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[主板] Ryzen的真实功耗几何?AMD还是大火炉吗?

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Tahiti

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发表于 2019-5-2 08:34:05 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 猎鹰 于 2019-5-2 08:57 编辑

视频地址:https://www.bilibili.com/video/av51002677

屏幕快照 2019-05-01 上午4.38.02.png


毕竟在之前的一期视频中,讲到了什么是TDP与睿频技术,不过全程是举得Intel的例子,并没有提到AMD。这时有部分人可能心里不太舒服,认为我是i黑,没把AMD的奸商行为说出来。


还有的人在推荐配置时,不选择AMD,理由是功耗太大,然后还列出了一堆功耗数据。
实际上这个数据也是对的,并没有错。不过他用的是错误的办法,这个值也不是真实的CPU功耗。
今天我们将会探讨一个问题,锐龙系列CPU的真实功耗到底多少?AMD有没有虚标


为了后面的讲解,我先讲一个CPU功耗的估算公式,不想看的可以直接跳过。想听的同学请拿出笔来,认真听讲,该记笔记时认真记笔记,毕竟以后群里面吹牛逼时要用到的。
P=C*f*u^2
其中P就是功耗
F就是频率
U就是核心电压
C就是一个系数,通常被称作电容系数

首先我从宏观说一下这个公式是怎么推导得出的。

CPU的总发热量是可以看作是在单位时间内单个晶体管的单次开关损耗乘以开关次数再乘以开启晶体管的数量。

说句人话就是1秒内1个晶体管开关一次耗电1J,如果有十个晶体管同时这样就是10J,如果一秒内这些晶体管可以开关10次,那么100J。功率就是100w。
其中单个晶体管开启时可以看作是一个电阻,根据焦耳定律可以得出单个晶体管的发热量与电压的平方成正比。
那么为何前面还需要乘以一个电容系数C呢?
其实为了量纲统一,比如公式的左边单位是瓦特也就是焦耳每秒,而右边确实伏特平方。
屏幕快照 2019-04-30 下午3.18.57.png
如果你对着电压表叫安培,对着尺子叫法拉第,出现了这种错误你得向全世界的物理学家谢罪的。所以需要乘以一个带单位的系数,通过对比可以发现这个公式和电容储能公式很像,所以也叫做电容系数。
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从晶体管的角度来还可以解释为何随着频率的升高电压也需要增高。
很多人眼中的MOS是通电瞬间就完全开启。但是实际上mos可以看作是一个可调电阻,通过这段视频我们是可以发现,随着对控制极(专业的叫法叫Gate)的电压增高,MOS的导通电阻会越来越小,也可以看作打开更完全。
控制极上也有寄生电容,可以缓解电压的快速升高和降低。
54fbb2fb43166d229f037f5b4f2309f79152d28d的副本.jpg
顺便提一下,如果锁住这个电容,让它不漏出来,可以长时间保持开启或者关闭,那么它就可以用来存储数据,这就是SSD的原理。
闪存.jpeg


如果整个回路中有部分MOS没有成功开启,但是时钟信号已经开始了下一次,那么就会出现错误,宏观表现就是死机或者重启。
这个结电容对高速开关电路来说是越小越好,因为这个电容会增加充电时间,使得控制极的电压增加缓慢,完全开启时间更久。为了获得更高的开关速度,最简单的办法就是加大电压。还可以通过制程提升来得到更低的结电容,比如22nm升级14nm。
这也在微观的角度也解释了为什么叫电容系数。
可能有认真的同学发现了电容的计算公式有一个1/2,为什么算CPU就没了。那是因为CPU的结电容有充电和放电两次,所以需要乘以二。
当然这个公式也只能算相对比较准的估算,实际的功耗还有其他的影响因素。
——————————————————————————————————————
上完物理课了,有了基础知识。现在我们就可以开始测量功耗。关于性能方面的测试这里就不多做了,毕竟网上一搜都有一大堆。如果我再去重复一次别人的实验,那么你们一定会把我当成复读机吧!

根据别人的评测结果,大致就是同频性能几乎相同在睿频机制和缓存延时上还是有一些进步的。
[img=415,236]blob:https://amd.team/b4fdf645-25fb-411e-9ce7-936d4b092006[/img][img=415,226]blob:https://amd.team/7f3ca0f7-5b05-419b-a10e-e984701809f4[/img]

这次测试用到的是分别是AMD的一代和二代锐龙,型号分别是1600、2600x、1700和2700,分别为六核与八核,也就是各位装机买的最多的型号。其中1700是我自己的,剩下的是免费帮人装机时顺便测的。
二代相比于一代,号称使用了全新的12nm工艺。不过在晶体管面积上1800X为192mm2,2700X为213mm2。面积不降反而增大了,这真的是新工艺吗?
64e0895768b006b5dcddafb1a67a84ff92a33368.jpg@1320w_990h.jpeg
后来在看了12nm的显卡之后我似乎明白了啥,面积居然是一样,这12nm一定是GF的“船新”算法。

如何测量CPU的输入功耗呢?
在电源的设计中,Intel就提出了严格的要求,CPU的12V必须独立出来。
主板的这个插槽就是单独给CPU的供电插槽。用电表打一下就会发现和其他12V不会导通。只需要简单接入一个电表就可以测得这部分输入的功率。
609e8ea625782ad11b905c928ffa05dbb50b1931.png@1320w_872h.png
为此我们需要制作一个专门用于测量功率的线。后来发现反正CPU的体质差距不小,不同主板的电压设置以及烤机时CPU的功率也不稳定,其实钳表的精度也够了。单独做线也麻烦。
连接方法参考初中物理书,电流表串联,电压表并联。
768dde81048bd04d2164afcb9aca385fc3f69e14.jpg@1320w_880h.jpeg
当然更准确的办法是接在主板的焊盘上,不过位置实在是太挤很容易发生短路。
电流检测:胜利VC9807A+
10abe97c2a721e6df14cb2389e884af67777ec42.jpg@1320w_984h.jpeg
电压监测还是使用的3457
0bf1e4ccce10a4b28755db6fa08588173296c383.jpg@1320w_742h.jpeg
测试平台如下,
电源是从伊拉克网吧捡来的
散热器AMD的幽灵
021504mvv6yovycu68voly.jpg
显卡:470D开核刷的570。
核心电压和频率查看:CPU-Z。
注意一下B350/X370有一个bug,在超频失败后,有可能出现BIOS显示超频成功,但是进系统发现超频失败,任务管理器依旧还是默频。这时候需要短路重置bios。所以每次进系统后一定要用CPU-Z看看是否超频成功。
烤机使用的是Aida**和Prime95
这里的电压是能完成十分钟烤机的最低电压,不过官方通常会在此基础上加上0.07V左右,从而保证稳定性。可能很多人注意到了电压不是线性增加而是阶梯状,毕竟Ryzen的电压调节是0.025V一个阶梯,也就是输入值的四舍五入。最高值的电压我是取的1.4-1.5,因为不同体质以及不同散热下测出来的结果会相差很大,不具备参考价值·。比如我在使用了液态氮的条件下,2700可以跑到5.0G,跟9900K都可以做到五五开。
测到的参数分别如下,在下面的图表中,红色表示默认的参数下的表现。总体表现非常好,根本算不上电老虎,不过频率相比于Intel还是低了不少。
1600.PNG

2600x.PNG

1700.PNG

2700.PNG

看这些数据表肯定不方便,那么我干脆做成图象。
1700 VS 2700.PNG


1600 vs 2600x.PNG

还有就是电压和频率的关系图,留给你们超频时参考的。对于2600X,电压低于1.2V就不能开机,2700是不能低于1.125v。应该是软件限制,毕竟低于整个值都不能开机,但是高于就可以长时间稳定工作。
通过对比可以发现,在相同电压之下1600比1700频率高0.1G,二代又比一代高0.2G。不过这个2600X的体质确实不怎么好,电压和2700都差不多。
频率电压图.PNG
测完之后,那些A黑一定很高兴:你看看1700标的是65w的TDP,实测都到80w了,虽然比Intel好一点,但还是充满了奸商本质。

实际上这个测得的值也不是真实的CPU功耗,因为电源提供的输入电压是12V,CPU工作的核心电压是1.2V左右,所以还需要乘以一个主板供电的转换效率。其中这个效率通常在80%左右。除去转换效率之后,实际功耗差不多64w,符合标称65w的TDP。
那么我们把这个实际的值列出一个表,看看AMD到底有没有虚标TDP。其中红色部分是实测到的功耗,另一部分是根据之前提到的公式计算出来的,电压也加上官方为保证稳定性的补偿值。毕竟有没有X的CPU的核心都是一样的,具体型号和频率也是厂家标称和设置的,和自己设置也是一样的,不过在体制上带X的普遍会好一些。说简单点就是带X的功耗会比不带X的超频更低。除非你的脸比较黑,比如这个2600X。

通过测试的结果我们可以发现,实测的功耗都低于TDP,也就是AMD并没有虚标,使用中的最大值确实就只有那么点,而且这还是包括了boost频率。相比于牙膏厂,AMD确实良心了很多。
功耗与TDP对比.PNG

功耗与TDP对比 图.PNG

最后我来解释一下这位朋友的功耗怎么来的。
我估计测试方法应该是单烤CPU,通过看功率插座得到CPU的功耗。这方法有不小的弊端,首先电源220V到12V有一个转换效率,金牌电源差不多90%,劣质的80%都不到。在低负载情况下,显卡和主板等其他硬件也是需要耗电的,这部分功耗约25W。
单烤R5 1600时大约100W输入,加上90%的电源效率和25W待机功耗,属于CPU的功耗是65w,和我测得的62w几乎一致。
R5 2600x以4.2G运行,输入140w,扣除其他硬件的待机功耗和电源效率,属于CPU的功耗101w。可能是我的这颗U体制实在是太差,电压很高,功耗已经143w了。
R7 2700X的全核心频率约为4.0GHz,我用2700超频至4.0GHz代替。170W的输入,加上90%的电源效率和25W的其他硬件待机功耗,算下来差不多128W,也和我测得的132w几乎一致。
看过上一期视频的人可能会主要到了,显卡存在一个两倍平均功耗的峰值功率问题,那么CPU会存在这个问题吗?
通过aida64我们可以发现单点FPU会很稳,如果三个全点就会出现抖动。P95则是全程都很稳定,其功率大概比Aida64高10%左右。
顺便提一下如果使用内置的软件录屏需要CPU抽出部分资源,这时候CPU的负载不会出现持续满载,有一些抖动。
CPU负载不稳定时,供电电路就会调节输出量。当负载突然增大时,供电中电容电压会降低,这时候供电电路就会瞬间提高输出值来补偿之前降低的电压。说通俗一点开车时突然遇到了上坡,然后发现速度跟不上,再这样下去就要熄火了。这时你的第一反应肯定是用力踏油门,然后车就会抖一下,这个抖动就是那个峰值脉冲。哎呀,我忘了,你们都把钱拿去买电脑了,哪里有钱买车啊,估计也只能在群里面开个车~~~~
相比与显卡,CPU的这个抖动值你们也别担心,预留10%基本上够,预留20%稳了,预留100%的大腿还有挂件不?
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一个公司的命运啊!当然要靠自我奋斗,但是也要用时间来证明。中国人通过近百年努力甩掉了“东亚病夫”的帽子,得到了全世界的认可。AMD通过自己的努力与奋斗,做出了高能耗比的锐龙系列CPU,现在我们也需要还AMD一个清白:锐龙系列CPU真不是大火炉。
最后有一件事我差点忘了。
ryzen.jpeg

今年下半年,三代锐龙处理器即将正式发售,核心部分用台积电的7nm工艺努力创造一个更强的处理器,功耗性能两开花。
屏幕快照 2019-04-30 下午10.08.22.png


ThreadRipper 2950X
256G ECC
Vega FE CF
AX1500i
Intel 750 1.2TB
以上配置不是我的

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发表于 2019-5-2 18:03:13 | 显示全部楼层
很真实
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发表于 2019-5-19 16:51:22 | 显示全部楼层
实测才是真理,况且又多少人买来以后会看电费花了多少泪
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