artykuły

Throttling procesora: ograniczanie wydajności czy optymalizacja działania?

Jak działają procesory mobilne.

31
23 stycznia 2020, 17:59 Mariusz Kolmer

Throttling w procesorach mobilnych – rozpoznanie

Po czym można rozpoznać, że procesor w naszym laptopie może throttlować? Prostym do zaobserwowania objawem jest oczywiście znaczne nagrzewanie się obudowy urządzenia. Może to świadczyć o tym, że ilość generowanego ciepła przekracza możliwości jego efektywnego odprowadzania przez układ chłodzenia. Inną łatwą do zauważenia oznaką jest oczywiście spadek wydajności, zwłaszcza w przypadku ultramobilnych urządzeń, gdzie throttling może w dużo większym stopniu obniżać częstotliwość procesora. W przypadku mało wymagających lub starych gier jak DOTA 2 czy Skyrim, w które można grać nawet laptopach bez dedykowanej karty graficznej, po pewnym czasie początkowa ilość generowanych klatek na sekundę spada nawet o kilkadziesiąt procent, co wynika z końca czasu Tau, w którym procesor mógł pracować z wyższym taktowaniem.
Istnieje również kilka, części z naszych Czytelników zapewne znanych, programów, w których można łatwo sprawdzić ustawione przez producenta laptopa limity, aktualną temperaturę czy częstotliwość pracy CPU. My opiszemy dwa z nich. Pierwszym jest HWiNFO, który monitoruje nie tylko wspomniane wartości, ale też wiele innych parametrów pracy komputera.

HWiNFO throttling

Na powyższym zrzucie zaznaczyliśmy kilka najważniejszych grup czujników, które pomogą nam potwierdzić throttling, a także określić jego przyczynę:

  • kolor pomarańczowy – raportowana przez czujniki temperatura rdzeni i całego układu oraz dystans do TJMax. Jeżeli wartości wyświetlane są na czerwono, to znak, że dochodzi do przegrzewania się procesora i prawdopodobnie throttlingu temperaturowego.
  • kolor czerwony – status wystąpienia throttlingu temperaturowego. Yes oznacza throttling.
  • kolor niebieski – status przekroczenia limitu energetycznego. Yes oznacza throttling.
  • kolor zielony – raportowane taktowanie oraz napięcie zasilania CPU. Taktowanie podczas obciążenia niższe niż wartość turbo oznacza throttling.
  • kolor żółty – ustawione limity PL1 PL2 oraz aktualne wykorzystanie budżetu energetycznego przez cały układ oraz jego składowe. Jeżeli podczas obciążenia parametr CPU Package Power ma początkowo większą wartość (maksimum), a po pewnym czasie zostaje obniżony do poziomu PL1 to potwierdza throttling energetyczny.
  • kolor błękitny – pozostałe sensory monitorujące zarządzanie energią procesora. Jeżeli w którymś z nich (np. IA: Package Level RAPL/PMB PL1 lub IA: Thermal Event) widnieje Yes to znaczy, że najprawdopodobniej wystąpił throttling energetyczny, temperaturowy lub throttling innego rodzaju, których dla uproszczenia tu nie opisujemy.

Drugą aplikacją jest XTU czyli Intel Extreme Tuning Utility. Ten program choć skupia się głównie na działaniu procesora, to pozwala w wielu przypadkach zmieniać limity PL1 i PL2 oraz Tau.

XTU throttling

Tutaj interesują nasz przede wszystkim następujące odczyty:

  • kolor żółty – to ustawione przez producenta urządzenia PL1, PL2 oaz Tau.
  • kolor czerwony – pokazuje aktualne parametry działania CPU. Jeżeli podczas obciążenia, w którejś z pozycji throttling pojawi się Yes, a wiersz zmieni kolor na żółty oznacza to throttling.
  • kolor zielony –  offset napięcia procesor; domyślnie ustawiony na 0 woltów.

Throttling w procesorach mobilnych – podniesienie limitów i undervolting

Dużą zaletą XTU jest wspomniana możliwość zmiany kluczowych parametrów działania procesora, czyli limitów energetycznych, czasu ich trwania, a także napięcia zasilania. Jeżeli wiemy, że to nie wysoka temperatura, a limity energetyczne ograniczają wydajność naszego laptopa, możemy podnieść PL1, PL2 i Tau przesuwając odpowiednie suwaki.

XTU PL1 PL2 TAU

Jeżeli do tej pory nawet podczas długotrwałego obciążenia procesor daleki był od osiągnięcia TJMax, możemy sobie pozwolić na dość duże ich zwiększenie. W przypadku procesorów dwurdzeniowych, nawet ustawienie obu suwaków Turbo Boost na poziom Unlimited, a czasu trwania na maksimum, nie powinno powodować nadmiernego przegrzewania, oczywiście o ile nasz laptop nie jest ekstremalnie cienkim i lekkim urządzeniem. W przypadku procesorów cztero- i więcej rdzeniowych musimy wziąć pod uwagę wydajność układu chłodzenia, bowiem trzeba pamiętać, że zwiększenie limitów energetycznych wiąże się z generowaniem przez procesor większej ilości ciepła. Zatem należy też sprawdzić, czy po tym zabiegu CPU podczas długotrwałych zadań się nie przegrzewa. Jeżeli do tego dochodzi możemy dodatkowo obniżyć napięcie procesora.

Oznaczony przez nas zielonym kolorem suwak umożliwia zmianę offsetu napięcia procesora, czyli obniżenia zakresu napięć (undervolting) powiązanych z każdą z częstotliwości z jaką działa procesor. To oczywiście wiąże się ze zmniejszeniem ilości generowanego ciepła, zatem jest przydatne zarówno w przypadku throttlingu temperaturowego jak i energetycznego.

XTU CPU Offset

Manipulowanie tym parametrem wymaga jednak sporo uwagi, bowiem zbyt niskie napięcie może powodować niestabilność działania procesora. Jeżeli jednak jesteśmy zdecydowani obniżyć ilość generowanego ciepła i temperaturę CPU warto jest mimo wszystko tę opcję wykorzystać. Rozsądnym początkiem będzie ustawienie offsetu na - 0,05V. Po tym należy sprawdzić czy laptop działa stabilnie, na przykład obciążając procesor benchmarkiem lub grą. Jeżeli wszystko działa poprawnie możemy spróbować obniżać offset jeszcze bardziej (wspomniany wcześniej Dell G5 pracował stabilnie nawet z offsetem -0,17V co obniżyło maksymalną temperaturę aż o 11 stopni Celsjusza i zwiększyło wydajność o 15%). Jednak gdy dojdziemy do momentu, gdy system operacyjny się zawiesi lub aplikacje nie działają stabilnie trzeba zrestartować komputer i ustawić ostatnią poprawnie działającą wartość.

Throttling temperaturowy niestety jest ściśle związany ze sprawnością zastosowanego przez producenta laptopa układu chłodzenia, zatem inne sposoby jego ograniczenia poza opisanym undevoltingiem, mogą być mało skuteczne lub wymagać rozkręcenia i naszej ingerencji wewnątrz laptopa. Jak już wspominaliśmy z czasem system chłodzenia się brudzi i traci pierwotną efektywność. Dobrze zatem jest od czasu do czasu rozkręcić laptopa i usunąć zalegający na łopatkach wentylatora czy żeberkach radiatora kurz. Bardziej ekstremalną metodą, ale raczej dla zaawansowanych użytkowników będzie zdemontowanie całego układu chłodzenia i wymiana pasty termoprzewodzącej. Jednak z tych możliwości powinniśmy korzystać jedynie, gdy okres gwarancji się skończył i nie musimy się obawiać jej utraty.

Throttling w procesorach mobilnych – podsumowanie

Chociaż spadek mocy obliczeniowej procesora nie jest czymś pożądanym, throttlingu nie można oceniać jedynie przez ten pryzmat. Podstawowym celem tego zjawiska nie jest bowiem wyłącznie ograniczanie wydajności, lecz jej zoptymalizowanie i dostosowanie do warunków, w których działa CPU. Dzięki konfigurowalnym limitom energetycznym procesory nawet w ultramobilnych i lekkich urządzeniach mogą zapewnić przez pewien czas bardzo wysoką wydajność, dzięki czemu takie zadania jak uruchomienie systemu czy otworzenie przeglądarki są wykonywane szybciej, a zatem obciążenie trwa krócej. To pod względem bilansu energetycznego jest korzystniejsze dla urządzeń pracujących na zasilaniu akumulatorowym.
Niestety duża samowolność producentów podczas konfigurowania sprzętu prowadzi niejednokrotnie do wielu przykrych rezultatów. Często zdarza się, że kosztem efektywności producenci cienkich i lekkich laptopów stosują zbyt skromne układy chłodzenia przez co procesory nawet podczas prostych zadań zmuszone są obniżać taktowanie nawet poniżej częstotliwości bazowej, a w efekcie niektóre urządzenia z Core i7 mają mniejszą wydajność niż tańsze, wyposażone w Core i5.
Również w przypadku laptopów gamingowych lub gdy priorytetem jest maksymalna i stała wydajność, przegrzewanie wynikające ze złej konfiguracji (jak zbyt wysokie napięcie) czy spadki wydajności wynikające z krótkich limitów energetycznych są dla klientów niepożądane, a reklamowanie urządzenia sloganem "4,5 GHz" kiedy podczas realnego wykorzystania procesor utrzymuje dużo niższą częstotliwość działania jest zwykłym wprowadzaniem w błąd i manipulowaniem nieświadomym klientem. Trzeba o tym pamiętać, a wybierając laptopa najpierw przeczytać u nas jego recenzję.

Strona:
blubajuZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
blubaju2020.01.23, 18:11
'Throttling w procesorach mobilnych – czemu procesor się grzeje i czemu trzeba to kontrolować'
Czemu procesor się grzeje? Odpowiedź prosta, bo w laptopach jest gówniane chłodzenie. Chcecie schłodzić procesor tym malutkim wentylatorkiem co jest montowany w laptopach? Nie wspominając że praktycznie nikt ze statystycznych użytkowników laptopów nigdy go nie rozbiera i nie czyści tego chłodzenia z nazbieranego syfu, a już o zmianie pasty na procesorze nie mówiąc.
Borat1Zobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Borat12020.01.23, 19:04
Nie wiem po co to pytanie w tytule? Przecież to oczywiste, że to celowe ograniczenie wydajności spowodowanie oszczędnościami na systemie ochłodzenia. I dotyczy to wszystkiego od podłych układów chłodzenia laptopów, przez dyski SSD po najtańszego gluta w procesorach desktop.
k3nzoZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Autor publikacjik3nzo2020.01.23, 19:04
blubaju @ 2020.01.23 18:11  Post: 1231327
'Throttling w procesorach mobilnych – czemu procesor się grzeje i czemu trzeba to kontrolować'
Czemu procesor się grzeje? Odpowiedź prosta, bo w laptopach jest gówniane chłodzenie

w większości niestety tak, ale da sie tez zrobić porządny laptop, w którym procesor przez caly czas trzyma max turbo:
https://pclab.pl/art81453-6.html
Kyle_PLZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Kyle_PL2020.01.23, 20:27
Tak patrzę na te wykresy i dochodzę do wniosku, że niektóre laptopy, to bardziej opłaca się kupić z wolniejszym (i wydzielającym mniej ciepła) CPU - bo co nam po rakiecie, skoro po kilku minutach zwalnia poniżej 50% swojej max wydajności/taktowania.

ps. a testy bardzo fajne - czekałem na takie coś
sVVistakZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
ModeratorsVVistak2020.01.23, 20:47
Czym jednak jest dobre chłodzenie? Może odpowiednie, żeby utrzymać częstotliwość turbo, którą podaje Intel? Wartość ta nie jest jednak gwarantowana przecież. Chodzi o to, że trudno schłodzić procesor o współczynniku TDP wynoszącym 15 watów, który na dodatek współpracuje z dedykowanym GPU, w smukłym i cieniutkim notebooku (ultrabooku - np. 1cm). Fizyki się nie oszuka, albo oczekujemy cienkiego, eleganckiego i lekkiego notebooka, albo wydajnej maszyny z dużym i wydajnym układem chłodzenia. Jest sporo całkiem wydajnych notebooków, które do pracy wymagają niestety słchawek :). Nasuwa się jednak pytanie o balans i różne wymagania użytkowników. Wspomniana rakieta przy odpowiednim schemacie używania i tak będzie wypadkowo szybsza niż wolniejszy CPU. Samo konfigurowanie TDP, tau ma sens, można w ten sposób produkować różnego typu laptopy. Co innego jednak komunikowanie tego konsumentom - tutaj wydaje się być problem.
Kyle_PLZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Kyle_PL2020.01.23, 21:10
sVVistak @ 2020.01.23 20:47  Post: 1231345
Wspomniana rakieta przy odpowiednim schemacie używania i tak będzie wypadkowo szybsza niż wolniejszy CPU.
No nie wiem. Krótkotrwałe duże obciążenia (typu odpalenie przeglądarki itp.) raczej nie wymaga wielu rdzeni, a i trwa na tyle krótko, że różnica niedostrzegalna. Różnica widoczna między CPU będzie przy długim znacznym obciążaniu wielu rdzeni (rendering czegoś, kompresja filmu przy pomocy CPU) ... a tutaj po kilku minutach nam ta rakieta tak zwalnia, że nie będzie różnicy między nią, a CPU po prostu wolniejszym, wydzielającym mniej ciepła, więc przy tym samym słabym chłodzeniu mniej procentowo zwolni.

Także jak miałbym kupować tak throttlującego laptopa, to wybrałbym ten sam model, ale z tańszym CPU - w praktyce, jak dla mnie wydajność taka sama, a pieniądze w kieszeni.
Edytowane przez autora (2020.01.23, 21:11)
Ven2020.01.23, 21:23
Pytanie mam czy jest jakieś narzędzie aby w takim Dell G5 zmienić napięcie na procku? bo BIOS ofc tego nie pozwala a taki undervolting dobrze by sprawdzić
k3nzoZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Autor publikacjik3nzo2020.01.23, 22:08
Ven @ 2020.01.23 21:23  Post: 1231348
Pytanie mam czy jest jakieś narzędzie aby w takim Dell G5 zmienić napięcie na procku? bo BIOS ofc tego nie pozwala a taki undervolting dobrze by sprawdzić

napisałem w artykule (i recenzji Della G5: https://pclab.pl/art81961-6.html ), że bardzo dobrze sprawdza się XTU i obniżenie offsetu napięcia dla CPU. Ponadto w dellach jest możliwość ręcznego ustawienia obrotów wentylatora. W HWiNFO w Sensors trzeba kliknąć czarny kwadracik z wentylatorem i można w zależności od temperatury ustawić prędkość wentylatorów
Edytowane przez autora (2020.01.24, 00:25)
k3nzoZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
Autor publikacjik3nzo2020.01.23, 22:14
a co do cienkich i lekkich laptopów z dedykowaną kartą graficzną to zawsze będę przypominał o omawianym MSI PS42 (https://pclab.pl/art78021-6.html ). Ultralekki (1,2kg) i wyposażony GTXa 1050 podczas półgodzinnego grania taktowanie CPU spadło zaledwie o 500 MHz poniżej maksymalnego turbo dla wszystkich rdzeni, temperatura wynosiła średnio 78 stopni Celsjusza, a przy tym byl cichszy od konkurentów, nawet tych bez dedykowanej karty graficznej! W dodatku na baterii działał 10 godzin, miał świetny ekran i bardzo rozsądną cenę ;)
Edytowane przez autora (2020.01.24, 00:25)
sVVistakZobacz profil
Poziom ostrzeżenia: 0%
ModeratorsVVistak2020.01.23, 22:37
Kyle_PL @ 2020.01.23 21:10  Post: 1231347
No nie wiem. Krótkotrwałe duże obciążenia (typu odpalenie przeglądarki itp.) raczej nie wymaga wielu rdzeni, a i trwa na tyle krótko, że różnica niedostrzegalna. Różnica widoczna między CPU będzie przy długim znacznym obciążaniu wielu rdzeni (rendering czegoś, kompresja filmu przy pomocy CPU) ... a tutaj po kilku minutach nam ta rakieta tak zwalnia, że nie będzie różnicy między nią, a CPU po prostu wolniejszym, wydzielającym mniej ciepła, więc przy tym samym słabym chłodzeniu mniej procentowo zwolni.

To były oczywiście ekstremalne i przerysowane przykłady, bo określenie odpowiedni, w stosunku do schematu używania, od razu brzmi jak coś przygotowanego akurat pod tezę. Zwykle różnice nie są aż tak duże, a granica płynna. Niemniej ja również wybrałbym tańszy procesor, nie ma sensu przepłacać.
Edytowane przez autora (2020.01.23, 22:38)
Zaloguj się, by móc komentować
5