有省电篇,自然消耗大户「超频篇」:x86处理器的电源管理简史

第一元宇宙 2021-11-30 08:53:27

有爱护地球的「省电篇」,自然也有电源消耗大户「超频篇」:x86处理器的电源管理简史

既然有爱护地球的「省电篇」,自然就会有虐待北极熊的「超频篇」,虽然笔者打字时的外头气温,实在让笔者冻僵的大脑,毫无关怀大自然生态的余裕就是了。笔者一向对「超频」歪风感到不以为然,但随着技术的发展,在确保处理器稳定无虞的前提之上,根据系统的负载,自动调整不同核心的频率,为用户提供更多性能的「合法超频」,却已成为当代高性能处理器的必备技术,活蹦乱跳的频率成为个人电脑的日常风景。对于胆小怕死不敢手动

超频,或着懒得去折腾各种「有字天书」参数的用户来说,能够动态调节频率的处理器,绝对是懒人的福音。

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此外,处理器的核心数越来越多是一回事,但也不见得所有应用程序都可充分利用这么多的核心,还不如让闲置的核心「睡着」,让剩下的核心跑得更猛。

相信各位科技发烧友早已牢记Intel和AMD的诸多技术营销名词,从Intel Nehalem世代(2008年)诞生的Turbo Boost 1.0,到AMD Zen 3 (2020年)的「官方版降压超频」Precision Boost Overdrive 2,加上被整并后默默消失,如AMD的XFR (eXtended Frequency Range)和SenseMI等,琳琅满目,让人越看越没力。

但基本上,可依序照技术演进,逐步分类如下。

在标准设计功耗(TDP)范围内的超频:Intel TuboBoot 1.0 (TB1)与其前身Dynamic Acceleration Technology (DAT)为其代表,后者早在Merom时代(Core 2 Duo)早已存在,只是局限于笔记本电脑,好用度也远不及后来的Turbo Boost 1.0。至于AMD的部份,则是2010年Phenom II六核的Turbo Core。无论Intel还是AMD,都是在固定的功耗空间内,尽其所能的提高频率。

允许超出TDP进行的超频:Intel Sandy Bridge世代的Turbo Boost 2.0 (TB2)为其象征,但超过标准TDP之后,无可避免的会激增发热量,所以必须事先定义「Turbo预算(俗称Tau)」,也就是最长超频时间、最高容许功耗这两项限制,这就衍生出所谓的持续功率水平(PL1)和峰值功率水平(PL2)的概念。

假设有一颗处理器,PL1是100W,PL2是150W,Turbo预算为20秒,就相当于其「预算能量」为1000焦耳(150减100再乘以20),处理器超频能多「持久」,就端赖如何消耗这些「预算」。不过主板厂商一般都会自动解除这些封印,后面会发生什么事,大家也都知道了。

顺便一题,Turbo Boost 2.0也将整合的内显纳入管理范围,这倒不是能够让人感到一丝一毫意外的发展,反正都凑在一起了嘛。

集中力气超频体质最好的核心:Intel在Broadwell-E的Turbo Boost Max 3.0和AMD从Zen开始的所有动态超频技术,都属于这个范畴,将体质最佳的核心,自动超频到更高的频率。初代Turbo Boost Max 3.0 (TBM3)只能加速一个核心,直到Skylake-X时加倍到两个,Cascade Lake-X时更倍增到4个(但被分成2组,只有1组能够上到最高频率,另一组则仅提高100MHz)。

为了压榨散热条件更加苛刻的笔记本电脑性能,Intel在Coffee Lake (第八代Core移动式运算处理器)引进了Thermal Velocity Boost (TVB),只要功耗预算和当前温度允许,就可以多超频100-200MHz,后来在Comet Lake世代也来到了台式机(第十代Core桌面版处理器),即使仅限于最高端的Core i9。Core i9-10900K的最高频率5.3GHz就是这样来的。

尽其所能的提高所有核心的频率:Intel在14nm工艺「逆向」移植Sunny Cove的Rocket Lake,引入「浮动超频」的ABT (Adaptive Boost

Technology),当3个或更多核心处于活动状态,ABT会无视TB2定义的频率表和TVB,在功耗预算之内,尽其所能的提升「两个体质最佳核心以外的所有频率」,如Core i9-11900K有2个核心频率5.3GHz (TVB),但剩下6个核心则是一视同仁的跑5.1GHz (ABT)。也许这也是Rocket Lake如此「热情洋溢」的另类主因。

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这张Rocket Lake的简报根本就是Intel历代动态超频技术的集大成。

「一骑当千」的AMD

AMD的Turbo却是另一个截然不同的故事。

除了借助Infinity Fabric之助,AMD Zen系列处理器可达成更精细的频率调整(25MHz,而非默认的100MHz),产品命名结尾X的产品,其XFR更可让其最高频率超出其表订参数,这意味着当有足够的散热和供电,AMD

的用户能得到更好的性能。这件事其实是双面刃,因为这也让用户面对更多的变量,也容易造成「明明同一个处理器型号,为何我们性能差这么多」的争议。

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另一个麻烦,则是AMD标定Turbo频率的「孤注一掷式」策略远比Intel激进,只有一个核心被要求达到额定的Turbo频率,没剩下多少全体核心的超频空间,也特别需要让作业搞清楚到底哪个才是最佳核心。而Intel的保守作法则是尽量分散工作负担,避免过度操劳特定的核心,减少处理器的耗损,以延长使用寿命,也无须复杂的操作系统线程调度作业。

说到最后,这些「官方超频指南」最值得关心的重点,也就以下区区几条:

·处理器厂商能否保证Turbo频率?

·处理器厂商究竟是哪来的信心相信产品的使用寿命不受影响?

·各位科技发烧友会这么担心自己手边的处理器跑得比别人慢吗?

·你愿意将超不上去的旗舰级处理器,送给穷苦买不起的笔者吗?

这些问题的答案,就留给各位科技发烧友去慢慢运转大脑用力思考吧

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