O lançamento de processadores de consumo com arquiteturas Raptor Lake e Zen 4 generosamente colocou combustível no fogo do eterno confronto entre os fãs da AMD e da Intel. Se antes a maioria das disputas era sobre desempenho e preços justos de plataformas de diferentes fabricantes, as novas CPUs colocaram outro tópico inesgotável em primeiro plano – o aquecimento. Confira os comentários sobre as análises do Core i9-13900K ou Ryzen 9 7950X para obter um exemplo, e você verá que as temperaturas e a dissipação de calor agora são quase mais preocupantes para os usuários do que o desempenho.
E essa mudança não aconteceu por acaso. O fato é que tanto a AMD quanto a Intel mudaram radicalmente sua atitude em relação à eficiência energética dos processadores mais antigos para entusiastas. O novo princípio pode ser brevemente descrito pela frase “velocidade a qualquer custo”. Ambos os fabricantes efetivamente fecharam os olhos para temperaturas e consumo de energia e abandonaram a otimização do desempenho específico por watt, que até recentemente era usado como um argumento de marketing de peso. Como resultado, o Core i9-13900K e o Ryzen 9 7950X se tornaram campeões de calor e por uma margem significativa de seus antecessores. No entanto, AMD e Intel implementam a estratégia de “velocidade a qualquer preço” em seus processadores de maneiras diferentes, e essas diferenças se tornaram um dos motivos do surgimento desse material.
Com o lançamento do Raptor Lake, a Intel simplesmente empurrou o limite de consumo de energia permitido da CPU o máximo possível, se ao menos houvesse sistemas de resfriamento serial na natureza que pudessem dissipar tal quantidade de calor. Como resultado, o Core i9-13900K obteve um consumo máximo de 253W, e em cargas de trabalho multi-threaded é realmente capaz de gerar essa quantidade de calor, se, claro, o sistema de resfriamento for eficiente o suficiente para evitar o superaquecimento do processador nestas condições.
A AMD tem uma abordagem diferente: nos principais processadores Ryzen 7000, decidiu não limitar o consumo, mas a temperatura. O Ryzen 9 7950X tem um limite superior de consumo, mas esse é um valor puramente formal e sem sentido. Mas, na realidade, o desempenho do Ryzen 9 7950X é limitado por um limite de 95 graus – o processador é simplesmente proibido de aquecer mais.
Levando em consideração essas restrições (para Intel em termos de consumo e para AMD em termos de temperatura), os principais processadores são alinhados com autoajuste da frequência do clock. Os processadores são proibidos de ultrapassar os limites definidos e, se tentarem fazê-lo, são forçados a redefinir a velocidade do clock. Mas se o consumo ou a temperatura não atingirem os máximos, não ocorre nenhum ajuste da fórmula de frequência.
As diferenças nas abordagens da AMD e da Intel para a implementação do princípio de “velocidade a qualquer custo” se devem aos recursos técnicos de seus produtos. A Intel para a produção de suas CPUs atuais usa a tecnologia de processo Intel 7 – a essência da tecnologia de fabricação com padrões de 10 nm. Além disso, o carro-chefe Raptor Lake possui um cristal semicondutor monolítico bastante grande – 257 mm2. Remover o calor de tal cristal não é tão difícil, mesmo que sua dissipação de calor exceda 250 watts. Isso permitiu que a Intel, até certo ponto, transferisse a luta contra o calor para os ombros dos usuários, que podem agir com base no bom senso: se as temperaturas da CPU parecerem altas, será necessário um cooler mais potente.
AMD está em uma situação diferente. Os principais processadores Ryzen 7000 consistem em três chiplets – duas matrizes CCD de 5nm e uma chiplet de 6nm com lógica de E/S. A área total de cristais de silício quentes com núcleos de computação é de apenas 140 mm2, e há problemas perceptíveis com a remoção de duzentos watts de energia térmica de uma superfície tão pequena. A realidade é que por mais eficiente que seja o sistema de refrigeração, as temperaturas do Ryzen 7000 ainda serão altas, pois o calor gerado pelos cristais CCD não tem tempo de ser transferido para a tampa dissipadora de calor da CPU e posteriormente para a sola do sistema de arrefecimento. Isso forçou a AMD a impor um limite máximo de temperatura e, como resultado, o Ryzen 9 7950X sob carga quase sempre funciona a 95 graus com qualquer resfriamento,
Resumindo, devido à diferença nos processos de design e fabricação, o Core i9-13900K consome e gera visivelmente mais calor do que o Ryzen 9 7950X, mas as temperaturas operacionais do principal processador da AMD são visivelmente mais altas. Não é de surpreender que esse estado de coisas dê origem a um debate interminável sobre qual dos dois principais processadores deve realmente ser considerado o mais quente. Mas de uma forma ou de outra, tanto os proprietários do Core i9-13900K quanto os proprietários do Ryzen 9 7950X precisam lidar com o alto aquecimento da CPU. E para esclarecer qual deles vive mais facilmente, decidimos realizar um teste separado da eficiência energética dos carros-chefe atuais.
Neste artigo, veremos como o desempenho do processador aumenta quando suas temperaturas e consumo são limitados e também os comparamos entre si em modos econômicos, quando são artificialmente conduzidos aos limites estritos de um orçamento elétrico e térmico reduzido.
⇡#Como deixar Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X frios
A AMD e a Intel garantiram que os usuários de seus processadores tenham a capacidade de ajustar o consumo e as temperaturas conforme desejarem. Essas configurações são importantes não apenas para experimentos artificiais, mas também podem ser úteis na prática quando você precisa obter uma melhor eficiência energética do sistema por motivos de economia ou precisa reduzir o calor do processador com base nas capacidades do sistema de resfriamento existente.
O consumo máximo dos processadores Intel é definido por duas constantes PL1 e PL2, que limitam o consumo de longo e curto prazo da CPU, respectivamente. Além disso, o consumo também é influenciado pela variável Tau, que determina a duração do limite de curto prazo PL2. Todos esses três valores estão disponíveis para alteração no BIOS das placas-mãe.
Para o Core i9-13900K, o padrão PL1 e PL2 é 253W. No entanto, eles podem ser aumentados e diminuídos. No primeiro caso, o processador poderá desenvolver maior desempenho, mas aquecerá mais. Em segundo lugar, pelo contrário, em detrimento do desempenho, ficará mais econômico.
Também no BIOS das placas-mãe LGA1700 modernas, há uma configuração para a temperatura máxima do processador. Com sua ajuda, você pode alterar o limite de temperatura, ao atingir qual throttling é ativado na CPU. Por padrão, essa temperatura é definida como 100 graus, mas pode ser alterada para 115 graus ou reduzida para 62 graus. Controlar esse valor é uma forma alternativa de selecionar a temperatura desejada do processador.
Vale ressaltar que a alteração dos limites PL1 e PL2 e da temperatura operacional máxima está disponível não apenas por meio do BIOS, mas também programaticamente a partir do sistema operacional. As configurações correspondentes podem ser encontradas no utilitário de configuração universal Intel XTU (Extreme Tuning Utility), que é adequado para qualquer placa-mãe LGA1700 e está disponível para download no site da Intel.
Limites de consumo semelhantes se aplicam aos processadores AMD. Seu consumo máximo é definido por um valor PPT (Package Power Tracking), que é um dos principais parâmetros da tecnologia Precision Boost Overdrive. O acesso para alterá-lo também é possível através das configurações do BIOS da placa-mãe.
A AMD vincula estritamente o consumo máximo de seus processadores ao pacote térmico e, de acordo com a especificação, o limite de PPT deve ser igual a 1,35∙TDP. Ou seja, o consumo máximo do Ryzen 9 7950X com TDP definido em 170W não deve passar de 230W de acordo com a especificação. No entanto, esse limite pode ser deslocado para cima ou para baixo. E se seu aumento dificilmente faz sentido pelos motivos descritos acima, reduzi-lo pode tornar o Ryzen 9 7950X mais econômico e mais frio.
Mas, como acontece com os processadores Intel, existe outra maneira. No Ryzen 7000, o fabricante abriu a possibilidade de atribuir diretamente um limite de temperatura da CPU, que é de 95 graus por padrão. Por meio das configurações do BIOS, esse limite pode ser reduzido para 60 graus, o que forçará o processador a redefinir de forma mais agressiva a frequência e a tensão de alimentação em altas cargas.
O utilitário proprietário Ryzen Master oferecido pela AMD, semelhante ao Intel XTU, tem a capacidade de gerenciar o limite de PPT e a temperatura máxima. Assim, você pode moderar o apetite do Ryzen 9 7950X não apenas por meio do BIOS da placa-mãe, mas também programaticamente do Windows.
Muitas vezes, além de limitar o consumo ou as temperaturas, é recomendável tentar reduzir a tensão de alimentação do processador. Tal conselho não é sem sentido – o consumo de energia do processador está associado a uma dependência quadrática da voltagem; igual. Mas você pode fazer sem ele. A tensão dos processadores modernos não é constante, depende da frequência e, quando a frequência do processador diminui devido a alguns limites, a tensão cai automaticamente. Em outras palavras, como o downvolting requer testes de estabilidade complexos e demorados, ele pode ser completamente negligenciado. Os processadores modernos, se possível, reduzem a tensão por conta própria,
⇡#Descrição do sistema de teste e metodologia de teste
Neste teste, nos propusemos a avaliar o quão justificados são os limites de temperatura e consumo que os fabricantes escolheram para o Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X e se eles podem ser reduzidos sem comprometer significativamente o desempenho. Para fazer isso, veremos como o desempenho dos carros-chefe atuais escala com consumo e temperaturas limitadas, e se faz sentido tolerar seus apetites inerentes ao trabalhar no modo nominal.
Ao medir a dependência do desempenho do consumo máximo permitido, o Core i9-13900K e o Ryzen 9 7950X foram testados em sete modos: ao trabalhar com limites completamente cancelados, com os limites nominais atuais de 253 e 230 W, respectivamente, bem como com consumo de energia limitado a 180, 125, 90, 65 e 45 watts. No caso de medir a dependência do desempenho da temperatura máxima, foram utilizados os limites do passaporte de 100 e 95 graus, respectivamente, bem como vários limites mais rigorosos: 90, 80, 70 e 62 graus.
Os sistemas de teste usaram os seguintes equipamentos:
O teste foi realizado no sistema operacional Microsoft Windows 11 Pro (22H2) Build 22621.607 usando o seguinte conjunto de drivers:
Descrição das ferramentas usadas para medir o desempenho da computação:
Formulários:
Jogos:
Em todos os testes de jogos, os resultados são o número médio de quadros por segundo, bem como o quantil 0,01 (primeiro percentil) para valores de FPS. A utilização do quantil 0,01 em vez do FPS mínimo se deve ao desejo de limpar os resultados de rajadas aleatórias de desempenho provocadas por motivos não diretamente relacionados ao funcionamento dos principais componentes da plataforma.
⇡#Limitando o consumo e diminuindo o desempenho
Devido ao fato de que, nos últimos anos, os fabricantes aumentaram ativamente as características térmicas e de energia da CPU permitidas pelas especificações, parece que esta é uma maneira bastante eficaz de melhorar o desempenho. Mas os resultados do teste mostram que, na realidade, isso não é inteiramente verdade, e sim uma abordagem “faça porque podemos” ocorre aqui. Se você observar a queda de desempenho do Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X, calculada com base nos resultados dos testes em aplicativos com uso intensivo de recursos com várias restrições de consumo, fica claro que esses principais CPUs podem ser facilmente gravados em 180 W – a perda média de desempenho não é superior a 5%. Além disso, mesmo com uma redução dupla no consumo máximo – até 125 W – e o Core i9-13900K,
Curiosamente, a degradação do desempenho do Ryzen 9 7950X na primeira fase é mais lenta que a do Core i9-13900K. Isso indica que, em geral, o Zen 4 é uma arquitetura mais eficiente em termos de energia, e o Ryzen 9 7950X atinge níveis de desempenho ideais com menor consumo de energia em comparação com o Core i9-13900K. Portanto, em valores de consumo nominal, o processador Intel acaba sendo vários por cento mais rápido que seu concorrente, mas assim que o limite superior de consumo é movido para a faixa de 90 a 180 W, o Ryzen 9 7950X sai por cima em termos de desempenho.
No entanto, há outra mudança no líder em eficiência energética. Abaixo de 90 W, o Core i9-13900K é mais uma vez mais rápido que o Ryzen 9 7950X, presumivelmente devido à sua gama de 16 núcleos Gracemont com eficiência energética, que podem funcionar bem mesmo com um orçamento elétrico apertado.
No entanto, é necessário fazer uma ressalva de que o gráfico acima descreve uma determinada imagem média, enquanto em diferentes aplicações o consumo dos processadores pode variar muito. Portanto, vamos ver a relação entre desempenho e consumo de energia ao renderizar no Blender – esta é uma das opções de carga que consomem mais energia.
Aqui, em particular, fica claro que mesmo um limite de consumo de 180 W pode causar danos perceptíveis ao desempenho do Core i9-13900K. Em comparação com o modo nominal, cai 10% e, em comparação com a operação do processador sem restrições, as perdas chegam a 15%. Ao mesmo tempo, o Ryzen 9 7950X, rodando no limite de 180W, perde apenas 3-4% da velocidade original.
E mais um fato interessante: com a introdução de limites de consumo de 65 W, tanto o Core i9-13900K quanto o Ryzen 9 7950X tornam-se cerca de metade lentos com renderização final com uso intensivo de recursos.
Abaixo você pode ver a queda de desempenho em outros aplicativos. Além da renderização final, pode-se observar uma forte dependência do desempenho com o consumo, por exemplo, na transcodificação de vídeo.
Renderização:
Trabalhando com imagens:
Edição de vídeo não linear:
Transcodificação de vídeo:
Compilando programas:
Arquivamento:
Os jogos devem ser discutidos separadamente. Os aplicativos de jogos não pertencem a tipos de carga que consomem muita energia e, neles, os processadores funcionam de maneira bastante suave. Portanto, não deve ser surpreendente que a limitação artificial do consumo de CPU em sistemas de jogos quase não prejudique a taxa de quadros. Portanto, tanto o Core i9-13900K quanto o Ryzen 9 7950X podem ser conduzidos em quadros de 125 W quase sem consequências. O FPS médio da configuração no Core i9-13900K neste caso diminuirá apenas 2,3%, e a configuração no Ryzen 9 7950X diminuirá apenas 1,7%.
E mesmo limitar o consumo dos principais CPUs a 90 W em termos de desempenho de jogos não leva a nenhum desastre. E isso significa que, com base nos principais processadores atuais, você pode montar sistemas de jogos bastante econômicos.
Mais detalhes sobre os resultados do teste em jogos podem ser encontrados nos diagramas a seguir, mas vale ressaltar que não vimos uma queda perceptível no FPS ao limitar o consumo do processador para 125 ou 180 W em nenhum jogo.
⇡#Consumo máximo e temperatura
Do ponto de vista prático, limitar o consumo pode ser visto como uma forma não só de tornar o sistema mais econômico, mas também de diminuir as temperaturas de operação da CPU, que podem chegar a valores assustadores para o Core i9-13900K e principalmente o Ryzen 9 7950X. Portanto, junto com o desempenho, também medimos as temperaturas máximas a que os processadores esquentam ao renderizar no Blender – essa, lembramos, é a carga mais pesada, mas ao mesmo tempo realista.
Ao usar um sistema de refrigeração líquida personalizado com um radiador de 360 mm para remover o calor dos processadores, a dependência da temperatura máxima com o consumo máximo é obtida da seguinte forma.
O Ryzen 9 7950X atinge o limite de 95 graus mesmo quando executado no modo nominal. Quanto ao Core i9-13900K, ele aquece apenas até 86 graus no modo nominal e, para que esse processador se aproxime de seu limite de 100 graus, ele precisa remover o limite de consumo. Tudo isso é uma imagem familiar, que analisamos em detalhes nas análises do Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X.
O que merece atenção desta vez é que a limitação de 180 W permite aliviar notavelmente o regime térmico de ambos os processadores. O Ryzen 9 7950X não esquenta mais que 80 graus neste caso, enquanto o Core i9-13900K fica mais frio que 70 graus. Você pode reduzir ainda mais as temperaturas configurando os processadores para um limite de 125 watts. Nesse estado, o aquecimento máximo dos flagships, quando usados para remoção de calor, para em torno de 60 graus.
Há uma opinião de que os sistemas de refrigeração líquida devem ser usados u200bu200bcom processadores multi-core modernos, e os refrigeradores de ar certamente não irão lidar com eles. Resolvemos testar essa afirmação na prática e testamos o Core i9-13900K e o Ryzen 9 7950X no Blender com o popular supercooler Noctua NH-D15.
As temperaturas do processador ao usar Noctua NH-D15 em vez de LSS são naturalmente mais altas, mas não há deterioração dramática na situação com aquecimento. O cooler suporta até mesmo o Core i9-13900K de 253 W, mantendo-o aquecido sob uma carga multiencadeada pesada acima de 91 graus. Quanto ao Ryzen 9 7950X, ele atinge o limite de 95 graus com o refrigerador de ar e o LSS. No entanto, as dificuldades de dissipação de calor do Ryzen 9 7950X ainda podem ser vistas quando se olha para o aquecimento de 180W. Reduzir o consumo do Core i9-13900K para esse valor permite reduzir a temperatura do processador em 18 graus e, no caso de um processador AMD, o mesmo delta é de apenas 8 graus.
No entanto, podemos dizer com certeza: o poderoso resfriamento a ar é bastante adequado tanto para o Core i9-13900K quanto para o Ryzen 9 7950X.
⇡#Limite de temperatura e queda de desempenho
Enquanto pesquisávamos como tornar os processadores principais mais eficientes em termos de energia, decidimos tentar outra maneira. Embora definir o limite superior de consumo dê resultados bastante satisfatórios, é interessante ver o que acontece com o desempenho se os processadores forem limitados não por apetites de energia, mas por temperaturas.
Vale explicar que a temperatura é um indicador mais inercial do que o consumo de energia. Se o consumo do processador aumentar instantaneamente com a carga, a temperatura mudará mais suavemente, dando ao processador algum (pequeno) tempo para trabalhar com força total. E, nesse sentido, limitar a temperatura pode ser um método mais interessante de reduzir o aquecimento da CPU – aquele que permite picos de consumo de curto prazo e, como resultado, desempenho.
Realizamos testes de desempenho sob vários limites máximos de temperatura da CPU em condições mais severas do que os testes anteriores. Nesse caso, não o LSS, mas o resfriador de ar Noctua NH-D15 foi usado para remover o calor do processador. Limitar a temperatura máxima do processador quando ele funciona com um bom, mas não o sistema de resfriamento final é um cenário mais realista, cuja recriação tem claro valor prático.
Mas mesmo com um resfriador de ar, a limitação de temperatura não tem muito impacto no desempenho. O gráfico de velocidade abaixo mostra que, mesmo com um limite de 62 graus no aquecimento da CPU, a desaceleração dos principais processadores se encaixa no intervalo de 10%. E ao definir a temperatura máxima para 80 ou 90 graus, você não precisa se preocupar com o desempenho – em média, diminuirá apenas alguns por cento.
No entanto, há uma nuance. Em algumas tarefas, como renderização ou transcodificação de vídeo, os processadores ficam mais quentes e, nessas situações, a queda de desempenho devido à limitação de temperatura pode ser mais perceptível. Um exemplo é a renderização final no Blender.
No entanto, mesmo no Blender, a queda no desempenho quando o limite de temperatura é definido para 80 graus não parece significativa. A renderização de cena no Core i9-13900K e no Ryzen 9 7950X diminui em não mais de 3%.
Uma pequena diminuição no desempenho é observada em outros aplicativos com uso intensivo de recursos. Mesmo com um limite estrito de 62 graus, a degradação máxima de desempenho não ultrapassa 12% para o Ryzen 9 7950X e 19% para o Core i9-13900K.
Renderização:
Trabalhando com imagens:
Edição de vídeo não linear:
Transcodificação de vídeo:
Compilando programas:
Arquivamento:
A situação é ainda mais interessante em jogos – em aplicativos desse tipo, o desempenho quase não cai quando a temperatura é limitada. Uma ligeira diminuição no FPS médio no nível de alguns por cento só pode ser vista em um sistema baseado no Core i9-13900K quando o aquecimento da CPU é proibido acima de 62 graus.
Os resultados obtidos em jogos individuais confirmam que um limite de temperatura de CPU de 70 ou 80 graus pode ser introduzido com segurança em configurações de jogos baseadas no Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X, mesmo quando o calor é removido por um resfriador de ar.
A julgar pelos resultados, a técnica de limitar a temperatura máxima da CPU deve ser adotada por todos aqueles que não estão satisfeitos com o aquecimento existente do Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X em seus sistemas. Do ponto de vista de manter o desempenho embutido no processador, essa abordagem parece mais eficiente e previsível do que limitar o consumo por meio de limites PL1/PL2 e PPT.
⇡#Conclusões
Até agora, sabíamos muito bem que os atuais processadores principais têm alto desempenho, mas ao mesmo tempo são muito quentes e consomem muita energia. Agora ficou claro que, na realidade, não há relação direta entre velocidade, consumo de energia e temperaturas. Limitar artificialmente o consumo ou o aquecimento é uma boa técnica que não acarreta uma queda catastrófica no desempenho.
Como os testes mostraram, reduzir pela metade os limites de consumo – de 253/230 para 125 W – leva apenas a uma queda de 10% no desempenho médio em aplicativos com uso intensivo de recursos para sistemas baseados em Core i9-13900K e configurações baseadas em Ryzen 9 7950X. É verdade que existe uma pequena classe de tarefas (por exemplo, renderização), onde uma limitação tão séria do consumo de energia pode levar a uma queda de desempenho mais significativa de 15 a 20%, mas mesmo em casos extremos, o consumo máximo pode ser facilmente reduzido para 180 W com poucos danos ao desempenho.
Além disso, para sistemas de jogos, os valores especificados para Core i9-13900K e Ryzen 9 7950X nas especificações de 253 e 230 W não fazem o menor sentido. Esses processadores não consomem muita energia em jogos, e configurá-los para o limite de energia de 125 W tem pouco ou nenhum efeito no FPS médio, mesmo em uma plataforma GeForce RTX 4090 em resolução Full HD.
Tudo isso significa apenas uma coisa: não há razão para ter medo do aquecimento e do apetite energético do Core i9-13900K e do Ryzen 9 7950X. Se você não gosta de suas temperaturas ou consumo de energia por algum motivo, tanto a AMD quanto a Intel têm um conjunto abrangente de ferramentas para manter as coisas sob controle. Como um experimento prático mostrou, o Core i9-13900K e o Ryzen 9 7950X podem muito bem, trabalhando com refrigeradores de ar, aquecer não mais que 70-80 graus e, ao mesmo tempo, fornecer um nível avançado de desempenho.
Embora não tenhamos a intenção de comparar o desempenho do Core i9-13900K e do Ryzen 9 7950X como parte deste estudo, é impossível não apontar para concluir alguns fatos sobre os resultados de testes conjuntos desses processadores quando eles são funcionando com várias limitações. Em particular, mais uma vez vimos uma clara vantagem para o Core i9-13900K em termos de desempenho em jogos. Mas agora sua seriedade pode ser ilustrada não apenas pelos números do FPS, mas também pelo consumo de energia: para que o Ryzen 9 7950X de 230 watts se torne mais rápido que o Core i9-13900K em jogos, o consumo do processador Intel deve ser bloqueado em limites muito apertados de 65 watts. Mas em tarefas com uso intensivo de recursos relacionadas à criação e processamento de conteúdo, a taxa de desempenho do Core i9-13900K e do Ryzen 9 7950X não é constante e depende do consumo máximo permitido.
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