Skylake-X: lo stato attuale dei suoi problemi
Sulla scia dell’introduzione di Skylake-X e dei risultati deludenti dei nostri tentativi di overclock, abbiamo riflettuto molto sui problemi di alimentazione e termici che affliggono le CPU desktop di fascia alta di Intel. Questi blocchi stradali si riducono a un paio di punti salienti che vorremmo esplorare nel modo più approfondito possibile:
(1) Skylake-X con le impostazioni di serie può essere a malapena raffreddato durante il normale funzionamento. Ciò è dovuto al suo consumo energetico estremamente elevato in alcune situazioni e alla sua pasta termica che impedisce al calore di scarto di essere dissipato in modo efficace.(2) C’è a malapena spazio per l’overclocking degli appassionati. Inoltre, molte schede madri limitano ulteriormente le CPU Skylake-X a causa di scelte di progettazione scadenti, come un raffreddamento VRM insufficiente. Coloro che cercano overclock elevati non devono fare domanda.
Apparecchiatura di prova e configurazione
Nel tentativo di scoprire entrambi i punti, abbiamo deciso di prendere una delle schede madri LGA 2066 più semplici disponibili, costruire un tavolo da banco in grado di supportare il funzionamento verticale e iniziare a eseguire Core i9-7900X attraverso più test.
I nostri esperimenti sono andati in due direzioni. In primo luogo, abbiamo esaminato le letture del sensore termico e dove riportavano il calore. In secondo luogo, abbiamo confrontato le nostre misurazioni termiche a infrarossi attorno all’interfaccia LGA e ai VRM della scheda madre per ricontrollare la plausibilità dei sensori. Questo ci ha anche permesso di documentare la fase di riscaldamento e come si diffonde il calore tramite video time-lapse.
Infine, siamo interessati a sapere se e in che modo altri componenti integrati sono interessati dagli hotspot imposti dal processore.
Utilizziamo la versione più recente del BIOS della nostra scheda madre per garantire letture affidabili dei sensori, oltre a un funzionamento stabile. Per gli stessi motivi è stata scelta la nuova versione beta di HWiNFO (v5.53-3190).
L’alimentazione della CPU della scheda madre impiega un totale di 5+1 fasi, realizzate da un controller buck dual-loop International Rectifier IR35201. Supporta ufficialmente Intel VR12.5 Rev 1.5 e, a quanto pare, anche VR13. Complimenti se hai contato più circuiti di regolazione; il raddoppio di cinque fasi consente due circuiti per fase, riducendo il carico di ciascun VRM e distribuendo i punti caldi in modo più uniforme.
Ogni circuito ha il proprio PowIRstage IR3555 da 60 A. Questi chip altamente integrati combinano i gate driver necessari, i MOSFET high-side e low-side e il diodo Schottky in un unico pacchetto. A differenza della maggior parte dei MOSFET, l’IR3555 è in grado di leggere valori analogici per il sensore di temperatura integrato. Quindi, come è possibile determinare anche la temperatura degli hot-spot sul PCB senza una telecamera IR a portata di mano?
MSI utilizza il chip Super I/O NCT6795D di Nuvoton, in grado di raccogliere e riportare un’ampia varietà di letture dei sensori. Una di queste letture proviene da un termistore (vedi immagine sotto) posizionato tra i chip PowIRstage. Questo è il motivo per cui abbiamo scelto il punto proprio sotto questo termistore, sul lato posteriore della scheda madre, come posizione per le nostre misurazioni basate su video.
Inoltre, controlleremo le temperature sulle induttanze e sui condensatori dei circuiti del regolatore, nonché le temperature della scheda fino alla CPU.
Limitazione della frequenza e arresto di emergenza
È importante capire che i produttori di schede madri aggiungono deliberatamente determinati meccanismi di sicurezza ai loro progetti. Un esempio dalla nostra piattaforma di test è che la frequenza di clock di un processore Skylake-X rallenta esattamente a 1,2 GHz se il termistore riporta una temperatura di 105°C o più (vedi la linea MOS nell’immagine sotto). Tale frequenza viene mantenuta fino a quando la temperatura non scende sotto i 90°C. Solo allora ripristina la piena velocità del processore.
Anche se il punto di infiammabilità del materiale della scheda (FR4) è significativamente superiore a 105°C, le temperature massime consigliate per il funzionamento continuato sono comprese tra 95 e 105°C. In caso contrario, la scheda madre potrebbe subire fratture dovute a secchezza, piegatura o attaccatura dei capelli nei percorsi dei conduttori. Questa consapevolezza della sicurezza è una tendenza gradita, senza dubbio.
Gli appassionati che utilizzano Extreme Tuning Utility (XTU) di Intel possono trovare questa impostazione in Thermal Throttling: Sì, in giallo. Ma che dire di altre impostazioni, come Motherboard VR Throttling?
Innanzitutto, un po’ di sfondo. Senza i MOSFET corrispondenti con uscita del sensore di temperatura (principalmente come tensione) il controller buck IR35201 fornisce le proprie letture di temperatura. Molto tempo fa, era presumibilmente possibile leggere le temperature del convertitore di tensione come VRM1 e VRM2 per le schede grafiche con determinati controller PWM. Tuttavia, i valori di temperatura non sono stati determinati dai sensori di temperatura, ma dalla misurazione del chip stesso, perché i MOSFET utilizzati non avevano sensori all’interno.
Nel nostro caso, otteniamo i valori riportati da PowIRstage. Dopotutto, i valori sotto VR T1 e VR T2 sono significativamente più alti di quanto ci si aspetterebbe.
Il controller PWM può garantire un’alimentazione stabile e sicura solo se tutti i componenti rientrano nelle sue specifiche tecniche. Ciò significa che è necessaria un’impostazione della temperatura massima. Ecco, sono 125°C. A e oltre i 125°C, l’impostazione VR Throttling della scheda madre di XTU: Sì diventa gialla e la frequenza della CPU si riduce a 1,2 GHz. A 135°C, la scheda madre si spegne semplicemente per evitare danni all’hardware.
Anche la CPU si protegge. Stima le temperature per i suoi nuclei e il pacchetto in base alle letture di diversi sensori di temperatura digitali integrati (DTS). La precisione di tali stime aumenta man mano che i sensori diventano più caldi. Sotto i 40°C, le loro misurazioni sono prive di significato. Tuttavia, sono molto precisi sopra gli 80°C, che è dove conta. Se la temperatura del nucleo o della confezione diventa troppo calda, si verifica una limitazione.
La temperatura del pacchetto include le correnti di dispersione del regolatore di tensione integrato. L’IVR è responsabile della fornitura di tensioni diverse ai sottosistemi all’interno della CPU. Overclock elevati e aumenti manuali della tensione possono causare il superamento imprevisto del limite di temperatura. Gli strumenti potrebbero non essere in grado di catturare in modo affidabile questo effetto, il che significa che la CPU potrebbe rallentare senza alcun motivo visibile all’utente.
Osservazione n. 1: è risaputo che la CPU potrebbe rallentare la sua frequenza di clock a causa delle temperature del core o del pacchetto troppo elevate. Tuttavia, il chip Super I/O potrebbe anche rallentarlo a causa delle temperature VRM troppo elevate. Infine, il controller PWM può anche causare throttling se diventa troppo caldo, poiché ciò potrebbe comportare un’alimentazione pericolosamente instabile. Inoltre, è una leggenda metropolitana che il controller PWM possa riportare le temperature VRM.
Il sistema di prova
Apparecchiature di prova e ambiente
Sistema
Intel Core i9-7900XMSI X299 Gaming Pro Carbon AC4x 4GB G.Skill Ripjaws IV DDR4-2600Nvidia Quadro P6000 (workstation)1x 1TB Toshiba OCZ RD400 (M.2, System)2x 960GB Toshiba OCZ TR150 (storage, immagini)Be Quiet Dark Power Pro 11, alimentatore da 850 W (PSU)Windows 10 Pro (aggiornamento per i creatori)
Raffreddamento
Chiller Alphacool Eiszeit 2000 + Alphacool Eisblock XPXAlphacool Eisbär 240 (raffreddatore ad acqua all-in-one)Noctua NH-D15 (raffreddatore ad aria)Thermal Grizzly Kryonaut (usato quando si cambiano i raffreddatori)
Tenere sotto controllo
Eizo EV3237-BK
Misurazione del consumo di energia
Misurazione di corrente continua a shunt (caduta di tensione)Misura di corrente continua a punti di misuraMisurazione CC senza contatto su cavo di alimentazione ausiliario esterno2x Oscilloscopio digitale multicanale Rohde & Schwarz HMO 3054, 500MHz con funzione di memorizzazione 4x sonda di corrente Rohde & Schwarz HZO50 (1mA – 30 A, 100 kHz, CC) 4x Rohde & Schwarz HZ355 (sonde 10:1, 500 MHz) 1x multimetro digitale Rohde & Schwarz HMC 8012 con funzione di memorizzazione
Misurazione termica
1 telecamera a infrarossi Optris PI640 80 Hz + PI Connect Monitoraggio e registrazione a infrarossi in tempo reale Immagini e video sulle emissioni
