Skylake-X: o estado atual de seus problemas
Após a introdução do Skylake-X e os resultados decepcionantes de nossas tentativas de overclock, pensamos muito nos problemas de energia e térmicos que assolam as CPUs de desktop de última geração da Intel. Esses obstáculos se resumem a alguns pontos importantes que gostaríamos de explorar o mais profundamente possível:
(1) Skylake-X em suas configurações de estoque mal pode ser resfriado durante a operação normal. Isso se deve ao seu consumo de energia ser extremamente alto em algumas situações, e sua pasta térmica impedindo que o calor residual seja dissipado de forma eficaz.(2) Quase não há espaço para os entusiastas fazerem overclock. Além disso, muitas placas-mãe limitam ainda mais as CPUs Skylake-X devido a más escolhas de design, como resfriamento VRM insuficiente. Aqueles que procuram overclocks altos não precisam se inscrever.
Equipamento de teste e configuração
Em um esforço para testar os dois pontos, decidimos pegar uma das placas-mãe LGA 2066 mais simples que existem, construir uma mesa de bancada capaz de suportar operação vertical e começar a executar o Core i9-7900X em mais testes.
Nossos experimentos foram em duas direções. Primeiro, examinamos as leituras do sensor térmico e onde elas estavam relatando calor. Em segundo lugar, comparamos nossas medições térmicas infravermelhas em torno da interface LGA da placa-mãe e dos VRMs para verificar novamente a plausibilidade dos sensores. Isso também nos permitiu documentar a fase de aquecimento e como o calor se espalhou por meio de vídeos de lapso de tempo.
Finalmente, estamos interessados em saber se e como outros componentes on-board são afetados pelos hot-spots impostos pelo processador.
Estamos usando a versão mais atual do BIOS da nossa placa-mãe para garantir leituras confiáveis do sensor, além de uma operação estável. A nova versão beta do HWiNFO (v5.53-3190) foi escolhida pelos mesmos motivos.
A fonte de alimentação da CPU da placa-mãe emprega um total de 5+1 fases, realizadas por um controlador buck de loop duplo International Rectifier IR35201. Ele suporta oficialmente o VR12.5 Rev 1.5 da Intel e também aparentemente o VR13. Parabéns se você contou mais circuitos reguladores; a duplicação de cinco fases permite dois circuitos por fase, reduzindo a carga de cada VRM e distribuindo os pontos quentes mais uniformemente.
Cada circuito tem seu próprio 60A IR3555 PowIRstage. Esses chips altamente integrados combinam os drivers de porta necessários, MOSFETs de lado alto e baixo e diodo Schottky em um único pacote. Em contraste com a maioria dos MOSFETs, o IR3555 é capaz de ler valores analógicos para o sensor de temperatura embutido. Então, como é possível determinar também a temperatura dos pontos quentes no PCB sem uma câmera IR à mão?
A MSI usa o chip NCT6795D Super I/O da Nuvoton, capaz de coletar e relatar uma ampla variedade de leituras de sensores. Uma dessas leituras vem de um termistor (veja a figura abaixo) colocado entre os chips PowIRstage. É por isso que escolhemos o local logo abaixo deste termistor, na parte traseira da placa-mãe, como local para nossas medições baseadas em vídeo.
Além disso, verificaremos as temperaturas nas bobinas e capacitores dos circuitos reguladores, bem como as temperaturas da placa até a CPU.
Limitação de frequência e desligamento de emergência
É importante entender que os fabricantes de placas-mãe adicionam deliberadamente certos mecanismos de segurança aos seus projetos. Um exemplo de nossa plataforma de teste é que a taxa de clock de um processador Skylake-X é reduzida para exatamente 1,2 GHz se o termistor relatar uma temperatura de 105°C ou mais (veja a linha MOS na imagem abaixo). Essa frequência é mantida até que a temperatura caia abaixo de 90°C. Só então ele restaura a velocidade total do processador.
Embora o ponto de fulgor do material da placa (FR4) seja significativamente superior a 105°C, as temperaturas máximas recomendadas para operação contínua estão entre 95 e 105°C. Caso contrário, a placa-mãe pode sofrer ressecamento, flexão ou fraturas finas nos caminhos do condutor. Essa consciência de segurança é uma tendência bem-vinda, com certeza.
Os entusiastas que usam o Extreme Tuning Utility (XTU) da Intel podem encontrar essa configuração em Thermal Throttling: Sim, em amarelo. Mas e outras configurações, como o controle de VR da placa-mãe?
Primeiro, um pouco de fundo. Sem os MOSFETs correspondentes com saída do sensor de temperatura (principalmente como tensão), o controlador buck IR35201 fornece suas próprias leituras de temperatura. Há muito tempo, era supostamente possível ler as temperaturas do conversor de tensão como VRM1 e VRM2 para placas gráficas com certos controladores PWM. No entanto, os valores de temperatura não foram determinados por sensores de temperatura, mas sim pelo próprio chip de medição, pois os MOSFETs utilizados não possuíam sensores internos.
No nosso caso, obtemos os valores relatados de dentro do PowIRstage. Afinal, os valores sob VR T1 e VR T2 são significativamente maiores do que esperávamos.
O controlador PWM só pode garantir um fornecimento de energia estável e seguro se todos os componentes estiverem dentro de suas especificações técnicas. Isso significa que é necessário um ajuste de temperatura máxima. Aqui, são 125°C. Acima de 125°C, a configuração VR da placa-mãe da XTU: Sim fica amarela e a frequência da CPU é acelerada para 1,2 GHz. A 135°C, a placa-mãe simplesmente desliga para evitar danos ao hardware.
A CPU também se protege. Ele estima as temperaturas de seus núcleos e pacotes com base nas leituras de diferentes sensores de temperatura digital integrados (DTS). A precisão dessas estimativas aumenta à medida que os sensores ficam mais quentes. Abaixo de 40°C, suas medições não fazem sentido. No entanto, eles são muito precisos acima de 80°C, que é onde conta. Se a temperatura do núcleo ou do pacote ficar muito quente, ocorrerá uma limitação.
A temperatura do pacote inclui as correntes de fuga do regulador de tensão integrado. O IVR é responsável por fornecer diferentes voltagens aos subsistemas dentro da CPU. Overclocks altos e aumentos manuais de tensão podem fazer com que o limite de temperatura seja excedido inesperadamente. As ferramentas podem não ser capazes de capturar esse efeito de forma confiável, o que significa que a CPU pode estrangular sem qualquer motivo que seja visível para o usuário.
Observação #1: É bem conhecido que a CPU pode acelerar sua taxa de clock devido às temperaturas do núcleo ou do pacote serem muito altas. No entanto, o chip Super I/O também pode estrangulá-lo devido às temperaturas do VRM serem muito altas. Finalmente, o controlador PWM também pode causar estrangulamento se ficar muito quente, pois isso pode resultar em uma fonte de alimentação perigosamente instável. Além disso, é uma lenda urbana que o controlador PWM pode relatar temperaturas VRM.
O sistema de teste
Equipamento de teste 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 (Armazenamento, Imagens)Be Quiet Dark Power Pro 11, unidade de fonte de alimentação (PSU) de 850 W Windows 10 Pro (atualização para criadores)
Resfriamento
Alphacool Eiszeit 2000 Chiller + Alphacool Eisblock XPXAlphacool Eisbär 240 (All-in-one Water Cooler)Noctua NH-D15 (Air Cooler)Thermal Grizzly Kryonaut (usado na troca de coolers)
Monitor
Eizo EV3237-BK
Medição de Consumo de Energia
Medição de corrente contínua em shunts (queda de tensão)Medição de corrente contínua em pontos de medição Medição de CC sem contato no cabo de alimentação auxiliar externo 2x Rohde & Schwarz HMO 3054, Osciloscópio multicanal digital de 500MHz com função de armazenamento 4x Rohde & Schwarz HZO50 sonda de corrente (1mA – 30A, 100kHz, DC) 4x Rohde & Schwarz HZ355 (sondas 10:1, 500MHz) 1x Multímetro digital Rohde & Schwarz HMC 8012 com função de armazenamento
Medição Térmica
1x Câmera infravermelha Optris PI640 80Hz + PI Connect Monitoramento e Gravação Infravermelho em Tempo Real Imagens e Vídeos de Emissão
