Die Logik hinter dem Turbo-Modus von Intel

[Roman78]

Intel macht es einem nicht leicht bei der Wahl vom Prozessor. Ich habe gelesen, dass der Turbo-Modus dafür dient, das der CPU wenn nicht alle Kerne benutzt werden einzelne Kerne höher getaktet werden können für einen bessere Leistung von Software die nicht für Multi-Thread gemacht ist. So weit so gut. Aber dies macht das wählen eines CPUs recht kompliziert, weil man nicht einfach von der Taktzahl ausgehen kann.

Beispiel 1: Ich war dabei neue Rechner zusammen zu stellen und stand vor der Wahl i5-8400 (6x2.8Ghz) und i3-8100 (4x3,6Ghz). Ich tendierte zum i3 weil deutlich höhere Taktrate dies würde sich vorteilhaft auf unsere genutzte Software auswirken. Dann habe ich Benchmarks gesehen und festgestellt, dass der i5 auch dort schneller ist. Bei CPU-World steht dann auch, dass der i5 im Single-Mode auf 4.0Ghz steigt. Aber dort steht auch, dass er bei 6-Cores auf 3.8 Ghz läuft. Das habe ich mal mit Prime95 getestet und der hält die 3.8 Ghz. Also ist der i5-8400 sowohl im Single als im Mulit schneller.

Beispiel 2: Ich hatte einen iMac 2011 hier stehen mit einem i5-2500s (2.7Ghz) drin und ich hatte noch einen i5-2400 (3.1Ghz) hier liegen. Prima, ausgetauscht 400 Mhz Mehr. Vorher und nachher ein Geekbench ausgeführt. Hier habe ich dann festgestellt, dass er im Multi-Core in der tat schneller ist, aber im Single-Core langsamer. Der 2400 läuft im Turbo-Modus im Single Core auf 3.4 Ghz und der 2500s auf 3.7 Ghz.

Irgendwie fehlt mir da teilweise die Logik. Warum verkauft Intel, im falle des i5-8400 einen Prozessor als 2.8 gekennzeichnet, der eigentlich immer bei 3.8 Ghz unter Vollast läuft und somit überhaupt nicht runter taktet? Also eigentlich ein 3.8 sein sollte mit Turbo-Modus auf 4.0.

Bei vielen anderen Prozessoren ist mir dies auch schon aufgefallen, dass die eigentlich immer, wenn unter Vollast, im Turbo-Modus arbeiten und überhaupt nicht runter takten. Davon ausgehend, dass der Kühler ausreichende Leistung hat.

 

[lll]

Tja, dasselbe Spiel mit den Angaben der Fertigungsgrößen, man will sie besser aussehen lassen, darum liest man auch immer vor den Kauf Tests, ohne würde ich mir keine neue Hardware anschaffen wollen, egal was ein Hersteller für angaben macht.

 

[Roman78]

Wie ist 2.8 besser als 3.8?

 

[Domez]

Weil sie ne niedrigere TDP in das Datenblatt schreiben können.

 

[bschicht86]

Bei Intel gilt die TDP bzw. der "angegebene Verbrauch" (ich weiß, ist grob gesagt keiner) beim Basistakt. Alles drüber endet im Mehrverbrauch.

 

[Roman78]

Achso.. ja das macht Sinn. Obwohl er meist zwischen 50 und 60 Watt pendelt. Bei Prime95 ging er nur einmal über die 65 Watt hinaus wo er dann etwas runter getaktet ist. Also das habe ich eben festgestellt, Prime läuft jetzt etwa eine Stunde und der CPU ist immer noch bei 3.8 Ghz

 

[Amigac64]

TSX-NI wird erst ab dem Core i5 8500 unterstützt

 

[Roman78]

Aha. TSX hat ja schon mein Haswell. Der 8500 war aber für unseren Office-Rechner zu teuer.

 

[fortunes]

Die Logik ist folgende:

Die Hersteller der Mainboards nehmen das Thema "TDP" sehr oft (aber nicht immer!) nicht so genau.

Eigentlich sieht Intel nämlich vor, dass bspw. eine 95W-CPU einen Basistakt X (PL1) hat und einen Turbotakt Y (PL2). Diesen Turbotakt schaltet die CPU, wenn es nötig wird. Reicht die TDP dafür nicht (mehr) aus, darf sich die CPU für die Zeit Z (TAU, idR 8 Sek.) eine TDP mit dem Faktor 1.25 genehmigen. Das sind dann ca. 119W. Nach den 8 Sekunden muss die CPU aber wieder in ihr TDP-Limit zurück.

Aber: das sind Intels "Package Turbo Specifications" - und die dürfen verändert werden.

Unter'm Strich verkauft Intel also CPUs mit einem lächerlichen Basistakt und erlaubt diesen CPUs aber einen genialen Turbotakt. Dass sie diesen Turbotakt aber eigentlich kaum bis gar nicht (langfristig) halten können, erfährt man erst, wenn man bei Intel ins Kleingedruckte schaut.

Damit die Kunden aber dennoch zufrieden sind, gehen die Mainboardhersteller einfach her und setzen PL1 oder TAU nach oben, so dass die TDP egalisiert wird. Dann läuft der Turbotakt permanent und der Kunde ist glücklich. Nur ist man dann weit weg von der TDP.

Das erste Mal fiel das sehr deutlich bei Medion auf, weil ein PC mit einem i7-8700 plötzlich "langsamer" als andere i7-8700 ohne OEM lief. Und seitdem schaut man sich das Verhalten von Intels CPUs ganz genau an.

Besonders krass trifft es den 9900K - dieser kann, limitiert auf seine TDP, nicht'mal für die 8-Sekunden den Turbo halten, wenn man bspw. Prime laufen lässt. Der 9900K ist eine 95W-CPU und kann den AllCore-Turbo von 4,7GHz gar nicht für -8- Sekunden halten, weil dafür die knapp 119W Limit nicht ausreichen. Ein~zwei Kerne schafft der 9900K auf 5GHz im TDP-Limit. Aber alle -8- Kerne auf 4,7GHz schafft er nicht innerhalb der Spezifikationen. Da müssen dann die Mainboardhersteller ran, die die PL1 anheben.

Intel lässt daher die Platinenhersteller nur zu gerne gewähren - oder hat vielleicht sogar die Platinenhersteller angewiesen, beim PL1 großzügiger zu sein, damit die Kunden zufrieden sind.

 

[Roman78]

Aha, das macht einiges deutlich.

Da kommt bei mir die Frage warum solche "K" CPUs dann nicht auf z.B. 115Watt oder 130 Watt gehoben werden, so wie z.B. der XEON X5680 der ein TDP von 130Watt hat.

Aber mal in die andere Richtung gedacht. Der i5-8400 den ich hier habe, läuft mit Prime über Stunden auf 3.8 Ghz und ist dabei meist im TDP-Limit. Mir ich 2 mal aufgefallen, dass er über den TDP-Limit kommt, dann aber direkt runter taktet. Hier gilt dann die 8 Sekunden Regel wohl nicht. Das wird aber am Mainboard liegen, gehe ich mal von aus.

/edit: Ich habe im Bios die TDP mal auf 75Watt eingestellt. Mal sehen was er macht Also Intel Power Gaget zeigt jetzt bei PkgPwrLimit 75.0W an. Mal sehen ob er jetzt die 3.8 Ghz dauernd halten kann.

 

[fortunes]

Prestige, OEM, Vorgaben. Such' dir den Grund aus, warum Intel eine solche CPU in die 95W-Klasse drückt.

Und dann wird immer auf die Mobo-Hersteller geschmimpft, wenn die CPUs so viel Strom fressen. Die Mobo-Hersteller übertakten ja nicht'mal, die lassen die CPU "nur" auf Anschlag laufen - so wie es Intel möchte.

Wenn man die CPUs auf ihre TDP begrenzt, sieht man ja, was passiert.

CPU Performance: System Tests - The Intel Core i9-9900K at 95W: Fixing The Power for SFF

Insbesondere wenn AVX aktiv ist, kacken die Intels so richtig ab, wenn man deren TDP festnagelt.

 

[bschicht86]

Da kommt bei mir die Frage warum solche "K" CPUs dann nicht auf z.B. 115Watt oder 130 Watt gehoben werden, so wie z.B. der XEON X5680 der ein TDP von 130Watt hat.

Weils nicht schön aussieht. Beim FX9590 hat man wegen der ehrlich angegebenen 220W TDP die Nase gerümpft. Wenn aber eine CPU nur mit 95W oder 65W TDP daher kommt, siehts auf dem Papier schon interessanter aus. Wieviel % der Käufer misst schon nach und wenn, wird er es nur allzuoft auf andere Komponenten schieben, denn man misst ja schliesslich das gesamte System.

 

[Holt]

Bei Intel gilt die TDP bzw. der "angegebene Verbrauch" (ich weiß, ist grob gesagt keiner) beim Basistakt.

Die TDP ist keine Angabe der Leistungsaufnahme, sondern eine Spezifikation für die Kühlung. Der einzige Rückschluss auf die tatsächliche Leistungsaufnahme ist, dass diese beim Basistakt unter der TDP liegen dürfte. Wobei ab Kaby Lake wegen der höheren Leistungsaufnahme bei Nutzung der AVX2 Befehle, der Basistakt besonders gering ausfällt und der tatsächliche Takt bei Lasten ohne AVX Befehlen, meistens deutlich über dem Basistakt liegen wird.

Da kommt bei mir die Frage warum solche "K" CPUs dann nicht auf z.B. 115Watt oder 130 Watt gehoben werden

Bei den K Modellen auf einem Board welches Übertakten erlaubt, spielt die TDP praktisch überhaupt keine Rolle, da die meisten Boards dies schon in der Defaulteinstellung ignorieren und die CPUs tails deutlich übertakten. Das Übertakten ist ja der Sinn der K Modelle und übertaktet wird die Leistungsaufnahme eben auch deutlich höher als die TDP sein und die Kühlung muss entsprechend größer dimensioniert sein.

 

[Mo3Jo3]

@Roman78
Evtl hilft dir dieser Link weiter.
CPU-Leistungsaufnahme: Was „TDP“ bei AMD und Intel aktuell bedeutet - ComputerBase

 

[fortunes]

Die TDP ist keine Angabe der Leistungsaufnahme, sondern eine Spezifikation für die Kühlung.

Das stimmt so nicht - die TDP ist auch die Angabe für die Leistungsaufnahme - auch bei Intel.

Intel beschreibt selbst die TDP als "die durchschnittliche Leistungsaufnahme (in Watt), die der Prozessor beim Betrieb auf Basisfrequenz ableitet, wenn alle Kerne bei einer von Intel definierten, hochkomplexen Arbeitslast aktiv sind" - was bedeutet, dass die CPU sich bei einer "hochkomplexen Arbeitslast" auf allen Kernen in diesem Rahmen bewegt.

Und genau das machen die Intel-CPUs auch - wenn man im UEFI der Mainboards die PL1-Zügel anlegt. Dann passiert nämlich genau das, was Intel als TDP-Limit beschreibt: die CPU genehmigt sich für -8- Sekunden etwas mehr Saft, um dann in das reguläre TDP-Fenster zu "fallen". Erst wenn der PL1 "freigegeben" wird, fliegen die Intel-CPUs aus diesem TDP-Fenster.

 

[Roman78]

Danke für die ganzen Infos, Jetzt wird mir diese Verkaufstaktik deutlicher Ist wie beim Auto, der sparsame Sportwagen: Fährt 300KM/h bei einem verbrauch von 5 Liter.

Ich habe mal mit den i5-8400 gespielt und im BIOS den wert mal auf 75W ein gestellt und schon taktet er überhaupt nicht mehr runter.

Und mir ist eben aufgefallen an einem i5-2500K den ich hier als Testmaschine stehen habe, da ist der PkgPwrLimit laut Intel Power Gadget 300W. Also hat das BIOS da schon das Limit ausgehebelt.

 

[fortunes]

Gerade bei den "kleinen" 6-Kernern macht das Sinn, um beim Gaming noch ein wenig mehr Leistung rauszuholen. Das Board muss es aber auch unterstützen, da gerade die billigen Platinen, die gerne mit den günstigsten CPUs verwenbdet werden, oft keine PL1 verändern können.

 

[Tzk]

Danke für die ganzen Infos, Jetzt wird mir diese Verkaufstaktik deutlicher Ist wie beim Auto, der sparsame Sportwagen: Fährt 300KM/h bei einem verbrauch von 5 Liter.

Ich habe mal mit den i5-8400 gespielt und im BIOS den wert mal auf 75W ein gestellt und schon taktet er überhaupt nicht mehr runter.

Den Turbo von Intel sollte man als Leistungsbonus begreifen, der den angegebenen Verbrauch überschreitet. Man kann natürlich auch im Bios ein paar Einstellungen machen, so das der Turbo in allen Lebenslagen anliegt. Das dann aber mit deutlich gesteigertem Verbrauch. Umso mehr Kerne die Cpu hat, umso mehr steigter der Verbrauch auch. Bei einem i5 8400 merkst du noch einen ordentlichen Leistungsschub, aber z.B. der 9900K fängt für wenig Mehrleistung richtig an Strom zu saufen

AMD macht das mit PrecisionBoost, XFR und PrecisionBoost Overdrive ähnlich, nur das dort der Takt bei dem die TDP anliegt anders definiert ist. Bei AMD schafft es die Cpu innerhalb der TDP noch zu boosten, was bei Intel nicht immer der Fall ist.

 

[Lord Quas]

Ich möchte bei der TDP Diskussion kurz einwerfen, dass mein i7 9700K leicht übertaktet maximal 100 W unter Last zieht. Offset von -0,065 V und schon läuft die CPU schneller als stock sowie immer innerhalb der TDP. Alles eine Frage der Einstellungen.

 

[Sir Diablo]

maximal 100 W unter Last zieht

Halte ich für unglaubwürdig. Definiere Last, und wie hast du gemessen?

 

[bschicht86]

AMD macht das mit PrecisionBoost, XFR und PrecisionBoost Overdrive ähnlich, nur das dort der Takt bei dem die TDP anliegt anders definiert ist. Bei AMD schafft es die Cpu innerhalb der TDP noch zu boosten, was bei Intel nicht immer der Fall ist.

Ich find den Precision Boost sogar recht gut. "Deaktiviert" hält sich die CPU an 3 Grenzen, eine davon ist der Verbrauch, den man in 1W-Schritten regulieren kann. Mache ich das, kann ich direkt am Strommessgerät und am Takt sehen wie sich die CPU an diese Grenze hält.

Schaltet man dann noch den Precision Boost Overdrive ein, werden quasi 2 von 3 Grenzwerte außer Kraft gesetzt (bzw. auf den Wert, den das Board theoretisch ab kann) und die CPU darf boosten, bis die Temperatur erreicht ist.

 

[Roman78]

Hmmm.. da kommt mir gerade der Gedanke ob es nicht möglich ist den TDP-Threshold wert im Bios auch herabsetzen zu können. Ich habe ja den 65W CPU den ich jetzt mal auf 75W gesetzt. Mal sehen ob es Möglich ist den auf z.b. 45W zu setzen und was das für einen Einfluss auf die Leistung hat.

 

[Tzk]

Klar ist das möglich. Deshalb machts ja auch keinen Sinn eine 35W Cpu zu kaufen... Man kann die normalen Cpus einfach beschneiden und fertig. Allerdings skaliert die Cpuleistung ja nicht linear mit dem Verbrauch. Heisst ab einem gewissen Punkt erhälst du erheblich weniger Leistung für einen kleinen Verbrauchsbonus bzw. einen kleinen Leistungsbonus für einen erheblichen Mehrverbrauch. dazwischen skalieren die meisten Cpus recht linear.

Derzeit sind die AMD und Intel Topmodelle beide an der oberen Grenze dieses Plateaus angesiedelt, spricht TDP und Vcore senken bringt einiges bei einem kleinen Rechenleistungsverlust.

- - - Updated - - -

Schaltet man dann noch den Precision Boost Overdrive ein, werden quasi 2 von 3 Grenzwerte außer Kraft gesetzt (bzw. auf den Wert, den das Board theoretisch ab kann) und die CPU darf boosten, bis die Temperatur erreicht ist.

Wobei AM4 offiziell kein PBO hat. Gab vor einiger Zeit einen Reddit Thread eines AMD Mitarbeiters dazu

 

[bschicht86]

Wobei AM4 offiziell kein PBO hat. Gab vor einiger Zeit einen Reddit Thread eines AMD Mitarbeiters dazu

Ich hab zwar grad kein AM4 zur Hand, jedoch meine ich, dass alle 400er Chipsätze PBO können sollten.

 

[Lord Quas]

Halte ich für unglaubwürdig. Definiere Last, und wie hast du gemessen?

Du hast Recht, ich sollte das genauer ausführen:

- Ausgelesen mit HWiNFO64
- Last in Cinebench: 110 W
- Last in Battlefield 5: < 100 W

Ich kühle den Prozessor mit einem Scythe Orochi semi passiv, dass heißt am Kühlkörper ist kein Lüfter. Der Luftstrom im Gehäuse wird ausschließlich durch insgesamt drei 140 mm Gehäuselüfter erzeugt. Nach 2h Battlefield 5 (GPU: RTX 2070) war die CPU Temperatur maximal bei 87° Celsius und das deckt sich sehr gut mit der angegebene Kühlleistung des Scythe Orochi.

 

[Holt]

Alles eine Frage der Einstellungen.

Eben und die kann letztlich jeder selbst bestimmen, sofern sie im BIOS veränderbar sind.

Und mir ist eben aufgefallen an einem i5-2500K den ich hier als Testmaschine stehen habe, da ist der PkgPwrLimit laut Intel Power Gadget 300W. Also hat das BIOS da schon das Limit ausgehebelt.

Bei einer K CPU und einem Board welche das Übertakten erlaubt, ist es ja auch nicht verwunderlich, dass dort ein viel höhere Power Limit eingestellt ist, denn sonst wäre das Übertakt durch das Power Limit ja praktisch unmöglich. Da sich einfach viele Menschen damit nicht auskennen, was gerade auch viele der Kommentare hier im Thread und im Forum immer wieder zeigen, ist es schon sinnvoll wenn der Mainboard Hersteller den Default gleich so setzt, dann er die Übertaktung eben nicht behindert, sonst würde gleich wieder die Flammenwerfer angeworfen werden.

Es muss letztlich jeder selbst entscheiden wie viel Leistung er aus der CPU kitzeln will und welche Leistungsaufnahme und welchen Aufwand bei der Kühlung er bereit ist dafür in Kauf zu nehmen. Wenn man sieht wie groß das Interessen an Köpfen der CPUs und fetten WaKü Lösungen ist, dürften die meisten lieber das Limit beim Takt ausreizen wollen als den effizientesten Betriebspunkt zu suchen.

 

[Phantomias88]

Ich hab zwar grad kein AM4 zur Hand, jedoch meine ich, dass alle 400er Chipsätze PBO können sollten.

Das müsste mal jemand "bestätigen" bisher nur auf X70er Chipsätze Begrenzt.
Es dauert wohl noch bis die alte Charge VRMs weg ist.
Wird wohl ähnlich zum HPC Mode sein (Allcore Boost State #1)

„Precision Boost Overdrive“ (PBO) hingegen ist eine andere Geschichte. Bereits im April von AMD beworben, ist es auch im Sommer 2018 noch nicht nutzbar. Die Funktion verspricht, der CPU über das Mainboard, sofern dafür zertifiziert, gezielt mehr elektrische Leistung zuführen zu können, um höhere Taktraten unter Last zu ermöglichen.

Offiziell kann das auch der B450-Chip, doch die Funktionalität ist nach wie vor nicht gegeben. Einige Mainboard-Hersteller haben PBO bereits seit Monaten ansatzweise im BIOS implementiert und bewerben es auch mit den neuen Platinen, doch bewirkt die Aktivierung rein gar nichts. Auf Nachfrage bei den Mainboard-Herstellern verwiesen diese überraschend auf AMD. AMD hingegen schwieg selbst auf wiederholte Nachfrage von ComputerBase, ein offizielles Statement gibt es auch zum Start der B450-Plattform nicht.

AMD-Mainboards im Test: 4 × B450 von Asus, Gigabyte MSI gegen B350 und X470 - ComputerBase

 

[Holt]

Der CPU mehr elektrische Leistung zuführen zu können, um höhere Taktraten zu ermöglichen ist ja nicht neu, dass wird seit Einführung der ersten Turbo Mechanismen gemacht und bei AMD war dies meines Wissens bei AMD mit den Phenom II erstmal der Fall. PBO ist also vor allem ein Marketingbegriff für etwas was schon bekannt ist und was bestenfalls irgenwie minimal anders ausgeführt ist. Hier ist es vor allem wichtig, dass die Taktraten möglichst schnell angepasst werden, was Intel mit Speed Shift bei Skylake getan und bei Kaby Lake nochmals verbessert hat:

Auch AMD weiß das und hat schon beim Wechsel von AM3 auf AM3+ eine deutlich schnellere Änderung der Taktraten alleine durch den höheren Takt der Verbindung zwischen der CPU und dem Power Controller erreicht, denn die Spannung muss ja vor der Erhöhung des Taktes angehoben worden sein.



Nur fordert dies die Spannungsversorgung eben mehr, nicht wegen der Amper die sie liefern muss, sondern bei etwas was hier im Forum kaum einer auf dem Schirm hat, nämlich dem Regelverhalten! Also wie sich die Spannung bei Änderung der Last verhält, wie weit sie sich verändert und wie schnell sie wieder den Sollwert erreicht. Die meisten schauen hier nur auf Wattzahlen und vergessen, dass es noch viel mehr zu beachten gibt. Dieses Regelverhalten musste entsprechend bei AM3+ auch optimiert werden, um die Taktraten schneller ändern zu können:



Daher liefen dann die AM3+ CPUs auf den alten AM3 Boards deutliche langsamer, außer man hat den Takt fixiert, dann spielt dies nämlich keine Rolle mehr. Das ist ein Problem wenn ein Sockel lange genutzt wird, da man das Regelverhalten der Spannungsversorgung bei alten Boards eben nicht nachträglich verbessern kann.

Es ist aber wichtig die Taktraten möglichst schnell anpassen, vor allem anheben zu können, damit bei plötzlicher Last die CPU diese möglichst früh auch mit einem hohen Takt abarbeiten kann. Dies erhöht eben die responsiveness, aber bei Dauerlast wie etwas bei Cinebench bringt es natürlich keinen nennenswerten Vorteil. Dafür ist die Last dort einfach zu lange vorhanden, als dass die Zeit die es am Anfang dauert bis der volle Takt anliegt, für das Ergebnis wirklich relevant wäre. Aber bei Spielen kann dies schon einen Unterschied machen, da werden die Kerne ja nicht ständig ausgelastet, sondern takten auch mal rauf und runter.

 

[bschicht86]

Das müsste mal jemand "bestätigen" bisher nur auf X70er Chipsätze Begrenzt.
Es dauert wohl noch bis die alte Charge VRMs weg ist.
Wird wohl ähnlich zum HPC Mode sein (Allcore Boost State #1)


AMD-Mainboards im Test: 4 × B450 von Asus, Gigabyte MSI gegen B350 und X470 - ComputerBase

Das wundert mich dann doch sehr, weil bei Threadripper klappt es mit den Boards, die "zeitgleich" mit den 300er Chipsätzen kamen, ganz gut.

 

[Tzk]

Ich hab zwar grad kein AM4 zur Hand, jedoch meine ich, dass alle 400er Chipsätze PBO können sollten.

Ich hatte auf Reddit dazu ein FAQ von einem AMD Mitarbeiter gelesen wo explizit gesagt wurde das PBO eigentlich nur auf Threadripper und Epyc aktiv sein sollte. Zumindest von AMD wars so gedacht. Die Mainboardhersteller haben es für AM4 dann so übernommen. Blöderweise kann ich genau diesen Thread nicht mehr finden. Deshalb gibts (leider) keinen Link dazu. Der Thread ging sogar so weit, das AMD Marketingfolien zu Threadripper und RyZen angepasst hat, es wurde PBO auf AM4 gestrichen.