Skylake-X: 문제의 현재 상태
Skylake-X의 도입과 오버클러킹 시도의 실망스러운 결과에 따라 인텔의 최고급 데스크탑 CPU를 괴롭히는 전력 및 열 문제에 대해 많은 생각을 했습니다. 이러한 장애물은 우리가 가능한 한 깊이 탐구하고자 하는 몇 가지 두드러진 점으로 요약됩니다.
(1) 기본 설정의 Skylake-X는 정상 작동 중에 거의 냉각되지 않습니다. 이는 일부 상황에서 전력 소비가 극도로 높기 때문이며 열 페이스트가 폐열을 효과적으로 발산하는 것을 방지합니다.(2) 매니아가 오버클럭할 공간이 거의 없습니다. 또한 많은 마더보드는 불충분한 VRM 냉각과 같은 잘못된 설계 선택으로 인해 Skylake-X CPU를 더 제한합니다. 높은 오버클럭을 원하는 사람들은 신청할 필요가 없습니다.
테스트 장비 및 설정
두 가지 점을 모두 파악하기 위해 우리는 더 간단한 LGA 2066 마더보드 중 하나를 선택하고 수직 작동을 지원할 수 있는 벤치 테이블을 구축하고 더 많은 테스트를 통해 Core i9-7900X를 실행하기 시작했습니다.
우리의 실험은 두 가지 방향으로 진행되었습니다. 먼저 열 센서 판독값과 열을 보고하는 위치를 조사했습니다. 둘째, 마더보드의 LGA 인터페이스와 VRM 주변의 적외선 열 측정값을 비교하여 센서의 타당성을 다시 확인했습니다. 이를 통해 우리는 워밍업 단계와 시간 경과 비디오를 통해 열이 확산되는 방식을 문서화할 수 있었습니다.
마지막으로 다른 온보드 구성 요소가 프로세서에 의해 부과된 핫스팟에 의해 영향을 받는지 여부와 영향을 받는 방법을 알고 싶습니다.
안정적인 작동과 함께 안정적인 센서 판독을 보장하기 위해 최신 버전의 마더보드 BIOS를 사용하고 있습니다. HWiNFO의 새로운 베타 버전(v5.53-3190)도 같은 이유로 선택되었습니다.
마더보드의 CPU 전원 공급 장치는 International Rectifier IR35201 이중 루프 벅 컨트롤러에 의해 구현된 총 5+1 단계를 사용합니다. 공식적으로 Intel의 VR12.5 Rev 1.5 및 분명히 VR13을 지원합니다. 더 많은 레귤레이터 회로를 계산했다면 감사합니다. 5개의 위상을 두 배로 늘리면 위상당 2개의 회로가 허용되어 각 VRM의 부하가 줄어들고 핫스팟이 더 고르게 분산됩니다.
각 회로에는 자체 60A IR3555 PowIRstage가 있습니다. 이 고집적 칩은 필요한 게이트 드라이버, 하이사이드 및 로우사이드 MOSFET, 쇼트키 다이오드를 하나의 패키지에 결합합니다. 대부분의 MOSFET과 달리 IR3555는 내장된 온도 센서의 아날로그 값을 읽을 수 있습니다. 그렇다면 IR 카메라를 사용하지 않고 PCB의 핫스팟 온도를 어떻게 결정할 수 있을까요?
MSI는 다양한 센서 판독값을 수집하고 보고할 수 있는 Nuvoton의 NCT6795D Super I/O 칩을 사용합니다. 이러한 판독값 중 하나는 PowIRstage 칩 사이에 배치된 서미스터(아래 그림 참조)에서 나옵니다. 이것이 우리가 비디오 기반 측정을 위한 위치로 마더보드 뒷면의 이 서미스터 바로 아래 지점을 선택한 이유입니다.
또한 레귤레이터 회로의 초크와 커패시터의 온도는 물론 CPU까지 보드 온도를 확인할 것입니다.
주파수 조절 및 비상 종료
마더보드 제조업체가 의도적으로 특정 안전 메커니즘을 설계에 추가한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 테스트 플랫폼의 한 가지 예는 서미스터가 105°C 이상의 온도를 보고하는 경우 Skylake-X 프로세서의 클록 속도가 정확히 1.2GHz로 조절된다는 것입니다(아래 이미지의 MOS 라인 참조). 이 주파수는 온도가 90°C 아래로 떨어질 때까지 유지됩니다. 그래야만 프로세서의 최대 속도를 복원합니다.
기판 재료의 인화점(FR4)이 105°C보다 훨씬 높지만 계속 작동하는 데 권장되는 최대 온도는 95~105°C입니다. 그렇지 않으면 마더보드가 도체 경로에서 건조, 구부러짐 또는 가는선 골절로 고통받을 수 있습니다. 이러한 안전 의식은 확실히 환영받는 추세입니다.
Intel의 XTU(Extreme Tuning Utility)를 사용하는 매니아는 Thermal Throttling: Yes, 노란색에서 이 설정을 찾을 수 있습니다. 그러나 마더보드 VR Throttling과 같은 다른 설정은 어떻습니까?
첫째, 약간의 배경. 온도 센서 출력(대부분 전압)이 있는 해당 MOSFET이 없으면 IR35201 벅 컨트롤러는 자체 온도 판독값을 제공합니다. 오래 전에 특정 PWM 컨트롤러가 있는 그래픽 카드의 경우 전압 변환기 온도를 VRM1 및 VRM2로 읽는 것이 가능했습니다. 그러나 온도 값은 온도 센서에 의해 결정되는 것이 아니라 사용 중인 MOSFET에 내부 센서가 없기 때문에 자체 측정하는 칩에 의해 결정됩니다.
우리의 경우 PowIRstage 내에서 보고된 값을 얻습니다. 결국 VR T1 및 VR T2의 값은 예상보다 훨씬 높습니다.
PWM 컨트롤러는 모든 구성 요소가 기술 사양 내에 있는 경우에만 안정적이고 안전한 전원 공급을 보장할 수 있습니다. 이것은 최대 온도 설정이 필요함을 의미합니다. 여기, 125°C입니다. 125°C 이상에서 XTU의 마더보드 VR 조절: 예 설정이 노란색으로 바뀌고 CPU의 주파수가 1.2GHz로 조절됩니다. 135°C에서 마더보드는 하드웨어 손상을 방지하기 위해 단순히 종료됩니다.
CPU도 스스로를 보호합니다. 다양한 통합 디지털 온도 센서(DTS)의 판독값을 기반으로 코어 및 패키지의 온도를 추정합니다. 센서가 뜨거워질수록 이러한 추정치의 정확도가 높아집니다. 40°C 이하에서는 측정이 의미가 없습니다. 그러나 80°C 이상에서는 매우 정확합니다. 코어 또는 패키지 온도가 너무 뜨거워지면 스로틀링이 발생합니다.
패키지 온도에는 통합 전압 조정기의 누설 전류가 포함됩니다. IVR은 CPU 내의 하위 시스템에 다양한 전압을 제공하는 역할을 합니다. 높은 오버클럭과 수동 전압 증가로 인해 온도 제한이 예기치 않게 초과될 수 있습니다. 도구는 이 효과를 안정적으로 캡처하지 못할 수 있습니다. 즉, CPU가 사용자에게 표시될 이유 없이 스로틀할 수 있습니다.
관찰 #1: CPU가 코어 또는 패키지 온도가 너무 높아서 클럭 속도를 조절할 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 그러나 Super I/O 칩은 VRM 온도가 너무 높기 때문에 이를 스로틀할 수도 있습니다. 마지막으로 PWM 컨트롤러는 너무 뜨거워지면 스로틀링을 유발할 수 있습니다. 이는 전원 공급 장치가 위험할 정도로 불안정해질 수 있기 때문입니다. 또한 PWM 컨트롤러가 VRM 온도를 보고할 수 있다는 것은 도시의 전설입니다.
테스트 시스템
시험장비 및 환경
체계
Intel Core i9-7900XMSI X299 Gaming Pro Carbon AC4x 4GB G.Skill Ripjaws IV DDR4-2600Nvidia Quadro P6000(워크스테이션)1x 1TB Toshiba OCZ RD400(M.2, 시스템)2x 960GB, Toshiba0(Storage Dark Power Images) Pro 11, 850W 전원 공급 장치(PSU)Windows 10 Pro(크리에이터 업데이트)
냉각
Alphacool Eiszeit 2000 냉각기 + Alphacool Eisblock XPXAlphacool Eisbär 240(올인원 수냉식 냉각기) Noctua NH-D15(공기 냉각기)Thermal Grizzly Kryonaut(쿨러 전환 시 사용)
감시 장치
에이조 EV3237-BK
소비전력 측정
분로에서 직류 측정(전압 강하)측정 지점에서 직류 측정 외부 보조 전원 공급 케이블에서 비접촉 DC 측정 2x Rohde & Schwarz HMO 3054, 500MHz 저장 기능이 있는 디지털 다중 채널 오실로스코프 4x Rohde & Schwarz HZO50 전류 프로브(1mA – 30A, 100kHz, DC) 4x Rohde & Schwarz HZ355(10:1 프로브, 500MHz) 1x Rohde & Schwarz HMC 8012 디지털 멀티미터(저장 기능 포함)
열 측정
1x Optris PI640 80Hz 적외선 카메라 + PI Connect 실시간 적외선 모니터링 및 녹화사진 및 방출 비디오
