Basics Cooling CPU Motherboard Reviews System

AMD’s new Zen 4 CPUs for Socket AM5 – Temperature and power management of Raphael explained in detail | Exclusive

Disclaimer: The following article is machine translated from the original German, and has not been edited or checked for errors. Thank you for understanding!

The Power Management

The power management features allow the processor to deliver maximum performance and stay within the specified power supply and power consumption limits. The basic idea is to define only a small number of P-states visible to the operating system: a base P-state, a lower P-state, and a so-called 3rd P-state. Condition. However, the entire frequency range supported by the processor is defined by much finer-grained P-states (FGPS).

A combination of a PLL with 25 MHz resolution and a digital frequency synthesizer is used for this purpose. “Skin Temperature Aware Power Management” – STAPM for short – is AMD’s solution to keeping mobile devices at a comfortable operating temperature, and in this case, completely disabled.

It is important to note that certain power management features such as Package Power Tracking (PPT) can increase the power consumption of typical applications to beyond the TDP of the processor! This power limit, up to which the component can consume power beyond the TDP, is defined as the so-called PPT limit.

The PPT limit can be changed during runtime via the BIOS. Incidentally, it’s interesting how AMD handles passing defaults internally, as the BIOS (simplistically speaking) multiplies everything by 1.35 to set the new PPT limit. However, for safety, there are internal checks that prevent a PPT limit from being set that is higher than the default value. However, any PPT limit lower than the default PPT limit can be set.

 

Basics of power control (voltage transformer)

Here, too, a lot can be saved or, unfortunately, wasted in return. However, AMD has long set clear guidelines for optimizing the component selection and implementation of newly developed systems. In addition to considering what is active for each mode and what needs to be powered, the overall efficiency of the power distribution network also plays a very important role in the platform’s ability to meet these high-level requirements.

This also and especially applies to the introduction of the new AM5 platform. Of course, the highest possible power efficiency must already be taken into account in the design phase. Attempts to modify an existing platinum design in order to increase energy efficiency usually do not lead to the desired results. BIOS improvements alone also do not bring the maximum benefit. The greatest gain is only achieved if the hardware is designed with maximum efficiency in mind and the choice of components used takes all this into account.

AMD points out to avoid excessive levels (stages) of power conversion when generating partial voltages in order to maintain efficiency and not push the overall efficiency down too much. The topology of the power conversion must therefore be carefully examined in advance. The number and level of voltages as well as the current requirements for each of these rails must meet the requirements. If the current requirement is high, switching regulators must be used that are sufficiently high. The total number of stages in the current path should be limited to two, including the main input power supply, because each stage significantly reduces the overall efficiency of the final voltage supplied. Series connection of power supplies are therefore always extremely counterproductive. Exceptions here are only the reference voltages, which have to follow another voltage, or if the current is exceptionally low, for example.

Efficiencies and power supply

The efficiency of the system can not be higher than the efficiency of the installed power supply in the computer, that is of course logical. It must be large enough to provide stable power to all peripherals and expansion cards to be connected, but must not be so large that efficiency drops off in a typical system configuration due to insufficient load. All power supplies have efficiency curves and if the current load is zero, then the efficiency is also zero.

Most current PC power supplies offer their maximum efficiency at a load of over 80%. Another important area for power supplies with multiple outputs is the effect on overall efficiency when the individual outputs are loaded differently (crossload).  The power supplies have three operating ranges:
– Underloaded
– Properly loaded
– Overloaded

AMD provides an example of the power efficiency curves showing the three areas. An extreme case is when the load current is zero, since the efficiency is also zero.

Even if I always get beaten up when I write about the sense or rather nonsense of very heavily oversized power supplies – it hardly makes any sense in total, since the systems almost never run constantly at full load and the curve thus always shifts into the area of too small loads.

Summary

It is difficult to break down many of the important details to a common denominator that even an end user can relate to. For the typical PC user and self-builder it is in any case first of all interesting how AMD defines and uses the value for Tctl (although the junction temperatures are certainly much higher) and one also protects the end user from panic with normalized values. And it is also a uniform size for all TDP classes to realize cross-class regulation (fan) and control.

The explanations about thermal management should give the user a certain feeling of security today, because a CPU does not “burn out” so easily anymore, those times are gone, thank God. The small excursion to Tcase shows by the way that one should rather not orient oneself at this value. The power management confirms once again what we already know from Zen 3, up to the fine gradation of the FGPS and thus also the very variable clock rates.

The part with the power supply (power supply, motherboard) I have included for a good reason, because I had already observed some efficiency failures in some motherboard tests in the past. You should never forget that AMD’s processors are real SoCs and you can’t easily compare the performance values with those of Intel, especially at idle. In the branch of the CPU (EPS) hang now once more function groups.

I hope it wasn’t boring, nor too complex. Much of what AMD writes about Raphael we already know in this or a similar form. However, it’s also reassuring to know that AMD is continuing on the same path, so you already know roughly what to expect on these points. So you won’t have to do any serious rethinking, and that’s a good thing.

Sources: AMD, Intel (via leaks)

 

Kommentar

Lade neue Kommentare

T
Toacon

Veteran

340 Kommentare 133 Likes

@Igor Wallossek, du bist das Licht am Ende des Tunnels ;)
Danke für die Erläuterung.

Antwort 2 Likes

Martin Gut

Urgestein

7,776 Kommentare 3,572 Likes

Dank Igor für die Erklärungen. Es gibt immer wieder etwas neues zu lernen.

"Der kleine Exkurs zu Tcase zeigt übrigens, dass man sich an diesem Wert eher nicht orientieren sollte."
Zu Tcase sollte man auch immer erwähnen, dass die Temperatur oben auf dem Deckel der CPU gemessen wird. Dort hat ein Prozessor keinen Sensor und wird im normalen Betrieb nicht gemessen. Der Wert ist somit mit keinem der auslesbaren Werte vergleichbar die in der CPU gemessen werden. Dieser Wert wird von Kühlerherstellern verwendet um zu prüfen ob ein Kühler eine CPU genügend kühlt. Dafür macht man in der Mitte des Kühlers ein Loch und bringt dort einen Temperatursensor an dieser Stelle an. Wenn der Kühler den Prozessordeckel unter Tcase halten kann, dann sollte die Prozessortemperatur im Inneren auch nicht zu hoch werden und der Kühler erfüllt die Anforderungen.

Tcase ist Tctrl abzüglich der erwarteten Temperaturdifferenz innerhalb der CPU (zwischen Deckel und Sensoren auf Prozessorkernebene). An den Werten von Tcase sieht man, wie eine hohe Temperaturdifferenz der Prozessorhersteller erwartet. Bei den meisten Prozessoren sind das zwischen 30 und 40 Grad. Bei der neuen TDP-Klasse von 170 Watt sind es aber anscheinend über 50 Grad Temperaturdifferenz innerhalb der CPU. Es stellt schon sehr hohe Anforderungen an eine Kühlung, den Deckel immer unter 46.7 Grad zu halten. Auf dem CPU-Deckel kommt die Wärmeleitpaste, die auch noch ein paar Grad Temperaturdifferenz bewirkt. Der Kühlerboden muss also deutlich unter 46.7 Grad sein. Auch mit einem sehr grossen Luftkühler wird das schwierig. Bei einer Wasserkühlung muss die Wassertemperatur deutlich unter diesen 46.7 Grad liegen. Die Wassertemperatur ist die Temperatur, die Tcase am nächsten liegt und am ehesten vergleichbar ist. Bei einem Luftkühler hat man wirklich keinen Messwert, der vergleichbar wäre.

Intel hat früher auch immer Tcase für die Prozessoren angegeben. Viele haben dann versucht, ihre ausgelesene Prozessortemperatur darunter zu halten und hatten Angst wenn die angezeigte Temperatur Tcase nahe kam. Die Abregelungstemperatur lag aber schon damals bei 100 - 104 Grad, so dass man sich unnötig Sorgen gemacht hat, wenn man sich an Tcase orientierte.

Antwort 1 Like

Klicke zum Ausklappem
Igor Wallossek

1

10,193 Kommentare 18,806 Likes

Ich schrieb doch nicht anderes:
Das mit der Mitte ist leider standardisiert, entspricht aber nicht den Gegenheiten des asymmetrischen Designs bei den Ryzen-CPUs. Insofern ist der ganze Ansatz von Tcase eigentlich überarbeitungswürdig. Es gibt zur Kühlung ja noch weitere Details, aber das wird für die Masse echt zu verwirrend. Außerdem hatten wir ja schon einen Artikel zum Sockel und den Kühlern ;)

Antwort 1 Like

Martin Gut

Urgestein

7,776 Kommentare 3,572 Likes

Ich wollte es nur hervorheben/ergänzen und nicht korrigieren. :)

Antwort Gefällt mir

Graf_Wessi

Mitglied

22 Kommentare 10 Likes

Ich glaube da wirds nachher wieder einen Artikel bei der PCGH geben für den die Quelle "IgorsLab" sein wird... Schade dass ich da (PCGHMüllKlickbaitRechtschreibfehlerinkl) fürs kritisieren des ÖRR samt IP gesperrt wurde, sonst würde ich da gern wieder mal meinen Senf zu bei geben...

Antwort Gefällt mir

ro///M3o

Veteran

345 Kommentare 239 Likes

…ahhhhh ich bin zu alt für diesen Schei…, Kram. Ich sagte Kram… 😜
Super erklärt mit, wie immer, zusätzlichen wichtigen Infos. Vielen Dank 👍🏼
Bin sehr gespannt auf die neue Plattform. Rate meinen Freunden auch erst einmal die Füße still zu halten. Ende dieses Jahres und Anfang nächstes Jahr wird ne Menge Neues (hoffentlich auch Tolles) kommen 😁👍

Antwort Gefällt mir

Graf_Wessi

Mitglied

22 Kommentare 10 Likes

Hmmm, ich wette die Teile werden teurer. Selbst bei X Fahrzeugherstellern etc. gibts Chipknappheiten. + Co2 Steuer, Inflation etc. wirds nicht besser werden. Gewöhnt euch dran.
Wie sagte Klaus Schwab es nochmal? "In der Zukunft wird jeder fast nichts mehr besitzen und trotzdem glücklich sein."?!

Zeitungsartikel -Epoch Times: „Great Reset“: „Im Jahr 2030 werden Sie nichts besitzen und glücklich sein“

Erinnert sich eigentlich noch jemand an das Buch "Brave new world" von Aldous Huxley?!

Ps. Aktuell streiken in (Teilen von?) Australien anscheinend auch die Lieferanten für Ware aus Asien. Könnte auch noch mal ein Faktor sein.

Antwort 1 Like

ro///M3o

Veteran

345 Kommentare 239 Likes

Das ist sicher dass das neue Zeug teurer wird aber falls man eh ein neues System braucht und der Aufpreis im Verhältnis nicht all zu krass ist, hat man so eine neue Plattform mit mehr Upgrademöglichkeiten für die Zukunft. Man muss nicht das absolute High End haben und ich bin mir sicher, dass vergleichbare Leistung ziemlich gleich kosten wird wie die aktuelle High End (z.B. jetzige High End = neue obere Mittelklasse > Entsprechend ähnlicher Preis aber mit aktueller Technik + Zukunftssicherer). Paar Euro hin oder her, geschenkt.
AM4 und Intel Pendant haben halt ihr EOL bald erreicht. Das kauft man zu diesem Zeitpunkt nicht mehr wirklich neu ohne beträchtliche Rabatte (z.B. Black Friday) als Privater „ohne Druck“. Wenn man es dringend braucht, ist was Anderes.
Zu dem gibt es auch den Gebrauchtmarkt falls man doch die aktuelle Generation später nehmen möchte. Da setze ich auch auf die sehr zuverlässige Gier der Menschheit immer das Neueste und Beste zu besitzen auch wenn man es nicht braucht und drum hoffe ich auf gute Preise im 2nd Hand Markt.
Mir ist auch klar, dass das eben nicht jeder so mag und macht weshalb der Spruch von Klaus Schwab seine Berechtigung haben mag aber man kann sehr wohl sehr viel und auch geiles Zeug besitzen wenn man nicht immer „ neu neu neu“ kaufen muss und sich auch mal selbst bemühen kann neues zu lernen, Zeit zu investieren und bissle zu basteln 😁.

Antwort 1 Like

Klicke zum Ausklappem
Graf_Wessi

Mitglied

22 Kommentare 10 Likes

Joar, sehe ich ähnlich. Habe vor einigen Monaten erst von 3600 und x470 MB auf B550 + 5600x & 6700xt gewechselt. (5600x für 225€ geschossen) Freundin bekam dafür neues (selbes wie ich) B550 AORUS ELITE V2 und meinen 3600 drauf. Somit ist ihre 5500XT dank PCI-E4 nicht mehr gedrosselt und meine alte Hardware (Sabertooth z97 + Xeon 1231v3 16GB Ram) habe ich einem alten Freund aus dem Heim aus Jugendzeiten geschenkt, denn er ist leider nie über seine Trauma hinweggekommen und hat absolut keine Kohle gehabt um seinen alten Intel 2500 abzulösen. Und wir jammern hier wegen der neusten Hardware rum... :D :D :D #Dekadenz

Antwort 1 Like

G
Guest

Tcase ist vor allem ein Wert der für Kühlerhersteller wichtig ist, nicht fürs Tjmax der CPU oder Cores an sich. Es ist eine Art Maximalwert für den Kühleraufbau, vor allem was OEMs betrifft (ambient und sink spielen dabei auch eine Rolle). Letztlich wird er offiziell nie als max beziffert, sondern ist ein Durchschnittswert. Die tatsächlichen Werte behalten CPU Hersteller für sich.

Für die CPU Hersteller spielt Tcase dann eine Rolle, wenn es darum geht, dass das TIM die optimale Verbindung und damit Leitfähigkeit zwischen IHS und Silizium herstellt. Anhand dieser Parameter lassen sich also auch Serien selektieren oder Ausschuss bzw. Serienstreuung aus-/sortieren.

Daher stammt auch das gerüchteweiser innerhalb der Silikonlotterie jemand ein besonders taktfreudiges Die erwischt. Daran muss es aber gar nicht liegen, sondern am TIM und damit Tcase, die mit Tjmax letztlich nichts zu hat. Was ja zuweilen köpfen auch beweist.

Antwort Gefällt mir

e
eastcoast_pete

Urgestein

1,473 Kommentare 830 Likes

Ich nehme einfach mal an, daß die eher aggressive Temperatur Regulierung bei Intel, gerade auch bei Alder Lake, auch nötig ist, damit die sehr kurzfristigen, aber heftigen Exkursionen im Power Draw (um die 225 W oder so für ein paar Mikrosekunden) sich doch nicht so summieren, daß es dem Chip zu heiß wird. Wird interessant, ob das dann auch zu einer nervösen Lüftersteuerung führen wird. AMD geht hier wohl andere Wege.

Antwort Gefällt mir

M
MoGas

Mitglied

24 Kommentare 13 Likes

@Igor Wallossek
Der Bequiet Banner liefert CMS_MSG_404

Antwort Gefällt mir

o
odd

Mitglied

29 Kommentare 10 Likes

Ich hätte mal eine Frage an die Experten hier.
Könnte man im I/O chip ein Teil für ein FPGA reservieren? Wäre es möglich sowas als GPU zu programmieren oder als AI Kerne?
Durch ein Switch im Bios dann auswählen was man benötigt, und dieser lädt das entsprechende Programm oder wie sich dass nennt beim nächsten Neustart. Damit wäre AMD äußerst flexibel. Oder ist das zu teuer oder geht nicht?
Ich meine AMD hat noch keine AI in ihren Kernen. inzwischen bringt jeder neuere Arm Prozessor sowas mit und Intel im Rocket Lake anscheinend auch.
GPU Kerne im Chiplet macht mMn nicht soviel Sinn.
Gruß odd

Antwort Gefällt mir

Danke für die Spende



Du fandest, der Beitrag war interessant und möchtest uns unterstützen? Klasse!

Hier erfährst Du, wie: Hier spenden.

Hier kannst Du per PayPal spenden.

About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

Follow Igor:
YouTube Facebook Instagram Twitter

Werbung

Werbung