硬科技:x86處理器的電源管理簡史 超頻篇

2021.11.29 12:19PM
照片中提到了Intel® Turbo Boost Technology、Scenarios、• Delivers processor,跟尼康 D7200有關,包含了組織、英特爾睿頻加速、Nehalem、中央處理器、133兆赫

既然有愛護地球的「省電篇」,自然就會有虐待北極熊的「超頻篇」,雖然筆者打字時的外頭氣溫,實在讓筆者凍僵的大腦,毫無關懷大自然生態的餘裕就是了。筆者一向對「超頻」歪風感到不以為然,但隨著技術的發展,在確保處理器穩定無虞的前提之上,根據系統的負載,自動調整不同核心的時脈,為使用者提供更多性能的「合法超頻」,卻已成為當代高效能處理器的必備技術,活蹦亂跳的時脈成為個人電腦的日常風景。對於膽小怕死不敢手動超頻,或著懶得去折騰各種「有字天書」參數的用戶來說,能夠動態調節時脈的處理器,絕對是懶人的福音。

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此外,處理器的核心數越來越多是一回事,但也不見得所有應用程式都可充分利用這麼多的核心,還不如讓閒置的核心「睡著」,讓剩下的核心跑得更猛。

相信各位科科早已牢記Intel和AMD的諸多技術行銷名詞,從Intel Nehalem世代 (2008年) 誕生的Turbo Boost 1.0,到AMD Zen 3 (2020年) 的「官方版降壓超頻」Precision Boost Overdrive 2,加上被整併後默默消失,如AMD的XFR (eXtended Frequency Range) 和SenseMI等,琳瑯滿目,讓人越看越沒力。

但基本上,可依序照技術演進,逐步分類如下。

在標準設計功耗 (TDP) 範圍內的超頻:Intel TuboBoot 1.0 (TB1) 與其前身Dynamic Acceleration Technology (DAT) 為其代表,後者早在Merom時代 (Core 2 Duo) 早已存在,只是侷限於筆電,好用度也遠不及後來的Turbo Boost 1.0。至於AMD的部份,則是2010年Phenom II六核的Turbo Core。無論Intel還是AMD,都是在固定的功耗空間內,盡其所能的提高時脈。

照片中提到了Enhanced Dynamic Acceleration Technology、• Concept: In multi-core CPUS, use the power headroom of idle core to boost、performance of the non-idle core,跟研究生院有關,包含了瑞士球、產品、產品設計、介紹、字形

允許超出TDP進行的超頻:Intel Sandy Bridge世代的Turbo Boost 2.0 (TB2) 為其象徵,但超過標準TDP之後,無可避免的會激增發熱量,所以必須事先定義「Turbo預算 (俗稱Tau)」,也就是最長超頻時間、最高容許功耗這兩項限制,這就衍生出所謂的持續功率水平 (PL1) 和峰值功率水平 (PL2) 的概念。

假設有一顆處理器,PL1是100W,PL2是150W,Turbo預算為20秒,就相當於其「預算能量」為1000焦耳 (150減100再乘以20) ,處理器超頻能多「持久」,就端賴如何消耗這些「預算」。不過主機板廠商一般都會自動解除這些封印,後面會發生什麼事,大家也都知道了。

順便一題,Turbo Boost 2.0也將整合的內顯納入管理範圍,這倒不是能夠讓人感到一絲一毫意外的發展,反正都湊在一起了嘛。

集中力氣超頻體質最好的核心:Intel在Broadwell-E的Turbo Boost Max 3.0和AMD從Zen開始的所有動態超頻技術,都屬於這個範疇,將體質最佳的核心,自動超頻到更高的時脈。初代Turbo Boost Max 3.0 (TBM3) 只能加速一個核心,直到Skylake-X時加倍到兩個,Cascade Lake-X時更倍增到4個 (但被分成2組,只有1組能夠上到最高時脈,另一組則僅提高100MHz)。

為了壓榨散熱條件更加苛刻的筆電效能,Intel在Coffee Lake (第八代Core行動式運算處理器) 引進了Thermal Velocity Boost (TVB),只要功耗預算和當前溫度允許,就可以多超頻100-200MHz,後來在Comet Lake世代也來到了桌機 (第十代Core桌面版處理器),即使僅限於最高階的Core i9。Core i9-10900K的最高時脈5.3GHz就是這樣來的。

盡其所能的提高所有核心的時脈:Intel在14nm製程「逆向」移植Sunny Cove的Rocket Lake,引入「浮動超頻」的ABT (Adaptive Boost Technology),當3個或更多核心處於活動狀態,ABT會無視TB2定義的頻率表和TVB,在功耗預算之內,盡其所能的提昇「兩個體質最佳核心以外的所有時脈」,如Core i9-11900K有2個核心時脈5.3GHz (TVB),但剩下6個核心則是一視同仁的跑5.1GHz (ABT)。也許這也是Rocket Lake如此「熱情洋溢」的另類主因。

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這張Rocket Lake的簡報根本就是Intel歷代動態超頻技術的集大成。

照片中提到了Intel® Adaptive Boost Technology、Unleashing Multi-Core Turbo Performance、Intel Adaptive Boost Technology improves,包含了介紹、英特爾酷睿 i9-11900K、英特爾睿頻加速、英特爾、英特爾

「一騎當千」的AMD

AMD的Turbo卻是另一個截然不同的故事。

除了藉由Infinity Fabric之助,AMD Zen系列處理器可達成更精細的時脈調整 (25MHz,而非默認的100MHz),產品命名結尾X的產品,其XFR更可讓其最高時脈超出其表訂規格,這意味著當有足夠的散熱和供電,AMD的用戶能得到更好的性能。這件事其實是雙面刃,因為這也讓使用者面對更多的變數,也容易造成「明明同一個處理器型號,為何我們效能差這麼多」的爭議。

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照片中提到了Ryzen 7 1800X、WM、XFR,包含了銳龍精度提升、Advanced Micro Devices公司、英特爾睿頻加速、中央處理器、AMD 渦輪核心

另一個麻煩,則是AMD標定Turbo時脈的「賭博式」策略遠比Intel激進,只有一個核心被要求達到額定的Turbo時脈,沒剩下多少全體核心的超頻空間,也特別需要讓作業搞清楚到底哪個才是最佳核心。而Intel的保守作法則是盡量分散工作負擔,避免過度操勞特定的核心,減少處理器的耗損,以延長使用壽命,也無須複雜的作業系統執行緒調度作業。

照片中提到了WINDOWS 10 OPTIMIZED FOR “ZEN

說到最後,這些「官方超頻大法」最值得關心的重點,也就以下區區幾條:

  • 處理器廠商能否保證Turbo時脈?
  • 處理器廠商究竟是哪來的信心相信產品的使用壽命不受影響?
  • 各位科科會這麼擔心自己手邊的處理器跑得比別人慢嗎?
  • 你願意將超不上去的旗艦級處理器,送給窮苦買不起的筆者嗎?

這些問題的答案,就留給各位科科去慢慢運轉大腦用力思考吧,科科。

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