは無制限のPL2で動作し、これは何年もの間正常であると考えられていました。 そして、Core i9-9900Kをテストすることによってのみ、奇妙なことに気付き始めました。 先週の新しいXeon Eに関する記事では、Supermicroのマザーボードは文字通りIntelの推奨事項に従っていると書かれています。 より商用/サーバーボードがIntelの仕様に従うことは明らかなように思えるかもしれませんが、私は個人的にこれを初めて見ました。 明らかに、これらの仕様による消費者向けボードは機能せず、機能しませんでした。 消費者向けマザーボードでのIntel自身のテスト結果（およびAMDのIntel Intelプロセッサのテスト結果）もIntel仕様を満たしていません。



それで、私たちはそれで何をしますか？ Intelは、ボックスに2つの電源指定を配置する必要があると思います。

• PL2のTDPピーク
• PL1のTDP長期。

このようにして、インテルなどはピーク消費と基本周波数を説明できるようになります。



ユーザーが消費者向けマザーボードの変更を希望する場合、それは困難です。 すべてのメーカーはお互いに先を行きたいと考えているため、デフォルトで有効になっているマルチコアターボオプションなどに直面しています。 製造業者は、「無制限のPL2」パスを好むため、パフォーマンスチャートのトップに登ることができます。 ただし、冷却機能が制限されているラップトップには、多くの場合、独自のオプションPL1、PL2、およびTauがあり、多くの場合、これらのパラメーターに厳密に対応しています。



問題は、IntelデスクトッププロセッサのIntel仕様はどれくらい重要ですか？ これらの推奨事項に文字通り従う必要がある場合、別のステップを踏んでストッククーラーのみを使用する可能性があります。