Skylake-X : l’état actuel de ses problèmes
À la suite de l’introduction de Skylake-X et des résultats décevants de nos tentatives d’overclocking, nous avons beaucoup réfléchi aux problèmes d’alimentation et thermiques qui affligent les processeurs de bureau haut de gamme d’Intel. Ces obstacles se résument à quelques points saillants que nous aimerions explorer le plus en profondeur possible :
(1) Skylake-X à ses réglages d’origine peut à peine être refroidi pendant le fonctionnement normal. Cela est dû à sa consommation d’énergie extrêmement élevée dans certaines situations et à sa pâte thermique qui empêche la chaleur résiduelle d’être dissipée efficacement.(2) Il n’y a pratiquement pas de place pour les passionnés d’overclocker. En outre, de nombreuses cartes mères limitent davantage les processeurs Skylake-X en raison de mauvais choix de conception, tels qu’un refroidissement VRM insuffisant. Ceux qui recherchent des overclocks élevés n’ont pas besoin de postuler.
Équipement de test et configuration
Dans un effort pour résoudre ces deux points, nous avons décidé de saisir l’une des cartes mères LGA 2066 les plus simples, de construire une table de banc capable de prendre en charge un fonctionnement vertical et de commencer à exécuter Core i9-7900X à travers d’autres tests.
Nos expériences sont allées dans deux directions. Tout d’abord, nous avons examiné les relevés des capteurs thermiques et où ils signalaient de la chaleur. Deuxièmement, nous avons comparé nos mesures thermiques infrarouges autour de l’interface LGA de la carte mère et des VRM pour revérifier la plausibilité des capteurs. Cela nous a également permis de documenter la phase d’échauffement et la propagation de la chaleur via des vidéos accélérées.
Enfin, nous souhaitons savoir si et comment d’autres composants embarqués sont affectés par les points chauds imposés par le processeur.
Nous utilisons la version la plus récente du BIOS de notre carte mère pour garantir des lectures de capteur fiables, ainsi qu’un fonctionnement stable. La nouvelle version bêta de HWiNFO (v5.53-3190) a été choisie pour les mêmes raisons.
L’alimentation du processeur de la carte mère utilise un total de 5 + 1 phases, réalisées par un contrôleur abaisseur à double boucle International Rectifier IR35201. Il prend officiellement en charge le VR12.5 Rev 1.5 d’Intel, et aussi apparemment le VR13. Félicitations si vous avez compté plus de circuits de régulateur ; le doublement de cinq phases permet deux circuits par phase, réduisant la charge de chaque VRM et répartissant les points chauds plus uniformément.
Chaque circuit a son propre étage PowIR 60A IR3555. Ces puces hautement intégrées combinent les pilotes de grille nécessaires, les MOSFET haut et bas et la diode Schottky dans un seul boîtier. Contrairement à la plupart des MOSFET, l’IR3555 est capable de lire les valeurs analogiques du capteur de température intégré. Alors, comment est-il possible de déterminer également la température des points chauds sur le PCB sans caméra infrarouge à portée de main ?
MSI utilise la puce Super I/O NCT6795D de Nuvoton, qui est capable de collecter et de rapporter une grande variété de lectures de capteurs. L’une de ces lectures provient d’une thermistance (voir image ci-dessous) placée parmi les puces PowIRstage. C’est pourquoi nous avons choisi l’endroit juste en dessous de cette thermistance, à l’arrière de la carte mère, comme emplacement pour nos mesures vidéo.
De plus, nous vérifierons les températures sur les selfs et les condensateurs des circuits du régulateur, ainsi que les températures de la carte jusqu’au CPU.
Limitation de fréquence et arrêt d’urgence
Il est important de comprendre que les fabricants de cartes mères ajoutent délibérément certains mécanismes de sécurité à leurs conceptions. Un exemple tiré de notre plate-forme de test est que la fréquence d’horloge d’un processeur Skylake-X se limite à exactement 1,2 GHz si la thermistance signale une température de 105 ° C ou plus (voir la ligne MOS dans l’image ci-dessous). Cette fréquence est maintenue jusqu’à ce que la température descende en dessous de 90°C. Ce n’est qu’alors qu’il restaure la pleine vitesse du processeur.
Même si le point d’éclair du matériau de la carte (FR4) est nettement supérieur à 105°C, les températures maximales recommandées pour un fonctionnement continu se situent entre 95 et 105°C. Sinon, la carte mère pourrait souffrir d’assèchement, de flexion ou de fractures capillaires dans les chemins conducteurs. Cette conscience de la sécurité est une tendance bienvenue, bien sûr.
Les passionnés d’Intel Extreme Tuning Utility (XTU) trouveront ce paramètre sous Thermal Throttling : Oui, en jaune. Mais qu’en est-il des autres paramètres, tels que Motherboard VR Throttling ?
D’abord, un peu de contextualisation. Sans les MOSFET correspondants avec sortie de capteur de température (principalement sous forme de tension), le contrôleur abaisseur IR35201 fournit ses propres relevés de température. Il y a longtemps, il était censé être possible de lire les températures des convertisseurs de tension comme VRM1 et VRM2 pour les cartes graphiques avec certains contrôleurs PWM. Cependant, les valeurs de température n’étaient pas déterminées par des capteurs de température, mais par la puce elle-même, car les MOSFET utilisés n’avaient pas de capteurs à l’intérieur.
Dans notre cas, nous obtenons les valeurs rapportées à partir du PowIRstage. Après tout, les valeurs sous VR T1 et VR T2 sont nettement plus élevées que prévu.
Le contrôleur PWM ne peut garantir une alimentation électrique stable et sûre que si tous les composants respectent ses spécifications techniques. Cela signifie qu’un réglage de température maximale est nécessaire. Ici, c’est 125°C. À et au-dessus de 125 ° C, le paramètre Motherboard VR Throttling: Yes du XTU devient jaune et la fréquence du processeur passe à 1,2 GHz. À 135 °C, la carte mère s’éteint simplement pour éviter d’endommager le matériel.
Le CPU se protège également. Il estime les températures de ses noyaux et de son boîtier en fonction des lectures de différents capteurs de température numériques intégrés (DTS). La précision de ces estimations augmente à mesure que les capteurs chauffent. En dessous de 40°C, leurs mesures n’ont aucun sens. Cependant, ils sont très précis au-dessus de 80°C, et c’est là que ça compte. Si la température du noyau ou de l’emballage devient trop élevée, un étranglement s’ensuit.
La température du boîtier inclut les courants de fuite du régulateur de tension intégré. L’IVR est chargé de fournir différentes tensions aux sous-systèmes du CPU. Des overclocks élevés et des augmentations de tension manuelles peuvent entraîner un dépassement inattendu de la limite de température. Les outils peuvent ne pas être en mesure de capturer cet effet de manière fiable, ce qui signifie que le processeur peut ralentir sans aucune raison visible pour l’utilisateur.
Observation #1 : Il est bien connu que le processeur peut ralentir sa fréquence d’horloge en raison de températures trop élevées de son cœur ou de son boîtier. Cependant, la puce Super I/O peut également l’étrangler en raison de températures VRM trop élevées. Enfin, le contrôleur PWM peut également provoquer un étranglement s’il chauffe trop, car cela pourrait entraîner une alimentation électrique dangereusement instable. De plus, c’est une légende urbaine que le contrôleur PWM peut signaler les températures VRM.
Le système d’essai
Équipement d’essai et environnement
Système
Intel Core i9-7900XMSI X299 Gaming Pro Carbon AC4x 4 Go G.Skill Ripjaws IV DDR4-2600Nvidia Quadro P6000 (Station de travail)1x 1 To Toshiba OCZ RD400 (M.2, Système)2x 960 Go Toshiba OCZ TR150 (Stockage, Images)Be Quiet Dark Power Bloc d’alimentation Pro 11, 850 W (PSU) Windows 10 Pro (mise à jour des créateurs)
Refroidissement
Refroidisseur Alphacool Eiszeit 2000 + Alphacool Eisblock XPXAlphacool Eisbär 240 (refroidisseur d’eau tout-en-un)Noctua NH-D15 (refroidisseur d’air)Thermal Grizzly Kryonaut (utilisé lors du changement de refroidisseur)
Moniteur
Eizo EV3237-BK
Mesure de la consommation électrique
Mesure du courant continu aux shunts (chute de tension)Mesure du courant continu aux points de mesureMesure CC sans contact sur le câble d’alimentation auxiliaire externe2x Rohde & Schwarz HMO 3054, 500MHz Oscilloscope numérique multicanal avec fonction de stockage 4x Rohde & Schwarz HZO50 Current Probe (1mA – 30A, 100kHz, DC) 4x Rohde & Schwarz HZ355 (sondes 10:1, 500MHz) 1x Rohde & Schwarz HMC 8012 Multimètre numérique avec fonction de stockage
Mesure thermique
1x caméra infrarouge Optris PI640 80Hz + surveillance et enregistrement infrarouge en temps réel PI ConnectPhotos et vidéos d’émission
