С места – в разгон

Используя процессоры AMD Ryzen на геймерской платформе MSI X370 XPower Gaming Titanium нужно знать, что наряду с ог­ром­ным разгонным по­тен­ци­а­лом, доступным пользователю, пла­та и сама (т.е. в ав­то­ма­ти­че­ском режиме) в этом плане спо­соб­на на мно­гое. Тестовая лаборатория «Ком­пос­те­ра» выполнила ряд экс­пе­ри­ментов на ней с использованием чипа Ryzen 5 1600 и вот что из это­го вышло.

Процессор

Уточним, что задействованный в тестировании процессор Ryzen 5 — это tray-версия с номенклатурным иден­ти­фи­ка­то­ром YD1600BBM6IAE, доступная в поставках без системы охлаждения.

Впрочем, мы использовали модель Stealth фирменного кулера Wraith, хотя настоящий игроман меньше, чем на Noctua вряд ли согласится.

Благодаря 14-нм технологическому процессу у процессоров AMD семейства Ryzen низкий уровень теп­ло­вы­де­ле­ния, поэтому в большинстве случаев вполне достаточно и «боксированной» системы охлаждения. К этому при­зы­ва­ет нас отполированная до блеска медная пятка Wraith Stealth. Еще один аргумент «за» — низкий уровень шума лопастей этого вентилятора: по уровню слышимых звуков — всего 29 децибел (дБА).

Плата

Платформа от Micro-Star в особых представлениях не нуждается. X370 XPower Gaming Titanium — классный иг­ро­вой вариант реализации системной логики AMD X370, щедро снабженный конструкторскими находками. Плата не потеряла своей привлекательности в ценовом аспекте, балансируя на нижней планке совсем не бюд­жет­ных ре­ше­ний. У ASUS, главного конкурента MSI, цены на геймерские платы и не такие высоты берут.

Как водится, недостатки — это продолжение достоинств. Не лишен их и проект MS-7A31 (это заводская ко­ди­фи­ка­ция, соответствующая бренду X370 XPower Gaming Titanium). С первых минут знакомства с платформой самая гла­в­ная заноза — завышенное потребление тока от бортового гальванического элемента CR-2032 (на снимке — справа вни­зу). При отключенном источнике +5V Standby оно составляет около 0.12 mA. В типовом случае исправная плата по­тре­б­ля­ет ток в пределах 0.001 mA…0.005 mA. Исследование этого феномена еще впереди.

Аппаратные средства для оптимального управления тактовой частотой процессора AMD Ryzen 5 1600, ус­та­нов­лен­но­го на платформе Micro-Star X370 XPower Gaming Titanium, находятся под конт­ро­лем специального про­грам­мно­го обеспечения. В первую очередь — это код UEFI BIOS (текущая версия 7A31v1C) и драйверы, работающие в среде ОС. Их задача — в достижении непростого компромисса производительности и на­деж­ности с учетом ми­ни­ми­за­ции энергопотребления. Они призваны также обеспечить комфортный и безопасный разгон.

Очевидно, исследование аппаратных ресурсов лучше всего начинать в среде UEFI. Устранив влияние ОС и получив неограниченный доступ к привилегированным Model-Specific регистрам процессора, можно достаточно точно из­ме­рить основные опорные частоты платформы. Для этого проанализируем два счетчика тактов из подсистемы про­цес­со­ра AMD Ryzen, отвечающей за мониторинг производительности (Performance Monitoring):

• счетчик IA32_MPERF (Maximum non-turbo performance), работающий на максимальной частоте из доступных в не­фор­си­рованном режиме частот;
• счетчик IA32_APERF (Actual turbo performance), жестко синхронизированный с ядром центрального про­цес­со­ра, в том числе — и в режиме разгона.

Заметим, что среди системных программистов, а равно авторов вредоносного кода (это не одни и те же люди!), по­пу­лярен совсем другой счетчик: Time Stamp Counter. Он доступен на уровне поль­зо­ва­тель­ских привилегий в сеансе операционной системы. Впрочем, TSC с ядром CPU работает асин­хрон­но, и это делает его бесполезным для мо­ни­то­рин­га разгонных процессов.

Состояние платформы до загрузки ОС мы можем отследить с помощью утилиты Performance Monitor. За­пус­тив ее в среде UEFI, получаем искомые значения:

Как нетрудно заметить, установленная при старте по умолчанию актуальная тактовая частота (IA32_APERF) пре­вы­ша­ет лимит «узаконенного разгона», составляющий 3.6 ГГц для исследуемого процессора. Преимущество это или недостаток? Фактов, дискредитирующих стабильность платформы не обнаружено.

Несмотря на существенные архитектурные различия процессоров Intel и AMD, подсистема Hardware coordination feedback capability, предназначенная для мониторинга опорных частот CPU, является своеобразным стандартом для обоих производителей. Вместе с тем, системные ресурсы, не­по­сред­ствен­но ответственные за установку за­дан­ной частоты (множителя), у каж­дого из вендоров реализованы своеобразно.

Регистровое поле CPU_FID, фрагмент документа Processor Programming Reference (PPR) for AMD Family 17h Model 01h, Revision B1 Processors

Для процессоров AMD, согласно расшифровке поля CpuFid (frequency identifier), системному программисту пре­до­став­ля­ет­ся возможность управления множителем с шагом 0.25. Величина CpuFid используется для выработки так­то­вой частоты процессора (Core Operating Frequency) из внешнего сигнала (Bus Clock). Точнее говоря, по­ка­зан­ный параметр является одним из множества аргументов в формулах Core Operating Frequency наряду с другими Model-Specific значениями, поэтому «плавность разгона» может зависеть от модели, степпинга, а возможно и экземпляра процессора.

Регистровые поля Ratio Control, фрагмент документа Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual

Для процессоров Intel, согласно комментариям к полям Minimum Ratio, Maximum Ratio, управляющим выбором мно­жи­те­ля, шаг составляет 100 MHz.

Переходя на «гусиный шаг»

Как уже догадывается читатель, целью наших экспериментов является не установка оверклокерских рекордов, а детальное исследование и низ­ко­уров­невая верификация заявленных характеристик процессора AMD Ryzen на плат­фор­ме X370 XPower Gaming Titanium (MS-7A31).

Проверим за­ви­си­мость актуальной тактовой частоты, а точнее — по­ка­за­ний счетчика IA32_APERF (Actual turbo performance) от настроек CMOS Setup. Увеличим в установках материнской платы CPU Ratio с заданного по умол­ча­нию 36,50 значения до уровня «первого разгонного» — 36,75. Это нужно для того, чтобы убедиться в воз­мож­нос­ти управления тактовой частотой процессора с шагом 25 MHz. Напомним, опорная частота внешнего тактового сиг­на­ла составляет 100 МГц, форсированная тактовая частота ядра является произведением опорной частоты и величины Ratio: 100 МГц * 36.75 = 3675 МГц.

Результаты не заставляют себя ждать — частота процессора послушно растет вместе с коэффициентом ум­но­же­ния. Заметим, что используется управление тактовой частотой ядра процессора посредством изменения мно­жи­теля с неизменной опорной частотой. Альтернативный подход, состоящий в изменении режима тактового ге­не­ра­то­ра, сегодня теряет свою популярность в силу проблем с обеспечением синхронизации компонентов плат­форм сложной топологии. Методика, расцвет которой пришелся на время платформ Socket 7, позволяла уп­рав­лять час­то­той со значительно меньшим шагом (до 1 MHz), при этом объектом оверклокинга был не только процессор, но и системная логика, включая шины ввода-вывода.

Приведенные результаты позволяют констатировать работоспособность технологии AMD Precision Boost, в част­нос­ти, — управления тактовой частотой с шагом 25 MHz.

Резюме

Теоретически, меньший шаг, а значит более гибкое управление множителем, должны позволить оверклокеру на платформе AMD эффективнее находить оптимальную точку компромисса производительности и устойчивости.

На практике, в силу некоторого запаздывания в документировании и поддержке функциональности новейших про­цес­соров обоих вендоров, этот тезис нуждается в перепроверке на различных конфигурациях, а для оп­ти­ми­за­ции применения технологии AMD Precision Boost, свою часть работы еще должны выполнить разработчики UEFI и драйверов. Очевидно и то, что конкурент не сидит сложа руки, поэтому любое, особенно тактическое пре­и­му­ще­ство является временным.

Но результаты экспериментов позволяют закончить на оптимистичной для AMD ноте: управление тактовой час­то­той с шагом 25 MHz на исследованной платформе работает.