AMD Ryzen

Binning, AGESA, BIOS und die Frage nach dem Boost-Takt (3. Update: Neues Beta-BIOS verfügbar)

Es ist ein für viele Nutzer sicherlich leidiges Thema: Wie hoch boosten die neuen Ryzen-Prozessoren und welchen Einfluss haben die Mainboardhersteller bzw. das BIOS darauf? Bereits mit den ersten Testberichten wurde klar, dass sich noch vieles in der Software rund um die neuen Matisse-Prozessoren im Fluss befindet.

Recht schnell nach dem Start gab es die ersten BIOS-Updates und auch das von uns verwendete ASUS ROG Crosshair VIII Hero bzw. der darauf eingesetzte Prozessor zeigte ein leicht verändertes Boost-Verhalten. Signifikant sind die Änderungen damals nicht gewesen, aber man muss sich eben im Klaren darüber sein, dass die erhobenen Benchmarkwerte nicht bis auf die letzte Nachkommastelle zu reproduzieren sind. Auf ein AGESA 1.0.0.2 folgte ein 1.0.0.3A, dann ein 1.0.0.3AB und inzwischen sind wir sogar schon bei 1.0.0.3ABB angekommen. Welche Änderungen in den einzelnen AGESA-Versionen vorgenommen werden, ist nicht immer ganz klar.

Die große Frage hinter all dem ist: Erreicht der Ryzen-Prozessor den angegebenen Boost-Takt? Ein Ryzen 9 3900X soll bis zu 4,6 GHz erreichen. Ein Ryzen 7 3700X soll es auf 4,4 GHz bringen. Per Precision Boost Overdrive (PBO) sollen sogar noch ein paar Megahertz mehr drin sein. Dies hängt allerdings auch von den Reserven der Spannungsversorgung des Mainboards ab. In der Praxis sehen die Werte meist ohnehin etwas anders aus, denn oftmals berichten Nutzer der neuen Prozessoren darüber, dass ihre CPUs den maximalen Boost-Takt nicht erreichen. 

Neben den Problemen mit den verschiedenen BIOS-Versionen haben wir uns schon über die Qualität der übrigen Software ausgelassen, denn auch bei der AMD Radeon RX 5700 (XT) lief nicht alles rund.

Unterschiede von Mainboard zu Mainboard

Nach einigen Wochen wurde es daher Zeit, sich einmal anzuschauen, ob sich die Situation inzwischen etwas beruhigt hat. Hardware Unboxed hat sich dazu den Boost-Takt eines Ryzen 7 3800X unter Verwendung von 14 verschiedenen Mainboards angeschaut. Nominell soll dieser einen Boost-Takt von 4,5 GHz erreichen.

Getestet hat Hardware Unboxed mittels des Cinebench R20 im Single-Threaded-Test. Der maximale Boost-Takt wurde mittels HWINFO64 ausgelesen. Allerdings gilt hier bereits zu bedenken, dass es in der Vergangenheit schon Schwierigkeiten mit dem Auslesen anderer Werte gab, da AMD bei den neuen Ryzen-Prozessoren eine erheblich schnellere Anpassung von Takt und Spannung ermöglicht.

Die Ergebnisse von Hardware Unboxed sehen wie folgt aus:

Offenbar ist der Boost-Takt nicht nur direkt von der BIOS- bzw. der AEGSA-Version abhängig, sondern auch von anderen Faktoren. Einige Boards erreichen 4.550 MHz, für andere ist bei 4.500 MHz Schluss und wieder andere schaffen gar nur 4.370 MHz. Die Streuung ist also recht groß. Hier kommt offenbar die Dynamik im Zusammenspiel zwischen Prozessor und der Spannungsversorung des Mainboards ins Spiel.

Zumindest ASUS äußerte sich bereits zu neueren AGESA-Versionen im Zusammenspiel mit den BIOS-Versionen. So habe AMD das Boost-Verhalten mit den neueren Versionen etwas zurückgefahren, um mehr Stabilität und eine höhere Langlebigkeit zu erreichen.

Shamino, bei ASUS mitverantwortlich für die BIOS-Entwicklung: "every new bios i get asked the boost question all over again, i have not tested a newer version of AGESA that changes the current state of 1003 boost, not even 1004. if i do know of changes, i will specifically state this. They were being too aggressive with the boost previously, the current boost behavior is more in line with their confidence in long term reliability and i have not heard of any changes to this stance, tho i have heard of a 'more customizable' version in the future." - Quelle.

Unterschiede von Prozessor zu Prozessor

Die Sache wird aber noch etwas komplizierter, denn nicht jeder der neuen Ryzen-Prozessoren eines Modelltyps ist identisch zu einem zweiten. Um dies zu erkennen, genügt ein Blick in den Ryzen Master. Im Falle des Ryzen 7 3700X werden hier acht Kerne angezeigt. Ein grauer Stern zeigt den schnellsten Kern eines jeden CCX-Clusters an. Ein grauer Kreis den zweitschnellsten. Ein goldener Stern den schnellsten Kern des gesamten Chiplets. Kommen zwei Chiplets zum Einsatz, wird die Anzeige analog auf darauf erweitert.

Manche Kerne sind schneller, andere sind langsamer – dies wird bereits hier sichtlich und klar wird auch: Nicht jeder Kern kann die angegebenen Boost-Taktraten auch erreichen. Das komplette System aus Chiplets und CCX-Clustern ist deutlich dynamischer, als dies bisher der Fall war. Bei den vorherigen beiden Ryzen-Generationen und auch bei den aktuellen Intel-Prozessoren sind alle Kerne in der Lage, die angegeben Boost-Taktraten (Turbo Boost 2.0) zu erreichen – nicht alle gleichzeitig, aber sie sind alle in der Lage dazu.

Dies ist nun nicht mehr so und es bedeutet eine fundermentale Änderung in der Binning-Strategie von AMD, die nicht jedem Nutzer eines Ryzen-Prozessors ersichtlich ist. Unter anderem aus diesem Grund legt AMD großen Wert auf die Zusammenarbeit des Windows-10-Schedulers und auf das CPCC2, welches mit einem Chipsatztreiber nachgereicht wurde.

Tomshardware hat sich das Boost-Verhalten eines Ryzen 5 3600X bereits vor einiger Zeit genauer angeschaut. Wir werden uns vermutlich an größere Differenzen zwischen identischen Modellen auf unterschiedlichen Mainboards und auch auf gleichen Mainboards gewöhnen müssen. Die Prozessoren der Ryzen-3000-Serie sind ein Mix aus schnelleren und langsameren Kernen. Je mehr Kerne bzw. mehr CCX-Cluster und Chiplets verwendet werden, desto größer dürfte die Varianz untereinander sein.

AMD hat solche Unterschiede offenbar als unbedingt notwendig eingestuft und anders hätten wir die in 7 nm gefertigten Ryzen-Prozessoren in Form wohl auch nicht so früh auf dem Markt gesehen. Das Zusammenspiel aus Hard- und Software bringt alle Prozessoren auf ein Mindestmaß an Boost-Takt, doch es gibt noch Faktoren wie den Windows-Scheduler, die mitspielen müssen, um ein ideales Ergebnis zu erreichen.

Eines macht AMD aber deutlich: Alle neuen Ryzen-Prozessoren erreichen auf allen Kernen den Basis-Takt und der Boost-Takt wird dahingehend geprüft, als das zumindest einige Kerne diesen erreichen sollen. Ist auch dies nicht der Fall, muss das nicht zwangsläufig ein Fehlverhalten seitens AMD sein, denn das Auslesen extrem kurzer Boost-Taktspitzen ist nicht immer ganz einfach. AMD hat sicherlich kein Interesse daran, falsche Boost-Taktraten an den Kunden weiterzugeben. Die Folgen eines solche Verhaltens wären kaum abzusehen.

Wir werden uns aber an eine andere Terminologie des Boostes gewöhnen müssen. Während dies bei den bisherigen Ryzen-Prozessoren recht einfach war und Intel immer die Turbo-Boost-2.0-Spezifikationen angibt, wird die Thematik nun deutlich komplexer. Turbo Boost Max 3.0 brachte bei den HEDT-Prozessoren für Intel bereits einige Änderungen in der Betrachtung des Boost-Verhaltens.

Auch für Overclocker neues Territorium

Das Binning scheint für die Ryzen-Prozessoren der dritten Generation ein entscheidender Faktor zu sein. Ein Ryzen 5 3600(X) verfügt über sechs Kerne. In Hardware vorhanden sind aber acht. Die Frage, die sich nun stellt, ist: Sind zwei der Kerne defekt oder erfüllen zwei der Kerne nur nicht die Mindestanforderungen hinsichtlich des Taktes?

Gleiches gilt für den Ryzen 9 3900X mit zwölf Kernen. Sind hier jeweils zwei Kerne pro Chiplet defekt oder erfüllen analog zum ersten Beispiel zwei Kerne pro Chiplet nicht die Mindestanforderungen? All diese Fragen können nur durch AMD beantwortet werden.

Für Overclocker zeigen die neuen Ryzen-Prozessoren folgendes Bild: 4,3 GHz auf allen Kernen ist für einige Modelle möglich. Da auch ein pro Kern- und pro CCX-Overclocking möglich ist, können einige Kerne und einige CCX-Cluster deutlich höher takten. Einen Prozessor zu finden, dem das auf allen Kernen und in allen Chiplets möglich ist, wird aber statistisch gesehen umso schwerer. Wenn AMD beim Binning wie vermutet vorgeht, wird es so gut wie keinen Ryzen-Prozessor geben, der auf allen Kernen den Single-Core-Boosttakt erreichen kann.

Intel per Performance Maximizer auf ähnlichem Weg

Kürzlich stellte Intel den Performance Maximizer vor. Dieser ist aktuell noch eine sehr einfach gestrickte Software, die alle K- und KF-Prozessoren auf allen Kernen übertaktet. Wir haben das Ganze mit einem Intel Core i9-9900K ausprobiert und der Performance Maximizer konnte den All-Core-Turbo-Takt von 4,7 auf 4,9 GHz steigern. Dies ist aber auch ohne die Intel-Software problemlos möglich.

Der Intel Performance Maximizer soll bis zum Jahresende noch weiter verbessert werden, sodass für einzelne Kerne der jeweils ermittelte maximale Takt auch angelegt wird. Anstatt den All-Core-Turbo also auf den kleinsten gemeinsamen Nenner zu setzen, sollen Multi-Core-Systeme bzw. deren Prozessoren immer am jeweiligen Maximum arbeiten. Dies könnte bedeuten, dass bei einem Core i9-9900K zwei Kerne bei 4,9 GHz arbeiten könnten, andere aber vielleicht 5,0 oder 5,1 GHz erreichen. Ob dies auch ein Modell für dynamische Boost-Taktraten für zukünftige Intel-Prozessoren sein könnte, ist hier die Frage. Die Zukunft wird dies zeigen.

Die Prozessoren werden in der Ansteuerung von Takt und Spannung sicherlich nicht weniger komplex werden. Chiplet-Designs stellen im Hinblick darauf eine weitere Variabilität dar.

1. Update:

Roman Hartung alias der der8auer hat über seinen Youtube-Kanal eine Umfrage zum Boost-Verhalten der neuen Ryzen-Prozessoren gemacht. Das Ergebnis dieser Umfrage hat er nun ausgewertet. Insgesamt haben 2.726 Nutzer an der Umfrage teilgenommen. Bei der Auswertung der Ergebnisse wurden statistische Methoden verwendet, die beispielsweise die Fehler und falsche Ergebnisse weitestgehend herausrechnen sollen. Bei einer solchen Auswertung können geringste Änderungen aber dazu führen, dass die Ergebnisse sich deutlich anders darstellen. Dies ist auch in diesem Fall so, da der Bus-Takt von 100 MHz von keinem Mainboard genutzt wird, sondern mit 99,6 bis 99,8 MHz etwas darunter liegen. Mit beachtet wird dies in der Auswertung von der8auer nicht.

Zunächst einmal geht aber auch Roman darauf ein, dass ein Vergleich aller Ergebnisse nicht immer ganz einfach ist. So gibt es durchaus einen Einfluss auf den Boost-Takt durch das jeweils verwendete Mainboard, dieser Einfluss hat aber auch noch weitere Abhängigkeiten, wie die verwendete BIOS/AGESA-Version. Letztendlich soll das aktuelle Chaos auch damit zu begründen sein, dass AMD keinerlei Referenzplattform bietet. Diese könnte von den Mainboardherstellern als Basis verwendet werden und gäbe die Grundvoraussetzungen vor. Zwar arbeite AMD mit den Partnern zusammen und es gibt natürlich auch Designvorgaben, doch offenbar hat dies bisher nicht geholfen die versprochenen Boost-Taktraten auch immer zu erreichen.

Nun zu den Ergebnissen:

Für den Ryzen 5 3600 erreichen etwa die Hälfte der Prozessoren den von AMD versprochenen Boost-Takt von 4,2 GHz und mehr. Beim Ryzen 5 3600X sollen 4,4 GHz erreicht werden, aber dies sollen laut der Umfrage nur etwa 10 % der getesteten Prozessoren geschafft haben. Beim beliebtesten Modell, dem Ryzen 7 3700X, sind es etwa 15 % der Prozessoren, die in den Ergebnissen den versprochenen Boost-Takt von 4,4 GHz erreichen. Der in der Anzahl am geringsten Vertretene Ryzen 7 3800X schafften immerhin etwas mehr als 25 % der Prozessoren den Boost-Takt von 4,5 GHz.

Der Ryzen 9 3900X hat mit 4,6 GHz den höchsten beworbenen Boost-Takt. In der Umfrage erreichten nur 5 % der Prozessoren diesen Boost-Takt.

Für den Ryzen 9 3900X wurde auch eine Abhängigkeit vom Mainboard untersucht. Dazu wurde das Gigabyte AORUS X570 Xtreme herangezogen, weil es im Test von Hardware Unboxed die höchsten Boost-Taktraten erreichte und weil es mit den am stärksten bestückten Boards gehört, so dass eine Limitierung durch die Spannungsversorgung fast ausgeschlossen werden kann.

27 Mal kam die Kombination aus dem Ryzen 9 3900X und dem Gigabyte AORUS X570 Xtreme in der Umfrage vor, nur in fünf Fällen erreicht der Prozessor auf diesem Board den versprochenen Boost-Takt. Mit dem Gigabyte AORUS X570 Elite sind es bei 37 Systemen nur zwei Prozessoren.

Es bleibt also weiterhin die Frage, wie es nun um den Boost-Takt der neuen Ryzen-Prozessoren bestellt ist. Intern haben die Mainboardhersteller die Ergebnisse von Roman bestätigen können und man hat keinerlei Lösung für das Problem. Wir haben AMD bereits in der vergangenen Woche darum gebeten dazu Stellung zu nehmen. Bisher hat man uns aber nicht geantwortet.

So können wir aktuell nur mutmaßen, was genau hier los ist. Die wahrscheinlichste Antwort ist ein gewisses Missverhältnis der von AMD erwarteten Anforderungen an die Fertigung der Prozessoren und dem, was letztendlich wirklich erreicht werden kann.

2. Update

Offenbar hat sich AMD nun doch in der Pflicht gesehen ein Statement zum Boost-Verhalten der Prozessoren zu veröffentlichen. Dieses hat man per Twitter getan.

Es lautet wie folgt:

"AMD is pleased with the strong momentum of 3rd Gen AMD Ryzen processors in the PC enthusiast and gaming communities. We closely monitor community feedback on our products and understand that some 3rd Gen AMD Ryzen users are reporting boost clock speeds below the expected processor boost frequency.

While processor boost frequency is dependent on many variables including workload, system design, and cooling solution, we have closely reviewed the feedback from our customers and have identified an issue in our firmware that reduces the boost frequency in some situations. We are in the process of preparing a BIOS update for our motherboard partners that addresses that issue and includes additional boost performance optimizations. We will provide an update on September 10 to the community regarding the availability of the BIOS."

Demnach hat AMD das Feedback der Nutzer analysiert und tatsächlich einen Fehler in der Firmware gefunden, der zu niedrigeren Boost-Taktraten führen kann. Man arbeitet derzeit an einen BIOS-Update, welches diesen Fehler beseitigen soll. Am 10. September soll es dazu ein weiteres Update zur Verfügbarkeit des BIOS-Updates geben.

Offenbar wird das BIOS-Update vor allem die SMU-Firmware betreffen. SMU steht für System Management Unit. Die SMU beinhaltet unter anderem die Power Supply Monitors (PSM) und Kontrolle der C-State-Boosts.

3. Update

Am morgigen Dienstag, den 10. September, soll es weitere Informationen zum BIOS-Update für höhere oder stabilere Boost-Taktraten mit den neuen Ryzen-Prozessoren von AMD geben. Bereits heute taucht der erste Verweis auf ein Beta-BIOS von MSI auf, welches die AGESA 1.0.0.3 ABBA sowie die SMU in der Version 46.49.0 enthält. Zum Vergleich: Das AGESA 1.0.0.3 ABB verwendet eine SMU-Firmware in der Version 46.40.0. Gefunden hat der Twitterer @momomo_us den Eintrag im chinesischen Forum Chiphell.

Offenbar gibt es im neuen BIOS einen Eintrag namens Colloborative Power and Performance Control. Offenbar werden mit dem neuen BIOS die versprochenen Boost-Taktraten erreicht. Dies zeigen zumindest die ersten Ergebnisse im Foren-Thread.