CPU Throttling — что это: как эта технология работает?

Опубликовано 21.01.2020 автор Андрей Андреев — 0 комментариев

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня мы с вами обсудим CPU trottling: что такое, зачем он нужен и как это работает. А также как отключить эту функцию и нужно ли. В предыдущем посте мы говорили о том, что такое CPU frequency, кстати рекомендую почитать.

Что такое троттлинг процессора и зачем он нужен

Эта технология чаще используется в планшетах и смартфонах и гораздо реже в настольных ПК и ноутбуках. С данным явлением сталкивалось большинство юзеров, часто не обращая на него внимания.

Троттлингом, что переводится как «дросселирование», называется принудительное ограничение мощности процессора — снижение тактовой частоты или пропуск тактов. Делается это при чрезмерной нагрузке на чип для защиты от перегрева. Как вы знаете, ЦП создается на кристаллах кварца, которые очень чувствительны к повышению температуры.

Механизм включается, если нагрузка на «камень» становится чрезмерной и система охлаждения уже не успевает отводить тепло в должной мере. Главная задача троттлинга — страховка от повреждения дорогого компонента.

Иногда компьютер попросту отключается с сообщением «Overheating detected». Что это значит? То, что даже механизм троттлинга не справляется с чрезмерным нагреванием детали. Компу нужно не просто остыть: необходимо уже что-то делать с системой охлаждения, так как она не справляется с такой нагрузкой.

Можно ли отключить

Можно, ну лучше этого не делать. Перед тем как убрать эту опцию, следует помнить, что без проверки степени нагрева ЦП становится эдаким «самоубийцей», работающим на износ. В случае перегрева ничто не убережет дорогую деталь от выхода из строя.

Не помогут и специализированные утилиты для слежения за параметрами компа — например, AIDA64 или Speccy. Такие программы только проверяют параметры работы ЦП, но не влияют на них и в случае опасности никаких экстренных мер не предпримут.

Единственное, что может в таком случае пользователь — мониторить работу компьютера и отключить его при перегреве. Метод ненадежен, так как это не всегда можно заметить вовремя.

Также не рекомендуется проводить thermal test, то есть температурный тест, чтобы проверить, как работает троттлинг. В случае, если такой механизм реализован плохо, вы рискуете выходом процессора из строя.

Как убрать троттлинг

Первый способ, к которому я не рекомендую прибегать, заключается в отключении слежения за процессором в настройках в BIOS. Как сказано выше, без проверки температуры компонентов существенно возрастает риск выхода их из строя.

Второй способ — бороться с перегревом, чтобы ограничить вероятность срабатывания троттлинга. В этом случае нужно наладить нормальную работу системы охлаждения — почистить от пыли все кулеры, поставить дополнительный, обеспечить нормальную циркуляцию воздуха внутри корпуса.

Владелец ноутбука может воспользоваться специальной охлаждающей подставкой, оборудованной дополнительными кулерами. Также не забывайте о регулярной замене термопасты. Это нужно выполнять не реже одного раза в год.

Для вас могут быть полезными публикации «Что такое техпроцесс» и «Что важнее —частота или количество ядер ЦП». Буду признателен, если вы расшарите этот пост в социальных сетях. До скорой встречи!

С уважением, автор блога Андрей Андреев.

Исследуем функционирование механизма Thermal Throttling в процессорах Pentium 4 с ядрами Northwood и Prescott

Мы неоднократно затрагивали тему снижения быстродействия процессоров Pentium 4 при перегреве (интересующиеся могут почитать архивные материалы «Тепловой режим процессоров Pentium 4 и Athlon XP» и «Разгон Intel Pentium 4 1,6A ГГц: мифы и факты влияния Thermal Monitor на производительность»). Но по-прежнему ходят самые разные мифы о Thermal Monitor и собственно технологии Thermal Throttling (это самое снижение). Поэтому, не углубляясь в теорию (ее с избытком хватает в указанных выше статьях), мы решили обновить свои практические знания в этой области. Для этого мы произвели очень простой эксперимент с двумя топовыми процессорами Pentium 4 3.2 ГГц на различных ядрах (Northwood и Prescott): отключили питание вентилятора на кулере при загрузке процессора в 100%, и отследили рост температуры и падение производительности во временной перспективе. Данный материал является отчетом о проделанном эксперименте и его результатах.

Тестовые стенды

• Процессоры:
  • Intel Pentium 4 3.2 ГГц (Northwood)
  • Intel Pentium 4 3.2E ГГц (Prescott)
• Материнские платы:
• Память:
  • 2×512 МБ PC3200 DDR SDRAM DIMM TwinMOS (тайминги: 2-2-2-5)
• Видеокарта: Manli ATI Radeon 9800Pro 256 МБ
• Жесткий диск: Western Digital WD360 (SATA), 10000 об/мин
• Кулер: Thermaltake SPARK 6 (медный радиатор, 5500 об/мин)
• Термопаста: КПТ-8.

Для достижения 100% загрузки процессора (точнее, обоих виртуальных CPU, т.к. использованные нами Pentium 4 поддерживают технологию Hyper-Threading), использовался подтест CPU Stability из последней версии тестового пакета CPU RightMark т.к. он позволяет динамически отслеживать производительность процессора. Напомним, что частота работы ядра у Pentium 4 при включении Thermal Throttling не меняется , поэтому отслеживать следует именно производительность! Для измерения температуры, дабы не мудрствовать лукаво, и не завязываться на утилиты от конкретных изготовителей системных плат, была использована достаточно популярная программа Motherboard Monitor версии 5.3.6.0, окно которой («Dashboard», пользуясь терминологией авторов) было выведено рядом с окном CPU Stability Test (или даже поверх него).

Отдельно остановимся на выборе системной платы. Желая смоделировать типичный случай, мы специально взяли такую модель, которая не содержит в BIOS Setup функций управления Thermal Throttling. Т.е. была воспроизведена ситуация, когда контролировать процесс вручную возможности нет, и все работает в соответствии с установками по умолчанию. Тестирование

Дальнейшее повествование мы построим самым логичным для рассматриваемой ситуации образом: в виде скриншотов, иллюстрирующих стадии эксперимента в той последовательности, в которой все происходило в реальности, и комментариев к ним.

Pentium 4 3,2 ГГц «Northwood»

Исходное положение: система загружена и была в состоянии полного покоя в течение 10 минут. Температура «за бортом» 22 градуса, корпус тестового стенда открыт. Как легко заметить, температура процессора составляет 34 градуса Цельсия.

Запущен RightMark CPU Stability Test, время, приблизительно, 5 секунд после старта. Температура выросла на 8 градусов, в окне программы начал отрисовываться график производительности. График условно можно назвать гладким.

Заметим, что мы отключили в опциях Stability Test самый неточный из всех способов определения производительности — Multimedia Timer, оставив только графики Performance Counter и Time Stamp Counter. Если присмотреться, то на скриншоте можно увидеть зеленую линию Multimedia Timer на уровне нуля по оси Y (нуля — поскольку он отключен). Также можно заметить, что две линии — красная Time Stamp и желтая Performance Counter, практически слились в одну.

6 минут после старта теста. Температура процессора окончательно стабилизировалась и составляет 50 градусов (время от времени возникают кратковременные всплески до 51-52 градусов). Линия графика ровная — производительность не меняется, Thermal Throttling (в дальнейшем — просто «троттлинг») не задействован.

После снятия скриншота (это, как-никак, еще одна дополнительная нагрузка на процессор, помимо создаваемой тестовым пакетом), график стал периодически незначительно «скакать». Однако вряд ли это троттлинг, скорее в определение производительности программой RightMark CPU Stability Test начали вмешиваться другие процессы, параллельно выполняющиеся в системе. Все-таки достигнуть идеальной стабильности результатов программных измерений в многозадачной ОС практически нереально. Мы приводим этот скриншот в основном для тех, кто захочет повторить наши эксперименты, чтобы они не пугались подобных всплесков — это нормально.

Состояние через минуту после отключения питания вентилятора на кулере. Температура выросла на 20 градусов (обратите внимание — для этого понадобилась целая минута работы CPU при 100% загрузке с остановившимся вентилятором!). Троттлинг не включается — процессор все еще пытается удерживать производительность на номинальном уровне.

Минута и 7-10 секунд после отключения питания вентилятора. Температура выросла еще на 4 градуса, и процессор начинает постепенно «сваливаться» в троттлинг. Обратите внимание на два первых зубца на графике — робкие попытки вернуться к нормальному состоянию все же наблюдаются, но проходят довольно быстро.

Типичная картина сваливания в троттлинг. Этот скриншот снят в другой итерации т.к. снятие предыдущего скриншота сильно «расплескало» график. Впрочем, временные интервалы и температуры все равно повторяются с довольно высокой точностью — плюс/минус 3-4 секунды и 1-2 градуса. В общей сумме, от начала сваливания в троттлинг до завершающего этапа (производительность замирает примерно на 50% от номинальной) проходит примерно 20-25 секунд. «Полный троттлинг» наступает при температуре процессора приблизительно 80 градусов.

Температура продолжает расти, график производительности стабилизировался. Самое время дождаться, что будет дальше, однако мы проведем перед этим еще один эксперимент: снова включим вентилятор…

Этот скриншот, опять-таки, снят не в процессе того же эксперимента, что и прошлый, однако суть от этого не меняется — нам нужно лишь увидеть процесс выхода из троттлинга и засечь время. Northwood тратит на это около 5-7 секунд, возвращаясь к нормальной производительности так же «ступенчато», как и спускался вниз. График стабилизируется при той же температуре, при которой мы наблюдали стабильную работу без троттлинга с выключенным вентилятором — около 70 градусов.

Вот и обещанный апофеоз: пара секунд до полной «смерти» системы, 94 градуса. В нашем случае (22 градуса в помещении, открытый корпус), троттлингу не удалось спасти процессор от перегрева, возник thermtrip, и процессор вместе со всей системой ушел в shutdown. Оставаясь при этом в живых, естественно. И это нельзя назвать случайностью, поскольку мы намеренно доводили наш тестовый стенд до такой ситуации раз 10 подряд. Температура «последнего вздоха» в случае с Pentium 4 3,2 ГГц Northwood колебалась в районе от 94 до 98 градусов по показаниям Motherboard Monitor.

Pentium 4 3,2E ГГц «Prescott»

Первое различие сразу бросается в глаза: температура покоя у Prescott в нашем случае составила 50 градусов (против 34 у Northwood). Разумеется, это всего лишь наш случай , однако, учитывая то, что кроме процессора на стенде ничего не менялось, данные цифры позволяют, как нам кажется, сделать вполне корректный вывод о величине относительной разницы между температурными режимами Prescott и Northwood.

Около 5 секунд после старта теста. Температура растет еще стремительнее, чем в случае с Northwood — практически, со скоростью 2 градуса за секунду.

А вот стабилизировалась она на 76 градусах, что также намного больше, Northwood’овских 50. Сравним: 34 покоя против 50 при 100% загрузке на Northwood: 47% прироста температуры. Prescott: 50 против 76 — 52%. Не то что бы очень большая разница, однако все-таки она есть, и снова не в пользу Prescott.

После снятия скриншота на графике опять начинают появляться характерные зубцы, но намного более глубокие и частые. И вот здесь уже труднее определить, о чем они свидетельствуют — о вмешательстве ли посторонних процессов, или о первых намеках на троттлинг. Почему? Во-первых, потому что зубцы намного более глубокие и примерно соответствуют 50%-ной потере производительности. А во-вторых — читайте следующий комментарий.

Итак, мы отключаем питание вентилятора. Уже через 5-6 секунд температура возрастает примерно до 80 градусов, и начинается «скачущий троттлинг» — производительность то резко падает, то опять столь же резко возвращается к номинальному значению. Совершенно не похоже на более-менее плавное падение, которое мы наблюдали в случае с Northwood. И — обратите внимание: если порог между нормальной рабочей температурой и началом троттлинга у Northwood составляет 74/50~=48%, то в случае с Prescott это всего лишь 80/76~=5%.

Всего 5% разницы между нормальной температурой при 100% загрузке и порогом, на котором начинает срабатывать троттлинг! Соответственно, мы можем также констатировать, что по времени между остановкой вентилятора и возникновением первой аварийной ситуации, Prescott обогнал Northwood на целую минуту.

Еще 6-8 секунд — и процессор окончательно уходит в глухой троттлинг при температуре около 88-90 градусов. В принципе, кривую снижения производительности можно с большой натяжкой назвать плавной (в целом, так сказать), однако амплитуда колебаний намного больше, чем в случае с Northwood.

Кстати, сделаем небольшое разъяснение по поводу постоянно мелькающих в тексте «около», «приблизительно» и прочих синонимов, обозначающих отсутствие абсолютной точности. Дело в том, что приводить все скриншоты, полученные в процессе тестирования, никакого смысла нет — они примерно одинаковы. Поэтому мы ограничиваемся одним, наиболее характерным. А вот возможные интервалы значений, указанные в тексте статьи, базируются на данных нескольких реально проведенных однотипных экспериментов.

Включение вентилятора. Первое отличие от Northwood: примерно в течение 4-5 секунд не происходит вообще ничего. На графике это «ничего», понятное дело, увидеть невозможно. И только после этого температура достаточно резко (3-4 секунды) снижается до 85-83 градусов, и начинаются попытки выхода из троттлинга. Сам выход выглядит так же пилообразно, как и вход (снова вспомним достаточно плавную кривую на Northwood).

Приблизительно 30 секунд после включения вентилятора соответствует левой части графика (т.е. самой ранней). Видно, что даже после того, как график производительности в целом стабилизировался, его временами довольно сильно лихорадит. Продолжается это приблизительно 2 минуты.

…После чего мы снова возвращаемся к температуре 76-77 градусов, и график становится ровным. Выход из троттлинга полностью завершен, рабочая температура примерно такая же, как и до выключения вентилятора.

«Final Cowntdown» (C) Europe. Система с процессором Prescott аварийно завершает работу при несколько большей температуре, чем Northwood. Максимум для Northwood в нашем случае составил 98 градусов, Prescott же иногда доживал до 105, и никогда не выключался при температуре менее 101 градуса.

Выводы

Итак, обобщим результаты наших экспериментов:

1. Механизм Thermal Monitor / Thermal Throttling в процессорах Pentium 4 на ядрах Northwood и Prescott присутствует, и функционирует в точности так, как он должен функционировать согласно документации производителя. Впрочем, как говорится, кто бы сомневался…
2. Безусловно, полученные данные в плане абсолютных значений временных интервалов и некоторых температур, вряд ли могут быть применены к любой системе, ввиду различий в аппаратной части (частота процессора, связка кулер + термопаста, модель системной платы, температура окружающего воздуха, открытость / закрытость корпуса). Однако механизм функционирования самого троттлинга и закономерности его работы экспериментально выяснены (подтверждены).
3. Гипотеза о том, что троттлинг может «вытянуть» любую систему в любом случае и предотвратить срабатывание аппаратного shutdown, не выдержала проверки. При стандартном значении снижения производительности (порядка 50%), этой меры иногда не хватает, чтобы предотвратить перегрев CPU, после которого следует автоматическое выключение с целью предотвратить его выход из строя. С другой стороны, пороговое значение температуры нам уже известно, поэтому основное направление работы над системным блоком — не допустить, чтобы оно было достигнуто. Грамотная вентиляция, корпусные кулеры… или, в конце концов, выставление более жестких опций троттлинга в BIOS Setup системной платы, если эта управляющая функция предусмотрена ее производителем.
4. А вот сжечь процессор Pentium 4 с помощью остановки кулера (при наличии на CPU грамотно установленного радиатора с термопастой), похоже, то ли очень сложно, то ли вообще невозможно. По крайней мере, нам не удалось это сделать. И это притом, что температура в районе 100 градусов для такого сложного устройства — довольно серьезная угроза, тем более, когда она воздействует на CPU в течение отнюдь не микросекунд…
5. Тепловой режим, в котором работают процессоры на ядре Northwood — гораздо более гладкий и щадящий, чем в случае с Prescott. Однако следует учесть то, что производитель (Intel) особенно не скрывает данного факта, апеллируя к необходимости тщательного подхода к организации системы охлаждения и ее более высокой «прецезионности». Иными словами, работа на грани троттлинга, по сути, декларируется как совершенно нормальное для Prescott явление, а задача интеллектуальной системы охлаждения как раз и состоит в том, чтобы в любых нормальных условиях процессор не переходил эту грань.
6. В целом, технология Thermal Monitor / Thermal Throttling заслуживает похвалы. Даже как отдельно взятая технология, без учета всего остального. Сама идея, состоящая в том, чтобы в случае внештатной ситуации сначала попытаться приостановить (или хотя бы замедлить) рост температуры, а потом уже, в случае необходимости, применять крайнюю меру — остановку процессора и отключение питания системы, выглядит более изящно и логично с инженерной точки зрения, чем просто остановка процессора по достижению им определенной температуры.

Троттлинг процессора или почему падает производительность

Троттлинг (от английского throttling) представляет собой механизм защиты процессора от термических повреждений при перегреве системы. Чем выше температура действует на микропроцессор, тем больше машинных тактов он пропускает. Такты пропускаются, соответственно снижается эффективность и производительность – это и есть троттлинг процессора.

Стоит отметить, что у каждого компьютера, работающего на процессоре Intel, температура срабатывания данного механизма защиты индивидуальная – на одном ноутбуке это может быть 70 градусов, на другом — 100. При этом в некоторых устройствах этот параметр можно самостоятельно переопределить в BIOS.

Предположим, у нас есть процессор Pentium 4 с ядром Northwood. При полном покое рабочая температура «камня» составляет всего 34 градуса. Запустив тестовую утилиту CPU Stability Test, нагрузим процессор до 100% — температура поднимается до 50 градусов. Чтобы показать, как работает троттлинг процессора, можно отключить вентилятор системы охлаждения. После этого действия при 100% нагрузке температура мигом поднимается до 75 градусов и постепенно растет.

Достигнув отметки 82 градуса, на нашем Pentium 4 Northwood включается троттлинг, сначала сильными скачками, а затем более плавно производительность снижается. Этот процесс виден на скрине ниже. После возвращения температуры в разумные рамки, процессор выходит из троттлинга и продолжает работать в штатном режиме.
Механизм Thermal Throttling в интеловских процессорах заслуживает внимания и права на существование. Конечно, технология не вытянет систему в рабочее состояние при отказавшем вентиляторе или других форс-мажорах за счет снижения производительности, однако она имеет другое преимущество. Что обычно происходит при перегреве системы? Срабатывает аппаратный shutdown, то есть при достижении критической температуры происходит остановка процессора и отключение системы питания. Технология троттлинга процессора выглядит более изящно – в случае внештатной ситуации система не следует жесткому правилу остановки, а пытается нормализовать работу через приостановку роста температуры, и лишь на втором плане у нее стоит крайняя мера — выключение.

Что такое троттлинг процессора на ПК и можно ли его отключить?

1. Что такое троттлинг процессора?
2. Можно ли отключить троттлинг?
3. Как бороться с троттлингом процессора?

Во время работы компьютера можно заметить резкое снижение производительности. Особенно это заметно, когда запущено 2-3 мощные программы, например, видеоредактор и утилита для обработки фотографий. Одна из причин снижения производительности — перегревание процессора. Когда повышается температура ЦП, запускается защитный механизм. Он называется троттлинг.

Что такое троттлинг процессора?

Троттлинг — специальный механизм, который защищает процессор от термических повреждений. Он снижает температуру ЦП, тем самым уменьшая риск выхода чипа из строя.

Чтобы уменьшить нагрев и дать возможность чипу выводить тепло, начинается процесс пропуска машинных тактов (когда процессор достигает определенной отметки температуры). Чем больше тактов пропущено, тем медленнее работает система.

Показатели температуры, при которых начинается троттлинг, могут быть разные. Например, на одном компьютере с процессором Intel, защитный механизм может запуститься при достижении отметки 70 градусов. Другая модель ЦП может работать до 100 градусов и только после преодоления этого порога начинается троттлинг.

Когда процессор достигнет критической отметки температуры, компьютер отключится в принудительном порядке. Это нужно, чтобы чип не сгорел от перегрева.  Критическая температура — максимально возможное значение температуры работы кристалла. В процессоре есть термодатчики. Они измеряют температуру ЦП. Посмотреть показатели можно с помощью сторонних программа (AIDA64) или через BIOS.

Можно ли отключить троттлинг?

Отключить троттлинг можно, но делать это крайне не рекомендуется. Если отключить защитный механизм процессора от термических повреждений, чип быстро выйдет из строя. В этом случае владельцу ПК предстоит дорогостоящая замена ЦП, так как отремонтировать старый не получится.

Несмотря на возможные последствия, некоторые пользователи деактивируют троттлинг. В разных версиях BIOS Legacy и UEFI есть опция, которая отключает защитный механизм процессора. Для этого нужно изменить показатель критической температуры чипа.

В BIOS этот пункт называется «CPU Warning Temperature». По умолчанию может быть установлена отметка 70 градусов — после этого запускается троттлинг. Изменив этот параметр на более высокий показатель, можно отключить троттлинг.

Еще один вариант — использование программы ThrottleStop. Утилита бесплатная. Установка не требуется — достаточно скачать и распаковать архив на ПК. В софте есть разные опции, которые позволяют ограничить троттлинг. Рассмотрим их более подробно:

• Clock Modulation, Chipset Modulation. Этот параметр дает возможность ограничить троттлинг процессора, если он инициирован материнской платой или самим ЦП. Если исправить базовые значения, то можно повысить производительность работы чипа — при достижении определенной отметки нагрева, процесс пропуска машинных тактов не запустится. При этом, есть серьезный риск критического перегрева ЦП.
• Turbo Boost. В некоторых случаях этот режим помогает ограничить троттлинг. Он увеличивает тактовую частоту процессора, если начинается принудительный пропуск тактов.
• C1E. Если активировать эту опцию, то производительность процессора будет снижаться только когда компьютер находится в состоянии бездействия. В обратном случае, чип работает на максимальной мощности.

Как бороться с троттлингом процессора?

Самый эффективный способ борьбы с троттлингом процессора — обеспечение оптимального режима охлаждения. Пользователи ПК должны следить за тем, чтобы процессор не перегревался. Для этого нужно чистить кулеры от скопившейся пыли и периодически менять термопасту на ЦП. Чтобы отслеживать показатели температуры чипа, необходимо пользоваться дополнительным программным обеспечением — например, Core Temp или CPU-Z.

Когда температура достигает критической отметки при повышенной нагрузке на систему, значит пришло время замены термопасты. В обратном случае снова начнется троттлинг.

Остались вопросы, предложения или замечания? Свяжитесь с нами и задайте вопрос.