Producenci płyt głównych mają coś wspólnego z producentami smartfonów: pracują często pod dyktando narzuconego sobie samym tempa wymagającego wydania nowego modelu co kilka miesięcy. Każdy powód jest dobry. Zmiany w procesorach, chipsetach i podstawkach oczywiście wymuszają zmiany w płytach głównych, ale to wymuszenie nie zawsze jest konieczne. Czasem skumuluje się tyle nowości technicznych niezwiązanych bezpośrednio z działaniem procesora, że można z nich zrobić nową rodzinę płyt głównych. W ostatnich miesiącach kilka płyt głównych z najwyższej półki zostało zastąpionych nowymi, podobnymi modelami:
- MSI: X399 Gaming Pro Carbon AC – MEG X399 Creation
- Gigabyte: X399 Designare EX – X399 Aorus Extreme
- Gigabyte: X299 Aorus Designare EX – X299 Aorus Master
- Asus: Zenith Extreme – Zenith Extreme Alpha
- Asus: Rampage VI Extreme – Asus Rampage VI Extreme Omega
Zamieszanie z zasilaniem
Główna cecha, którą różnią się nowe płyty od starszych, to zmieniony układ zasilania.
Producenci płyt głównych nieśmiało i nieoficjalnie sugerują, że w dużej części całe to zamieszanie wywołała nagła zmiana planów Intela dotyczących platformy X299. Wszystko wskazuje na to, że na pewnym etapie przygotowywania podstawki LGA2066 i procesorów Skylake X Intel nie planował wydawać procesorów z liczbą rdzeni większą niż 10. Producenci płyt głównych dostali wytyczne dotyczące projektowania płyt głównych dla 10-rdzeniowych procesorów. Posłużyli się doświadczeniami związanymi z rodziną Haswell-E i Broadwell-E, dodali do tego własne projekcje dotyczące poboru energii po podkręceniu i na podstawie tego przygotowali takie płyty, jak Asus Strix X299-E Gaming, Asus Rampage VI Extreme czy ASRock X299 Gaming K6.
Po pewnym czasie okazało się jednak, że te same płyty muszą znosić dużo wyższe obciążenie, współpracując z 18-rdzeniowymi procesorami. Ponieważ były zaprojektowane z zapasem, nie powodowało to większych problemów w typowym użytkowaniu. Żadna płyta X299, jaka przewinęła się przez nasze laboratorium, nie sprawiała kłopotu w tandemie z procesorami i9-7980XE lub i9-9980XE ani nie powodowała żadnych spadków wydajności, nawet w długich i intensywnych testach. Nie dochodziło do sytuacji takich jak w przypadku 8-rdzeniowych Coffee Lake i płyt głównych Z370. Jeśli gdzieś ujawniły się jakieś niedostatki, to tylko w trakcie podkręcania – a podkręcanie 18-rdzeniowych Skylake X stawia również inne wyzwania.
Podobnie jest z płytami z chipsetem X399 i podstawką TR4 dla procesorów AMD Ryzen Threadripper. Po wydaniu Threadripperów serii WX z 24 i 64 rdzeniami producenci płyt przygotowali nowe modele z rozbudowanym układem zasilania. Podobnie jak w przypadku Skylake X, wszystkie Threadrippery działają bez zarzutu na wszystkich płytach, ale na tańszych płytach możliwości podkręcania mogą być ograniczone.
Przyjrzeliśmy się ostatniej z wymienionych par. W czym płyta Rampage VI Extreme Omega jest lepsza od wersji nie-Omega?
Asus Rampage VI Extreme Omega – galeria
Platforma testowa
- procesor Intel Core i9-9980XE
- pamięć G.Skill TridentZ Royal F4-3200C14D-16GTRS (dwa zestawy, srebrny i złoty)
- zestaw chłodzenia wodnego EKWB EK-MLC Phoenix z chłodnicą 2 × 120 mm
- zasilacze Enermax Platimax 850 W oraz Silverstone Strider 1500 W
- karta graficzna Gainward GeForce RTX 2080 Phantom
- stolik testowy OBT Open Benchtable
Zasilanie procesora od nowa
W Rampage VI Extreme Omega poświęcono gniazda PCI-E na rzecz układu zasilania. Żeby przy górnej krawędzi płyty zmieścić bardziej rozbudowany układ zasilania, przesunięto gniazda pamięci i podstawkę procesora w dół. Pochłonęły one miejsce na 1. slot PCI-E; zostały tylko trzy sloty pełnej szerokości (ostatni działa najwyżej w trybie ×8). Zlikwidowano również jeden z otworów mocujących na górnej krawędzi płyty.
To najbardziej radykalne rozwiązanie problemu zasilania. Na przykład inżynierowie Gigabyte, projektując płytę X299 Aorus Master, zdecydowali się na łagodniejsze posunięcie – poświęcili tylko otwór mocujący na górnej krawędzi płyty i przesunęli wtyczki EPS12V na lewą krawędź.
Układ zasilania procesora składa się z 16 obwodów z układami Infineon IR3555M (zintegrowane: para tranzystorów i sterownik) sterowanych parami przez 8-fazowy regulator ASP1405I (specjalna wersja IR35201). Zasilacze pamięci RAM po lewej i prawej stronie procesora zbudowano z 2-fazowych regulatorów ASP1250 i zintegrowanych tranzystorów ON Semiconductor NCP302045. Zasilanie dla obwodów IO procesora dostarczają dwa obwody ze zintegrowanymi trazystorami, sterowane przez... taki sam 8-fazowy kontroler ASP1405I, jaki steruje napięciem VCORE. Wystarczyłby jakiś tańszy kontroler, których jest bardzo duży wybór – z jakiegoś powodu uznano, że nie warto decydować się na taką oszczędność.
Kontrolery zasilaczy step-down są maksymalnie 8-fazowe. Kiedy wymagana jest bardzo duża wydajność prądowa, pożądane jest rozłożenie obciążenia między większą liczbę komponentów: po prostu jeden tranzystor nie może przenosić zbyt wielkiego prądu. Więcej komponentów to większa powierzchnia laminatu, jaką trzeba zarezerwować na układ zasilania. W niektórych zastosowaniach to duży kłopot: producenci niskoprądowych zasilaczy step-down prześcigają się w integracji i oferują nawet układy do zastosowania w smartfonach czy laptopach, które wymagają tylko kilku komponentów pasywnych – wszystko inne jest zintegrowane w jednym scalaku. Jednak w przypadku zasilania gigantycznych procesorów duża powierzchnia jest pożądana. Straty energetyczne w zasilaczu procesora są przekształcane w ciepło, a całe to ciepło rozkłada się na większą powierzchnię. Można je odprowadzić mniej zaawansowanym układem chłodzenia, a temperatura newralgicznych komponentów pozostaje w bezpiecznym zakresie. Dlatego nawet gdyby udało się zintegrować wszystkie te tranzystory i cewki, które widzicie na zdjęciu powyżej, na mniejszej powierzchni, żeby zmieściły się pomiędzy gniazdami RAM-u, to niekoniecznie byłoby to lepsze rozwiązanie.
Na większości płyt z więcej niż 8 obwodami tranzystory-cewka zastosowano dodatkowe podwajacze – układy, które z jednego impulsu PWM robią dwa, odpowiednio węższe i przesunięte względem siebie. Na Rampage VI Extreme Omega nie ma podwajaczy – obwody prądowe są sterowane równolegle parami, czyli dwa tranzystory włączają się jednocześnie na taki sam czas. Dodanie podwajaczy i zachowanie takiej samej częstotliwości PWM mogłoby zmniejszyć tętnienia (małe wahania napięcia o częstotliwości wynikającej z czasu pomiędzy włączeniami kolejnych tranzystorów). Pogorszyłoby za to nieco odpowiedź impulsową (czas reakcji na nagłe zmiany obciążenia), ponieważ podwajacze wprowadzają pewne opóźnienie – w takim 16-obwodowym układzie zasilania to opóźnienie rzędu 1/10 czasu, przez jaki tranzystor powinien być włączony. Ewentualna reakcja kontrolera PWM na zmieniające się obciążenie byłaby obarczona tym opóźnieniem. Ponieważ wewnątrz procesora jest jeszcze jeden zasilacz step-down, uznano, że nieco większe tętnienia to mała cena za lepszą odpowiedź impulsową i możliwość uniknięcia dodatkowych grzejących się komponentów.
Podobne podejście – z układem zasilania zajmującym bardzo dużą powierzchnię – zastosowali projektanci niektórych odświeżonych płyt do Ryzenów Threadripper oraz płyt do Xeona W-3175X:
- Asus Dominus Extreme – tranzystory sterowane po cztery równolegle.
- Gigabyte C621 Aorus Extreme – tranzystory sterowane po cztery, prawdopodobnie z podwajaczami wyrównującymi prąd pomiędzy sąsiednimi parami tranzystorów.
- Asus Zenith Extreme Alpha – taka sama topologia jak w Rampage VI Extreme Omega.
- MSI X399 MEG Creation – tranzystory sterowane parami z podwajaczami.
Czy te wszystkie wysiłki są skuteczne?
Moją pierwszą próbę znalezienia jakiejś różnicy w podkręcaniu pomiędzy Extreme a Extreme Omega sprowokował wątek na naszym forum, w którym użytkownicy zamieszczają wyniki ze świeżo wydanego benchmarka Cinebench R20. Cinebench to dość krótki test, który pozwala sprawdzić, czy procesor działa stabilnie przy zadanym taktowaniu i napięciu, ale nie reprezentuje ani długotrwałego obciążenia, ani działania programów intensywnie wykorzystujących 512-bitowe instrukcje AVX. Chciałem przekroczyć wynik zamieszczony przez jednego z forumowiczów: 11048 punktów, co wymagałoby taktowania ok. 4850 MHz.
Zacząłem wypełniać wykres shmoo dla taktowania i napięcia zasilania (tylko najwyższe taktowanie, bez AVX2/AVX512).
Informacje na wykresie powinny być oczywiste: ok oznacza, że udało się ukończyć test Cinebench R20 przy danym taktowaniu i napięciu zasilania procesora. Crash oznacza, że komputer działał, ale nie dało się ukończyć testu ze względu na błąd aplikacji albo niebieski ekran śmierci. Reset był nietypowym zjawiskiem: zaraz po uruchomieniu testu komputer wyłączał się. Tak działają różne zabezpieczenia związane z zasilaniem, szczególnie OCP (zabezpieczenie przed zbyt wysokim prądem) i UVP (przed zbyt niskim napięciem). Okazuje się, że wykorzystywany w platformie testowej procesorów zasilacz Enermax Platimax 850 W nie nadąża za podkręconym Core i9-9980XE. Po krótkim przeglądzie półek i szuflad wymieniłem zasilacz na Silverstone Strider 1500 W. Przy okazji, trochę na zapas, zmieniłem też układ chłodzenia na najwydajniejszy, jaki był dostępny: zestaw EKWB MLC-Phoenix z chłodnicą 2×120 mm. Co prawda efektywność MLC-Phoenix nie jest taka, jak samodzielnie zbudowanego zestawu chłodzenia wodnego z 3-wentylatorową lub większą chłodnicą, ale powinien być nieco lepszy niż typowy zestaw all-in-one, w którym chłodnica jest cieńsza, a pompka mniej wydajna.
To pozwoliło pozbyć się restartów i potwierdziło, że Enermax Platimax 850 W, do tej pory wystarczający mi do wszystkiego, czasem może być za mało dobry. Oczywiście komputer nie pobierał powyżej 850 W – zaledwie ok. 600 W. Prawdopodobnie regulacja napięcia nie mogła nadążyć za nagłymi skokami obciążenia, co powodowało wyzwolenie UVP.
Inny zasilacz i układ chłodzenia pozwoliły przyspieszyć procesor do 4700 MHz w Cinebenchu R20. Później okazało się, że żeby zachować stabilność i pozostać poniżej progu zabezpieczenia termicznego w dłuższych testach, trzeba było obniżyć taktowanie do 4600 MHz (4200 MHz AVX256, 3800 MHz FMA 512b).
Po znalezieniu tego zestawu parametrów zamieniłem płytę na Rampage VI Extreme i sprawdziłem, czy wszystko zadziała tak samo dobrze. Na pierwszy rzut oka – tak! W Cinebenchu wychodzi tak samo dużo punktów, w innych krótkich testach też. Ale nie wszędzie.
Podczas długich i wymagających testów (szczególnie po podkręceniu) rejestruję wskazania różnych czujników wbudowanych w procesor i płytę główną. Kiedy coś pójdzie nie tak, zwykle pozwalają one stwierdzić, co i dlaczego. Szczególnie interesowały mnie (poza wydajnością) zabezpieczenia termiczne procesora i płyty głównej, więc rejestrowałem między innymi temperaturę układu zasilania podczas długiego testu w Blenderze (trwa około 15 min na takim procesorze, jak i9-9980XE).
Skąd się wzięły te wskazania? Układy scalone przenoszące największy prąd i wydzielające najwięcej ciepła to na obu płytach IR3555M: 8 na płycie Extreme, 16 na Extreme Omega. W jednym takim układzie są zintegrowane dwa MOSFET-y, ich sterownik, dioda Schottky'ego (równolegle do dolnego MOSFET-u), ale nie tylko: są też sensory napięcia, natężenia i temperatury. Kontroler PWM cały czas monitoruje temperaturę najgorętszego z MOSFET-ów, żeby móc w razie czego włączyć zabezpieczenie termiczne. Raportowaną przez kontroler temperaturę mogą odczytać programy diagnostyczne, można ją też zobaczyć w UEFI. Ponieważ czujniki znajdują się wewnątrz najbardziej grzejących się układów scalonych, taki pomiar jest znacznie dokładniejszy niż pomiar za pomocą termistora umieszczonego na laminacie obok tranzystorów lub wnioskowanie temperatury na podstawie oporności tranzystora (tak jest na wielu tańszych płytach). Ponieważ na obu płytach zastosowano ten sam mechanizm mierzenia temperatury, możemy bezpośrednio porównywać te wartości.
Pierwsze, co można zauważyć to to, że test trwał dłużej na Rampage VI Extreme – około 1000 sekund zamiast około 850. Ustawiony na domyślne parametry 9980XE powinien ukończyć ten test w niecałe 1100 sekund, więc w Blenderze wcale nie zyskałem wiele na takim podkręcaniu.
Szara linia powinna sugerować, że zadziałało jakieś zabezpieczenie termiczne. Taktowanie procesora było regularnie obniżane tak, żeby utrzymać raportowaną przez kontroler układu zasilania temperaturę tranzystorów poniżej 115°C. Co dziwne, płyta nie wykorzystuje w tym celu żadnego z typowych mechanizmów komunikacji pomiędzy procesorem a płytą główną: ani sygnału PROCHOT, ani komunikatów PECI (pisaliśmy o nich w artykule Core i9-9900K na płycie Z370 z niskiej półki). Poza wnioskowaniem z zarejestrowanego taktowania i temperatury tranzystorów na Rampage VI Extreme nie ma żadnego mechanizmu diagnostycznego, który by pozwolił zidentyfikować problem.
Rampage VI Extreme Omega nie powoduje podobnych kłopotów. W jego wypadku zastosowano podwójne rozwiązanie: rozkładając obciążenie na znacznie większą liczbę komponentów i większą powierzchnię laminatu oraz dodając rozbudowany system chłodzenia z wentylatorami, które mogą go w razie czego wspomóc. Podczas moich testów ani razu się nie włączyły, a i tak kontroler zasilania nigdy nie doniósł o temperaturze wyższej niż 81°C. Taktowanie procesora pozostało na pożądanym poziomie.
Tylko dwa spośród testów wydajności z recenzji procesorów wykazały takie spadki taktowania i wydajności: renderowanie dużej sceny w Blenderze oraz OpenFOAM – oba trwające powyżej 10 minut.
W recenzji Core i9-9980XE użyłem płyty Gigabyte X299 Aorus Master, która przy nieco niższym taktowaniu (4600/4000/3600 MHz) sprawowała się bez zarzutu. Rampage VI Extreme wypada w porównaniu z nią słabo, a Rampage VI Extreme Omega – nieco lepiej, bo pozwala osiągnąć trochę wyższe taktowanie w trybie AVX256/AVX512. Różnica między Omegą a Aorus Master zapewne by się powiększyła, gdybym wykorzystał jeszcze wydajniejszy układ chłodzenia.
Różnice między Rampage VI Extreme a Extreme Omega w skrócie
Układ zasilania
- Przebudowany układ zasilania Rampage VI Extreme Omega nie zmienia zasadniczo możliwości podkręcania procesora podczas małowątkowego lub krótkotrwałego obciążenia (poniżej 5 minut).
- Ulepszony system chłodzenia i rozłożenie obciążenia pomiędzy więcej komponentów pozwalają na bardzo długotrwałe obciążenie 18-rdzeniowego procesora bez utraty wydajności.
- W większości przypadków układ chłodzenia procesora stanie się ograniczeniem w podkręcaniu znacznie wcześniej, zanim ujawnią się niedostatki układu zasilania procesora.
Rozdzielenie linii PCI-E
Zmniejszona liczba slotów PCI-E pozwala zainstalować tylko trzy karty graficzne lub akceleratory obliczeniowe zamiast czterech, jak w Rampage VI Extreme. Co prawda można wykorzystać wszystkie 44 linie PCI-E, jakie udostępnia procesor Skylake X, ale w niezbyt elastyczny sposób.
Oprócz dwóch nośników M.2 na płytce DIMM.2 można również zainstalować trzeci podłączony bezpośrednio do procesora – w gnieździe M.2_2. W Rampage VI Extreme te cztery linie PCI-E są przydzielone do złącza U.2, a w Omega można wybierać pomiędzy U.2 a M.2_2.
NODE zamiast OC Panelu
Zamiast przydatnego (tylko do OC Panelu, ale zawsze) złącza ROG_EXT zamieszczono złącze NODE. Według zapewnień Asusa ma być bardziej przydatne, bo można będzie do niego podłączyć wiele zróżnicowanych urządzeń. Niestety, mija już pół roku od wprowadzenia do sprzedaży płyt głównych z NODE, a jak na razie możemy do tego złącza podłączyć tylko dodatkowy sterownik wentylatorów i oświetlenia RGB. Jest dodawany w zestawie do Rampage VI Extreme Omega, ale nie ma żadnej funkcjonalności wykraczającej poza to, co można było zrobić z gadżetem Fan Extension Card dodawanym do poprzednich płyt Asusa z najwyższej półki. Poza tym do tej pory zademonstrowano obudowę z wyświetlaczem graficznym oraz zasilacz pozwalający na monitorowanie jego parametrów pracy – oba urządzenia to prototypy, o których nie wiadomo, czy i kiedy trafią do sprzedaży. Nie jest też jasne, czemu tych samych funkcji nie mogło spełnić zwykłe USB, ani czemu nie można było udostępnić nowego kabla pozwalającego podłączyć OC Panel do nowej płyty.
Być może niektórzy z Was pamiętają standard ESA (Enthusiast System Architecture, nie Europejska Agencja Kosmiczna) zaproponowany przez Nvidię ponad 10 lat temu. Złącze NODE wygląda jak próba ożywienia tej samej idei i może być skazane na ten sam los.
Układ sieciowy
Zrezygnowano z karty sieciowej WiFi 802.11ad (WiGig, WiFi 60 GHz) – zamiast niej jest znany układ sieciowy Intel 9260NGW zgodny z 802.11ac. Warto zauważyć, że Asus był pierwszym producentem płyt głównych, który dołączył do płyt sieciówki WiFi ad − prawie dwa lata temu, na płytach Zenith Extreme i Rampage VI Extreme. Szybko z tego zrezygnowano. Standard 802.11ad nie nabrał dotąd wiatru w żagle – nie ma dużego wyboru routerów ani odbiorników. W komputerach stacjonarnych wykorzystywano układ sieciowy Qualcomma, do którego wciąż nie ma stabilnego sterownika (Asus zaleca nawet wyłączyć WiFi 802.11ad w UEFI przed instalacją aktualizacji Windows!). W laptopach z 802.11ad pojawiał się kontroler Intela, ale ten też nie jest zbyt popularny. Wszystko wskazuje na to, że w kolejnych płytach głównych będzie się pojawiać raczej WiFi 802.11ax, wykorzystujące typowe częstotliwości 2,4 GHz i 5 GHz (więcej informacji w teście Router na sterydach, 802.11ax w praktyce).
Inżynierowie Asusa pozostali za to przy kontrolerze sieci kablowej LAN 10 Gb/s (na tej płycie to AQuantia AQC107), podczas gdy konkurencja (na przykład ASRock) eksperymentuje z LAN-em 2,5 Gb/s lub 5 Gb/s realizowanym przez tańszy kontroler Marvell.
Pożegnanie z Kaby Lake X
Rampage VI Extreme Omega nie obsługuje procesorów Kaby Lake X, czyli modeli Core i7-7740X i Core i5-7640X. Te procesory były układami Kaby Lake zapakowanymi w obudowę LGA2066 – w połączeniu ze staranną selekcją jąder dawało im to nieco lepsze możliwości podkręcania niż Kaby Lake do podstawki LGA1151. Niestety, nie miały żadnej zalety procesorów Skylake X – do dyspozycji były tylko 2-kanałowy kontroler pamięci i 16 linii PCI-E. Podtrzymywanie kompatybilności z Kaby Lake X komplikuje konstrukcję płyty głównej, a trudno znaleźć dla niego jakieś rozsądne uzasadnienie. Chyba nikt nie uzna tego za wadę modelu Extreme Omega i nie będzie tęsknił za Kaby Lake X.
Podsumowanie
Krok do przodu...
Pod wieloma względami Extreme Omega to naprawiona wersja Extreme – o ile można mówić o naprawieniu czegoś, co nie było zepsute. Przerobiony układ zasilania procesora, inaczej dobrane wyposażenie i plastikowe osłony zamienione w dużej części na metalowe to dobre nauki wyniesione z eksperymentów na poprzednich płytach.
...i krok do tyłu
Niestety, za rozbudowane zasilanie trzeba było zapłacić slotem PCI-E: płyty ATX i EATX są już ciasno zapełnione komponentami. Można sobie wyobrazić kilka rozwiązań problemu miejsca na układ zasilania, ale żadne z nich nie jest optymalne. Jeszcze bardziej szkoda, że zamiast przydatnego czasem złącza do OC Panelu zamieszczono NODE, z którego na razie nie ma pożytku. No i wreszcie: czy płyta musiała przez to jeszcze bardziej podrożeć? Już Rampage VI Extreme kosztowała około 2600 zł, a Omega jest obecnie do kupienia za ponad 3000 zł. Tego nawet nie będziemy próbowali uzasadniać.