Fachbegriffe bei CPUs

In meinem Artikel ‘Wie ich versuchte einen lautlosen Computer mit einem Ryzen 3950X zu kaufen‘ habe ich meine Überlegungen und Erlebnisse beim Kauf eines aktuellen Computers beschrieben. Dabei habe ich sehr viel gelernt. Einiges davon hätte wahrscheinlich den Artikel gesprengt bzw. zu viel vom Kernthema abgelenkt. Diese Dinge hole ich in diesem Artikel nach.

ECO-Modus

Es gibt beim AMD Ryzen 3950X Prozessor die Möglichkeit einen ECO-Mode zu aktivieren. Soweit ich das bisher verstanden habe, kann man diese Funktion entweder im Bios oder über das AMD Ryzen Master Tool einstellen. Was leider so oder so einen Reboot erfordert.

Als ich das erste Mal einen Artikel über den ECO-Mode überflogen habe, blieben zwei Zahlen, 65 Watt und 105 Watt, in meinem Kopf hängen. Ich dachte, das sind ja fast 70% Stromersparnis und als energiebewusster Mensch wollte ich das unbedingt einstellen. Doch als ich damit experimentierte war von großer Stromersparnis nicht viel zu bemerken. Ich hatte beim ersten Lesen den für mich damals noch unverständlichen Begriff TDP ignoriert und darum das Entscheidende nicht verstanden.

TDP ist die Abkürzung für Thermal Design Power und gibt eine Energieklasse an, bis zu welcher maximalen Energiemenge der Mikroprozessor mit voller Kraft arbeiten kann. Würde eine Aufgabe mehr Energie erfordern, regelt der Mikroprozessor seinen Takt soweit herunter, dass der Stromverbrauch auf jeden Fall in der angegebenen Energieklasse bleibt. Kurz: Er wird langsamer.

Der Wert ist vor allem für den Bau von kompletten Computern von Bedeutung. Denn je nach Einsatzzweck und davon abhängigem Gehäuse muss ein Mikroprozessor ausreichend gekühlt werden. Sonst kann er seine maximale Leistungsfähigkeit gar nicht oder nur für sehr kurze Zeit erreichen.

Wenn wir also den ECO-Mode aktivieren, so können wir beim Ryzen 3950X eine TDP von 65 Watt einstellen. Das heißt, der Prozessor darf nun nicht mehr so viel Energie verbrauchen und wir können sein Kühlsystem deutlich kleiner dimensionieren, als es für die 105 Watt Klasse erforderlich wäre. Unter Umständen könnten wir sogar eine passive und damit lautlose Kühlung im Gehäuse verbauen! Aber wir verschenken damit natürlich auch seine maximale Leistungsfähigkeit! Und die Frage ist, warum wir uns einen sehr teuren und leistungsfähigen Mikroprozessor kaufen, wenn wir ihn nie richtig von der Leine lassen können?

Und auch eine wirklich relevante Stromersparnis würde der ECO-Mode nur dann bringen, wenn wir unseren Computer die ganze Zeit unter Volllast laufen lassen. Das ist aber normalerweise nicht der Fall. Meist dümpelt so ein 3950er nur im Leerlauf oder bei geringer Last vor sich hin und verbraucht damit sowieso weniger als 65 Watt Energie! Er kommt also selten an die durch die TDP bestimmte Grenze und damit bewirkt die Einstellung auch nicht viel. Aber manchmal, wenn ich zum Beispiel einen Film rendere, dann will ich die volle Power, damit das Rendern nicht so lange dauert und dann ist es gut, wenn die TDP bei 105 Watt liegt und die Kühlung dafür ausgelegt ist.

Also, wann macht den nun der ECO-Mode wirklich Sinn? Ich vermute nur dann, wenn der Ryzen 3950X in einem besonders kleinen Gehäuse untergebracht werden soll, wie zum Beispiel in einem Mini-ITX Gehäuse oder in einem Notebook. Diese Gehäuse bieten keine Möglichkeiten, eine ausreichende Kühlung unterzubringen und da macht die Begrenzung auf 65 Watt TDP Sinn. Allerdings werden die in solchen Gehäusen untergebrachten Ryzen 3950X niemals dauerhaft ihre volle Leistung bringen können. Es mag aber Anwendungen geben, wo nur für wenige Sekunden oder Minuten die Leistung eines 16 Kerners benötigt wird und anschließend wieder genügend Zeit ist, so dass sich der Prozessor abkühlen kann. Dann, und nur dann – oder aber für Poser – macht die TDP von 65 Watt für mich Sinn. Dass meine Theorie vermutlich stimmt, kann man an diesem Notebook erkennen.

Es soll nicht verschwiegen werden, dass die durch die geringere TDP von 65 Watt verursachte Leistungseinbuße des Prozessors nicht im Verhältnis zur maximalen TDP steht! Das heißt, er ist schneller, als das Verhältnis erwarten lässt.

AVX Befehle

Als ich mit der Konfiguration meines Computers einigermaßen fertig war, startete ich noch einmal Prime95 in den Standardeinstellungen (‚Blend (all of the above)‘), um ihn noch ein wenig besser kennen zu lernen. Ich surfte im Internet und warf von Zeit zu Zeit einen Blick auf das Ryzen Master Tool und Process Hacker. Die Temperatur der CPU bewegte sich zwischen 60 und 75 Grad, der Takt lag bei 4.15 GHz, im Gehäuse rauschte es sanft vor sich hin und alles war gut.

Dann plötzlich, viele Minuten nach dem Start, stieg die Temperatur plötzlich auf etwa 80 Grad und, viel wichtiger, der Takt ging bis auf 3.5 GHz nach unten! Von dort dauerte es sehr lange (einige Minuten), bis sich der Takt erholte, obwohl die Temperatur schon nach kurzer Zeit wieder bei 60 Grad war.

Mit meinem zu diesem Zeitpunkt immer noch dürftigem Wissen konnte ich mir das nicht erklären und so wendete ich mich ein weiteres Mal an die Mitglieder des ComputerBase Forums. Als einziges Indiz für das seltsame Verhalten war mir der im Ryzen Master Tool angezeigte PPT-Wert aufgefallen, der Prozentwerte bei oder über 100 anzeigte und den Wert rot umrandete. Auch im Forum benötigte man ein bisschen den Fall zu analysieren, aber dann stellte sich heraus, dass das seltsame Verhalten vermutlich durch sogenannte AVX-Befehle begründet ist.

AVX bedeutet Advanced Vector Extensions. Hierbei handelt es sich um spezielle Befehle, die der Ryzen 3950X, sowie viele andere Mikroprozessoren, beherrschen und die besonders geeignet sind, bestimmte mathematische Rechnungen besonders schnell zu lösen. Sie kommen bei 3D- oder bestimmten mathematischen Anwendungen zum Einsatz. Sie sind aber nicht ausschließlich dafür da. Jede Anwendung kann davon Gebrauch machen.

PPT bedeutet Package Power Target und hat scheinbar etwas mit der TDP zu tun. Während die TDP beim Ryzen 3950X mit 105 Watt angegeben ist, darf das PPT 145 Watt betragen. Ich erkläre mir das so: Bei der TDP handelt es ich um die Einteilung in eine bestimmte Klasse, die die CPU Hersteller gemeinsam festgelegt haben und bei PPT handelt es sich um den konkreten Wert für eine bestimmte CPU.

Nun ist es so, dass Prime95 in der von mir gewählten Standardeinstellung von Zeit zu Zeit auch diese AVX-Befehle verwendet und diese Befehle belasten die CPU besonders stark. Obwohl mein Computer die CPU auch in diesen Phasen ausreichend kühlen konnte, wurde dabei mehr Energie benötigt, als der CPU durch den eingestellten PPT-Wert erlaubt war. Darum drosselte die CPU den Takt und wurde langsamer.

Es gibt also mindestens zwei limitierende Faktoren für den Ryzen 3950X: Die Temperatur und der maximale Energieverbrauch!

Allerdings gibt es zur Zeit sehr wenige Anwendungen, die die AVX-Befehle tatsächlich einsetzen und damit ist ein solcher Testlauf relativ unrealistisch. Prime95 trägt dem Rechnung und besitzt eine Option, mit der man den Einsatz von AVX-Befehlen unterbinden kann, so dass es bei einem längeren Testlauf zu keinem Drosseln des Taktes durch AVX kommen kann.

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