TurboBoost a vyšší teploty dnešních notebooků

TurboBoost je technologie, která řeší u Intelovských procesorů automatické přetaktování ve chvílích, kdy je výkon potřeba a procesor ještě má nějaké rezervy z hlediska teplotního vyzařování. Taková je jednodušší definice. Dnes už je tato technologie pokročilejší a na jednu stranu sice dostáváme maximum výkonu ze svých procesorů, na druhou však dnes není teplota procesoru nad 90°C ničím neobvyklým. Proč? To jsem se pokusil letmo shrnout.

O Turbu jsem už v minulosti psal v kontextu rozdílného výkonu jednoho procesoru mezi různými notebooky. Platí totiž, že pouze základní takt procesoru je garantovaný a všechno, co je nad, je jen příjemný bonus. Turbo je řízeno vnitřní logikou procesoru, kterou může výrobce notebooku dodatečně ovlivnit, ale vždy pouze směrem k nižším teplotám (a nižšímu výkonu). Jeho intenzita je pak přímo závislá (vedle omezení výrobcem) na účinnosti chlazení, tedy jeho schopnosti držet teploty v hranicích, při kterých je procesor ještě ochoten Turbo používat.

Hranice, životnost komponent

Intel stanovil maximální tepelnou hranici, do které se procesor nebojí vrhnout, poměrně velkoryse – jen malý kousek pod hodnotou 100°C (pro Core i5/i7; Core i3 a nižší bez Turba ji mají někde snad u 85°C). Dokud je pod touto hranicí, bude to klidně žhavit, co to jde. Jakmile jí dosáhne (nebo nějaké nižší kvůli omezení firmwarem notebooku), začne výkon plynule snižovat tak, aby teplota klesla a mohlo se Turbo opět zapnout.

Už to dávno není tak, že by byl procesor tou „hloupou součástkou“, která spoléhá, že všechno okolo funguje správně. Má v sobě hromady senzorů, které mnohokrát za každou sekundu zjišťují stav jednotlivých částí, a vše se analyzuje. Procesor by se tedy již neměl přehřát v podstatě v žádném notebooku, a to ani takovém, který má ucpané chlazení a zaseklý větrák – pouze se v takovém případě omezí jeho výkon na minimum (u ucpaného chlazení však nemáte jistotu, že se nahromaděné teplo nepodepíše na nějaké jiné součástce).

Teplota 99°C nezní příliš bezpečně, ale mobilní procesor by s ní neměl mít problém. Lze se bavit o určitém snižování životnosti, ale reálně i při extrémní zátěži 24×7 bychom se dostali stejně na dobu nad nějakých třeba sedm let, což není málo (je to víc, než leckterý notebook přežije v provozu). Při realistickém nasazení by tato doba byla třeba násobně větší. Je však nutné brát v potaz, že ne všechno snese vysoké teploty tak dobře jako procesor (například různé podpůrné pasivní součástky) a právě v tom je kámen úrazu. Procesor tedy ať se klidně žhaví, ale je potřeba, aby se všechno teplo od něj rychle odvádělo pryč a neovlivňovalo zbytek vnitřností notebooku.

U dnešních notebooků jde při intenzivní zátěži procesor do vysokých teplot téměř vždy a nemá cenu podle toho příliš hodnotit chlazení. Doporučuji se spíše zaměřit na parametry jako provozní hluk a teploty na povrchu počítače. Pokud má procesor 90°C a půlka notebooku je doslova rozpálená, je to v konečném důsledku větší problém, než procesor, který má 99°C, ale povrch je maximálně vlažný (s výjimkou výdechu chlazení, pochopitelně).

Podávaný výkon a jeho změna v čase

Občas vídám na fóru, že si někdo stýská nad nemožností jeho notebooku udržet Turbo v plné zátěži. Turbo tak ovšem nikdy nebylo koncipované. Zprvu se odemykalo pouze při zátěži menšího počtu jader a v plné zátěži se nikdy nezapnulo. Dnes se klidně použije na maximum i při zátěži všech jader, nicméně obvykle to je pouze časově omezená záležitost. Kdyby byl procesor koncipován na to, že Turbo udrží za každé situace i při plném vytížení, tak se tomu nemusí říkat Turbo a rovnou se navýší základní takt. Jenže tak tomu není.

Primárně je dnes cílem procesorů (zejména těch úsporných) dodat krátkodobě co nejvíc výkonu, aby systém a programy ve všech situacích rychle reagovaly. Je jasné, že ve chvíli, kdy začnete renderovat nebo konvertovat video, poznáte omezený výkon úsporného procesoru, ale v mnoha běžných situacích díky Turbu nepoznáte rozdíl mezi úsporným a výkonným procesorem – jde o různé krátkodobé nárazové zátěže trvající 1-20 sekund. Právě ty nejvíc ovlivňují pohodlí při práci, a tak se nelze divit, že dnes vznikají nejúspornější procesory se základním taktem 1,2 GHz a Turbem až 2,6 GHz.

Zde můžete vidět různé přístupy k nastavení procesoru. Nahoře je agresivní Turbo, kdy se procesoru nechá volná ruka, ať tlačí maximum. Turbo je zprvu držené neustále na maximu a teploty postupně stoupají až k mezní hranici okolo 100°C. Jakmile jí procesor dosáhne, pouze na krátké okamžiky pravidělně Turbo omezuje, čímž zajišťuje, aby teplota nestoupala nad povolenou mez. Výsledkem je schopnost udržet vysoký výkon i při nepřetržité zátěži (zde procesoru i grafiky; při vypnutí grafiky procesor měl o něco nižší teploty a zvládal Turbo nepřerušovat).

Další přístup je orientovaný na nižší produkované teplo. Výkon je držen pouze desítky sekund a Turbo se postupně omezuje dřív, než procesor překročí 80°C. Když se procesor ustálí okolo 85°C, je už Turbo převážně vypnuté.

Třetí z rozšířených možností je intenzivní snaha zachovat nízké teploty, kdy firmware notebooku dá hranici třeba 60°C, a když se počítač dostane nad ni, klidně bude snižovat výkon až na úplné minimum. Takové chování je obvykle vyvolané nějakým speciálním režimem chlazení, který si uživatel může zvolit:

Rozhodnutí, jak správně nastavit chlazení, je mnohem komplikovanější než jen to, co zde popisuju. Je potřeba vzít v potaz, co všechno vzduch stihne ohřát, než se od procesoru dostane ven z notebooku při dané konstrukci chladiče. Také se musí zvážit, jaký je přívod vzduchu, jaký je ventilátor (účinnost, projev) a vůbec jaké je zacílení počítače (některé skupiny chtějí vždy co nejvíc výkonu, některé zas především ticho).

Ostatně ani zmíněné přístupy ohledně Turba nejsou jediné. Některé notebooky klidně hrotí Turbo až k vysokým teplotám, ale pak ho skokově vypnou a další zapnutí (opět na maximum) provedou až ve chvíli, kdy se procesor ochladí na výrazně nižší teplotu (třeba o 15-20°C).

Samozřejmě by bylo možné, do každého notebooku dát masivní kostku chladiče, což by ty úsporné možná uchladilo v pohodě i pasivně, bohužel chladič patří mezi ty komponenty, které čím jsou větší, tím jsou obvykle i dražší… a cena je bohužel jedním z hlavních parametrů u každého počítače (navíc snaha ztenčovat a zlehčovat jde také proti kvalitnímu chlazení). To je také důvod, proč nelze počítat s tím, že by úsporný procesor měl nutně menší teploty. Někdy to bývá spíš naopak, protože žádný výrobce do notebooku nedá větší chladič, než jaký by byl nezbytně nutný. Nedávno jsem rozebíral super-levný notebook s Celeronem N (to jsou ty odvozené z pomalých Atomů). Místo toho, aby tam byl normální chladič, se kterým by se to uchladilo pasivně, nejsou uvnitř ani heatpipe, ani žebrování. Je tam jen blbý plíšek, na který malý větráček ve vysokých otáčkách občas fouká studený vzduch.

Závěrem

Myšlenkou dne je v tomto případě, že Turbo je funkce, kterou nelze brát jako neomezeně dostupnou. Je to něco, co má obvykle dodat výkon pouze pro krátkodobě, aby občasné zátěže byly vyřešeny co nejrychleji a uživatel měl pocit, že má děsně rychlý počítač. Čím lepší senzory a logiku Intel do procesorů implementuje, tím více si dovolí Turbo přehánět, protože se nebojí, že by došlo k přehřátí.

Současně je dobré vzít v potaz, že procesor sám sebe klidně bude žhavit až na teplotách blízko sta stupňů, a přestože pro člověka už je taková teplota na dotyk nepříjemná, procesoru až tolik nevadí a je pro ni konstruován (ten mobilní rozhodně). Procesor sám se jen tak nepřehřeje, protože má v sobě spoustu čidel, ze kterých neustále čte hodnoty a až na základě toho se rozhoduje, jak moc výkonu si ještě přidá.

Pokud tedy řešíte chlazení počítače, neřešte tolik teplotu procesoru, ale spíš to, jestli se zahřívá notebook na povrchu, protože to je podstatnější (mimo jiné to udává, jak procesor moc ohřívá součástky okolo). Stejně jako řešte hlučnost chlazení. Některé notebooky dokážou držet Turbo dlouho, některé ne. U těch druhých to však není chyba. Tak totiž bylo Turbo vymyšleno – jako dočasná výpomoc.

Samozřejmě však stále platí, že nižší teploty procesoru jsou lepší. Jen je potřeba to dát do kontrastu s ostatními provozními parametry. Vždy je to kompromis.

Komentáře k článku

  1. 1. Jan Bouda  9.10.2014  9:44:55

    Pěkně srhnutý článek ohledně Turba u procesorů Lidé se mě na to neustále ptají a tohle vysvětluji pořád dokola. Nejhorší jsou pak ty výrobci úsporných procesorů, kteří řeší chlazení přesně tak, jak je na obrázku, kousek plechu, vysokootáčkový větrák a je hotovo. To se pak běžný smrtelník diví, že procesor s TDP 10W je hlučnější než s TDP 25W. Ideální logika procesoru je, pokud se stroj dokáže uchladit, držet Turbo, ale to je zatím jak pozoruji jen u těch dražších.

  2. 2. tunfu  9.10.2014  9:53:05

    Zdravim.

    Najlepsie co som videl ma vyriesene chladenie macbook a thinkpad.
    Ja mam uz 2 thinkpad a super..je tam velky medeny pasiv takze pri kancelarskej praci ho v pohode uchladi..vetrak sa zapina az ked zacne „makat“ grafika…pri dlhsej zatazi to potom ide naplno a to uz pocut.

  3. 3. niuerhfo  9.10.2014  10:09:55

    Docela pěkně sepsáno. Jen taková menší technická – většinou je výkon dost důležitý parametr a když je sakra drahá ULV i7 míň výkonná než i3/pentium, tak je to hodně velký problém. A ještě mnohem větší průšvih je, když CPU ohřívá grafika tak, že neudrží ani základní frekvenci…

  4. 4. elzet  9.10.2014  17:17:09

    [2] No u ThinkPadů se taky pár kousků nepovedlo. První X2**-series s i7 (obzváště i7 620M a 640M) jsou jen jeden příklad za všechny.

    [3] Klientelu, na kterou míří stroje vybavené ULV i7 (typicky business stroje pro obchodníky, manažery atd.) výkon v absolutním srovnání s čímkoliv nezajímá. Pokud to má rychlou odezvu při běžné práci, velkou výdrž na baterii a celé je to lehké, nenapadne je něco takového vůbec zkoumat. Nakupují způsobem: „Dejte mi notebooky, asi takhle veliký“, parametry řeší IT dept a to ještě kdoví jestli.

    Chladič na tom Celeronu je boží. Za takovéhle katování kostů určitě někdo shrábnul mega bonusy :)

  5. 5. Nox  9.10.2014  17:50:18

    Ten vetrak je vazne sila. Kdyby ho alespon dali primo na CPU, jako u desktopu. Rad bych se nekdy dockal stroju, co v beznem provozu budou fungovat pasivne bez rvoucich vetraku, ale prijde mi, ze se tomu spis vzdalujeme.
    Nemohl by nekdi zacit treba na kickstarteru nebo proste nekde vyrabet a nabizet notebooky, ktere jsou udelane tak aby dobre slouzily uzivatelum?

  6. 6. swarm  9.10.2014  19:47:49

    [4] Pokud jde o ThinkPady, tak za nepovedený z hlediska chlazení beru T410 a taky T420, případně aktuální modely workstation, které se podtaktovávají v zátěži až na 800MHz.

    [3] Vim, jak to chodí v korporacích a tam jsou ULV procesory velmi oblíbené. Sám jsem jeden nafasoval v EliteBooku 840. Většina CPU zátěže, kterou ten notebook podstupuje trvá do 20 sekund a je obvykle single-thread. V této situaci má moje ULV i5 v podstatě stejný výkon jako plnohodnotná i5. Tj. lidi tu nepoznají pokles výkonu, ale za to poznají, že mají výrazně lehčí a tenčí notebook, který může vydržet i déle na baterku (i když teda ne že by to dnes nešlo i u ne-ULV procesorů). Pro mě bylo třeba mnohem důležitější než výkon CPU, abych tam mohl mít 16GB RAM. Jednak mám otevřených spoustu docela nenažraných nástrojů a jednak místo procesoru obvykle čekám na odezvu nějakého serveru, se kterými tyto nástroje komunikují.

    [5] Přímo na CPU ten ventilátor dát nemohli. Resp. mohli, ale notebook by pak byl o kus tlustější.

  7. 7. lujneiunv  10.10.2014  7:56:01

    [4][6] Ano, u firemní klientely to v těch lepších případech určuje ICT, které ví o čem je řeč… Ale je problém u těch, co neví… To je pak super hyper i7, hodně giga, hodně tera a dvougigová grafika… A takovýmu pak někdo vysvětlujte, že ten noťas s i3 a IGP s poloviční cenou má vyšší výkon všeho. NB s ULV i7 totiž začínají o 10k níž, než NB s klasickými i7, takže to táhne hodně BFU (ti asi nebudou uvažovat o E7440).

  8. 8. tiktak  19.10.2014  23:10:36

    Článek velmi dobrý, nutno také dodat, že dle mého extrémní výkon plného I7 v notebooku, dnes využije možná tak 20% uživatelů, z nichž minimálně 10% to bude chtít kvůli hrám (a stále je asi málo her, co vytíží všechna jádra) a neříkám že využije, jen to prostě chce, dalších 10% uživatelů co budou skutečně využívat nativní výkon a budou rádi i za dlouhodobý provoz na „turbu“ to budou potřebovat pro různé geometrické výpočty, rendering ve spicálních softech, video komprimaci/dekomprimaci, „vyvolávání“ dávkových úloh z RAWu u fotografií a dalších specifických činností, kterým se věnuje poměrně malé procento populace.
    Když je notebook celkově dobře navržený, vybavený a udržovaný softwarově v dobrém stavu, není reálně na běžné práci poznat, jak rychlý je tam procesor, zda je to i3/i5/i7 nebo rychlejší i5 a i7 ULV a zda běží turbo na plno nebo ne. Rozdíly (reálně zjistitelné) jsou jen v rámci výsledku syntetických testů nebo v opravdu specifickém softwaru, kde se na výsledky „čeká“ a to vteřiny či desítky vteřin.

  9. 9. VX  22.10.2014  17:12:11

    1) Ještě by stálo do článku možnosti ovlivnění turboboost v BIOSu (podle adaptéru a možná dalších parametrů ) a také v OS – např jisté nastavení ve výkonnostním profilu v Windows(u Dellu položka Thermal Mode). Má li hodnotu, Standard či Ultra performance, turbo je dovoleno, pokud Cool či quiet, není dovoleno a frekv. CPU je omezena nominální frekvencí. A jak se tohle vůbec nastaví na linuxu?

    2) Byl by někdo schopný vysvětlit, tzv turbo boost delay? Popíšu: Mám ve Windows profil napájení (cpu v idle se drží na LFM 800 nebo 1200MHZ podle typu CPU, v zátěži na nominální frekvenci), kdy je turbo zakázané (u jednoho notebooku Dell E6430 to řeší Thermal Mode, u zbylých 2 nevím co). Nyní přepnu na vyšší profil kde je příslušný Thermal mode a nebo u ost. notebooků nazvaný třeba Vysoký výkon. Nyní nastane rozdíl:
    u E7440 s 4600U se změna projeví ihned, v případě zátěže běží na 3GHz hned
    u Lenovo Helix 3427U také ihned – v zátěži běží na 2.6GHz
    u E6430 s i7 3740QM po přepnutí začne frekvence oscilovat mezi LFM a nominální frekvencí v idle, v zátěži nominální. A AŽ PO MINUTĚ dojde k efektu popsanému výše u 2 notebooků, že se v zátěži frekvence dokáže vyšplhat až na 3.5-3.7GHz. To mě právě zajímá. Prakticky mi to vadí (to je trochu přehnané slovo), že třeba když chci něco udělat (konverze x264, spustit DAW, kde je vyšší freq důležitější kvůli nižší dostupné latenci, benchmark).

  10. 10. Miro  27.10.2014  16:20:17

    Dobry den,
    chcel by som vas velmi pekne poprosit o radu. Potrebujem si kupit notebook, ale uz kvalitny, vykonny. Potrebujem ho totiz na pracu, som projektant a robim v programoch Autodesk Revit Architecture a 3DS Max.

    http://knowledge.autodesk.com/support/revit-products/troubleshooting/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/System-requirements-for-Autodesk-Revit-2015-products.html

    Vacsinou pracujem z firmy, kde robim na workstatione Dell Precision M4800:

    http://premierconfigure.euro.dell.com/dellstore/config.aspx?oc=cu000pm48000mumws&model_id=precision-m4800-workstation&c=sk&l=sk&s=pad&cs=RC1078561&~tgt=cfg&customer_id=RC1078561

    No obcas potrebujem pracovat aj externe. Cize tak jeden, pripadne dva dni do tyzdna potrebujem od notebooku vyssi vykon na cca cely den. Ale taktiez potrebujem notebook prenasat, napr na skolenia (casto skolim mimo firmu), meetingy a pod. Preto mi napriklad nevyhovuje vlacit zo sebou workstation. Nosit notebook zo sebou budem skoro denne.

    Vybral som si Thinkpad T440S, (Intel i7, dufam ze sa mi podari objednat aj 16GB RAM, ak nie postaci 12GB, GK nVidia a nejaky mensi SSD disk,…)

    Kedze investicia do notebooku v tejto cenovej kategorii nie je pre mna malickost, potreboval radu, ci je tento nb ok, napriklad vzhladom k tomu ako ste tu pisali, ze tie jeho predchodzie verzie T410 a T420 nemali moc dobre chladenie.Pripadne poradit nejaku alternativu.

    Dakujem vam velmi pekne este raz.

  11. 11. Python.P  1.11.2014  8:26:55

    Nevím jestli to sem patří, ale právě jsem si hrál s X31 a je to notebook který se je schopný uchladit pasivně. Ano je podvoltován ale nemá problém pasivně uchladit 24W TDP, otázkou je proč to nejde dnes ?

  12. 12. ooo  14.9.2015  18:28:49

    Tos mě rozesmál. 24Wattů pasivně?


Napsat komentář