Skylake-X: текущее состояние проблем
После появления Skylake-X и разочаровывающих результатов наших попыток разгона мы много думали о проблемах с питанием и температурой, которые преследуют самые мощные процессоры Intel для настольных ПК. Эти препятствия сводятся к нескольким существенным моментам, которые мы хотели бы изучить как можно глубже:
(1) Skylake-X со стандартными настройками почти не охлаждается при нормальной работе. Это связано с тем, что в некоторых ситуациях его энергопотребление чрезвычайно велико, а его термопаста препятствует эффективному рассеиванию отработанного тепла. (2) Энтузиастам практически не остается места для разгона. Кроме того, многие материнские платы еще больше ограничивают процессоры Skylake-X из-за неудачного выбора конструкции, например, из-за недостаточного охлаждения VRM. Те, кто ищет высокие разгоны, не должны обращаться.
Испытательное оборудование и установка
Чтобы выяснить оба вопроса, мы решили взять одну из самых простых материнских плат LGA 2066, построить настольный стол, способный поддерживать вертикальную работу, и запустить Core i9-7900X в дополнительных тестах.
Наши эксперименты шли в двух направлениях. Во-первых, мы изучили показания термодатчиков и то, где они сообщали о тепле. Во-вторых, мы сравнили наши инфракрасные тепловые измерения вокруг интерфейса LGA материнской платы и VRM, чтобы перепроверить достоверность датчиков. Это также позволило нам задокументировать фазу разогрева и распространение тепла с помощью замедленных видеороликов.
Наконец, нам интересно узнать, влияют ли горячие точки, связанные с процессором, на другие встроенные компоненты, и если да, то каким образом.
Мы используем самую последнюю версию BIOS нашей материнской платы, чтобы гарантировать надежные показания датчиков и стабильную работу. По тем же причинам была выбрана новая бета-версия HWiNFO (v5.53-3190).
Блок питания процессора материнской платы использует в общей сложности 5+1 фаз, реализуемых двухконтурным понижающим контроллером International Rectifier IR35201. Он официально поддерживает Intel VR12.5 Rev 1.5, а также, по-видимому, VR13. Престижность, если вы насчитали больше схем регулятора; удвоение пяти фаз позволяет создать две цепи на фазу, что снижает нагрузку на каждый VRM и более равномерно распределяет горячие точки.
Каждая цепь имеет свой собственный 60A IR3555 PowIRstage. Эти микросхемы с высокой степенью интеграции объединяют в одном корпусе необходимые драйверы затворов, МОП-транзисторы верхнего и нижнего плеча и диод Шоттки. В отличие от большинства МОП-транзисторов, IR3555 может считывать аналоговые значения для встроенного датчика температуры. Итак, как можно определить температуру горячих точек на печатной плате, не имея под рукой ИК-камеры?
MSI использует микросхему Super I/O NCT6795D от Nuvoton, которая способна собирать и сообщать о самых разных показаниях датчиков. Одно из этих показаний исходит от термистора (см. рисунок ниже), размещенного среди микросхем PowIRstage. Вот почему мы выбрали место прямо под этим термистором на задней стороне материнской платы в качестве места для наших видеоизмерений.
Кроме того, мы проверим температуру на дросселях и конденсаторах цепей регулятора, а также температуру платы на всем пути до процессора.
Регулирование частоты и аварийное отключение
Важно понимать, что производители материнских плат намеренно добавляют в свои конструкции определенные механизмы безопасности. Одним из примеров нашей тестовой платформы является то, что тактовая частота процессора Skylake-X снижается точно до 1,2 ГГц, если термистор сообщает о температуре 105°C или выше (см. линию MOS на изображении ниже). Эта частота поддерживается до тех пор, пока температура не упадет ниже 90°C. Только тогда он восстанавливает полную скорость процессора.
Несмотря на то, что температура воспламенения материала платы (FR4) значительно выше 105°C, рекомендуемая максимальная температура для продолжительной работы составляет от 95 до 105°C. В противном случае материнская плата может пострадать от высыхания, изгиба или микротрещин на дорожках проводников. Это сознание безопасности, безусловно, является долгожданной тенденцией.
Энтузиасты, использующие Intel Extreme Tuning Utility (XTU), могут найти этот параметр в разделе «Тепловое регулирование»: да, желтым цветом. Но как насчет других настроек, таких как регулирование материнской платы VR?
Сначала немного предыстории. Без соответствующих полевых МОП-транзисторов с выходом датчика температуры (в основном в виде напряжения) понижающий контроллер IR35201 обеспечивает собственные показания температуры. Давным-давно якобы можно было считывать температуры преобразователя напряжения как VRM1 и VRM2 для видеокарт с определенными ШИМ-контроллерами. Однако значения температуры определялись не датчиками температуры, а самим чипом, потому что используемые полевые МОП-транзисторы не имели датчиков внутри.
В нашем случае мы получаем сообщаемые значения из PowIRstage. Ведь значения при VR T1 и VR T2 значительно выше, чем мы ожидали.
ШИМ-контроллер может гарантировать стабильное и безопасное электропитание только в том случае, если все компоненты соответствуют его техническим характеристикам. Это означает, что необходимо установить максимальную температуру. Здесь 125°С. При температуре 125°C и выше параметр «Дросселирование материнской платы XTU: Да» становится желтым, а частота ЦП снижается до 1,2 ГГц. При температуре 135°C материнская плата просто отключается, чтобы избежать повреждения оборудования.
Процессор тоже защищает себя. Он оценивает температуру своих ядер и корпуса на основе показаний различных встроенных цифровых датчиков температуры (DTS). Точность этих оценок возрастает по мере того, как датчики нагреваются. При температуре ниже 40°C их измерения бессмысленны. Тем не менее, они очень точны при температурах выше 80°C, и именно здесь это имеет значение. Если температура ядра или корпуса становится слишком высокой, происходит дросселирование.
Температура корпуса включает в себя токи утечки встроенного регулятора напряжения. IVR отвечает за подачу различных напряжений на подсистемы ЦП. Высокий разгон и ручное увеличение напряжения могут привести к неожиданному превышению предела температуры. Инструменты могут быть не в состоянии надежно зафиксировать этот эффект, а это означает, что процессор может дросселировать без какой-либо видимой для пользователя причины.
Наблюдение №1: Хорошо известно, что ЦП может снижать свою тактовую частоту из-за слишком высокой температуры ядра или корпуса. Однако микросхема Super I/O также может ограничивать его из-за слишком высокой температуры VRM. Наконец, ШИМ-контроллер также может вызвать дросселирование, если он слишком горячий, поскольку это может привести к опасной нестабильности источника питания. Более того, это городская легенда, что ШИМ-контроллер может сообщать о температуре VRM.
Тестовая система
Испытательное оборудование и окружающая среда
Система
Intel Core i9-7900XMSI X299 Gaming Pro Carbon AC4x 4 ГБ G.Skill Ripjaws IV DDR4-2600Nvidia Quadro P6000 (рабочая станция) 1x 1 ТБ Toshiba OCZ RD400 (M.2, система) 2x 960 ГБ Toshiba OCZ TR150 (хранилище, изображения) Be Quiet Dark Power Pro 11, блок питания 850 Вт (PSU)Windows 10 Pro (Creators Update)
Охлаждение
Чиллер Alphacool Eiszeit 2000 + Alphacool Eisblock XPXAlphacool Eisbär 240 (универсальный кулер для воды) Noctua NH-D15 (воздушный кулер) Thermal Grizzly Kryonaut (используется при переключении кулеров)
Монитор
Эйзо EV3237-BK
Измерение энергопотребления
Измерение постоянного тока на шунтах (падение напряжения)Измерение постоянного тока в точках измеренияБесконтактное измерение постоянного тока на кабеле внешнего вспомогательного источника питания2x Rohde & Schwarz HMO 3054, цифровой многоканальный осциллограф 500 МГц с функцией хранения 30 А, 100 кГц, постоянный ток) 4x Rohde & Schwarz HZ355 (пробники 10:1, 500 МГц) 1x цифровой мультиметр Rohde & Schwarz HMC 8012 с функцией хранения
Тепловое измерение
1 инфракрасная камера Optris PI640 80 Гц + инфракрасный мониторинг и запись PI Connect в режиме реального времени.
