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Low-Power-CPU: Undervolting von Prozessoren selbst gemacht

14:41 - 01/07/2009 von Patrick Schmid, Achim Roos

Wussten Sie, dass die Leistungsaufnahme eines PCs durch die Anpassung der CPU-Spannung um ganze 35 W reduziert werden kann? Wir haben für Sie nach den höchsten stabilen Undervolts für Core 2 Quad und Phenom II X4 gesucht.

Anwender sind bei Prozessoren und Übertaktungsmöglichkeiten mittlerweile immer auf dem neuesten Stand: Wie schnell können bestimmte Prozessoren wirklich sein? Welche Spannung brauche ich dafür? Was ist die beste Kühllösung? Während man per Übertaktung bereits die CPU-Performance von Prozessoren der kommenden Generation erreichen kann, ist es normalerweise ebenfalls möglich, einen Prozessor zu undervolten, um dadurch die Effizienz zu verbessern – ohne dabei Hand an Performance zu legen.

Spannung, Taktrate und Leistungsaufnahme

Während die Taktrate der wichtigste Faktor für die Performance ist und gestiegene Spannung normalerweise als Hilfswerk dient, um höhere Taktraten zu ermöglichen, gilt Spannung als entscheidender Einflussgeber auf die Leistungsaufnahme, wobei die Taktrate hinsichtlich Leistung die zweite Geige spielt: Das Erhöhen oder Senken von Taktraten hat einen direkten proportionalen Einfluss auf Leistung, während die Leistung tatsächlich im Winkel (square) zur Spannung skaliert. Deshalb hat Spannung einen stärkeren Einfluss auf die Leistungsaufnahme als die Steigerung der Taktrate. Umgekehrt kann die Verringerung der Betriebsspannung einen deutlichen Einfluss auf die Leistungsaufnahme haben, weshalb wir uns das mal genauer angesehen haben.

Produkte mit niedrigerer Spannung

Zahlreiche mobile Prozessoren sind ganz einfach umgemodelte Low-Voltage-Versionen herkömmlicher Produkte. Denken Sie dabei nur an Intel’s Core 2 Mobile-Prozessoren: Diese sind leistungsoptimiert – allerdings für geschätzte Bedingungen, bei denen sie die gleiche Performance bieten und die gleiche Leistung aufnehmen würden wie ihre Desktop-Versionen. Für die Core 2 Duo T-Serie wird eine Leistungsaufnahme von 35 W angegeben, die P-Serie bleibt innerhalb eines 25 W-Envelopes etc.

Allerdings gibt es auch für Desktop-Systeme sogenannte Low-Power-Produkte: AMD hatte bereits energieeffiziente Prozessoren mit der Nachsilbe “e” (Phenom II X4 900e und 905e – siehe auch X4 9350e) im Produktportfolio und Intel bietet die Core 2 Quad “s” Modelle, die die gleiche Performance liefern wie die regulären Modelle, allerdings mit einem 65 W Thermal Envelope statt einem mit 95 W. Obwohl die Low-Power-Prozessoren unserer Meinung nach zu teuer sind, haben sie uns schon kräftig beeindruckt – immerhin nehmen sowohl die Leerlauf- als auch die Spitzenleistung der Testsysteme ab.

Low-Voltage-CPU – Selbst gemacht?

Was wäre also, wenn wir selbst an der CPU-Spannung herumfeilen? Wo Übertaktung und Overvolting so beliebt geworden sind, kann auch der Versuch zum Undervolting nicht schaden. Wir hatten mit dem P45D3 Neo und dem 790FX-GD70 zwei MSI-Motherboards zur Hand. Das P45D3 Neo haben wir erst kürzlich benutzt, um den perfekten Core 2 Duo-Overclock herauszufinden – das Board haben wir dieses Mal allerdings mit einem Core 2 Extreme QX9650 benutzt. Das zweite Board, ein 790FX-GD70, kommt hier für einen Phenom IIX4 955 von AMD zum Einsatz.

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Kommentare zum Beitrag
peterpeter 01/07/2009 15:17
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-0+

Mein Q6600 läuft beim Standarttakt von 2,4GHz (multi 6, Bus 400MHz, rated 1600MHz) laut CPUZ mit 1,064V (1,10V im Bios eingestellt) auch super stabild. Nie Abstürze. Find ich echt super :-)

chuck 01/07/2009 15:34
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-0+

mich würde mal interessieren ob man nen core2 oder eine cpu von amd im takt und spannung soweit reduzieren kann das die leistungsaufnahme in der region eines atom liegt und wie da dann die leistung der cpu ausfällt

Anonymer Nutzer 01/07/2009 15:38
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-0+

Hallo,

interessanter Artikel, allerdings nicht wirklich neu. Ich z.B. lasse meinen Opteron 165 bei übertakteten 2,7 Ghz mit 1,125V laufen (von ursprünglichen 1,35V) und das schon seit über 2 Jahren. Cool&Quiet natürlich ausgeschalten.

gruß

gR3iF 01/07/2009 16:07
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--2+

Oh man Mädels... Wieso muss das absolute TopBoard von Msi mit ddr3 Ram herhalten für Amd und auf Intel Seite der sparsamere ddr2 Ram auf einem Low End Board?

kscr13 01/07/2009 16:14
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-0+

Leicht Stümperhaft bzw sehr oberflächlich recherchiert.
Dennoch finde ich es gut, dass so langsam auch diese Techniken erörtert werden, denn die meisten Anwender haben davon noch nie was gehört und bilden sich auf ihr "OC" mächtig was ein, wobei der Prozessor ständig im LOAD läuft.

Ich takte meine AMD-Prozessoren immer wie folgt:
1. QnQ ausschalten
2. CrystalCPUID installieren
3. Einmal den VCore von IDLE (@1Ghz bzw 800Mhz) und LOAD (@Referenztakt oder @OC) auskundschaften
4. eine Prozessorauslastungsabhängige Zuordnung von IDLE/LOAD festlegen
(zB bis 40% Auslastung im IDLE bleiben und ab 40% in LOAD wechseln)
5. ein stabiles, leises Stromsparendes System, das die Leistung bei Bedarf automatisch zur Verfügung stellt.

Wer braucht denn bitte beim Surfen 3Ghz? Die Techniken 2Speedstep" und "QnQ" sind wohl gut gemeint, sind aber leider darauf ausgelegt, auf ALLEN Prozessoren zu funktionieren.
Meine Erfahrung (ich spreche von weit mehr als 50CPUs auf ebensovielen Boards) zeigt, dass jeder Prozessor auf jedem Board anders reagiert und man mehr oder weniger rausholen kann. Das berücksichtigen die "normalen" Techniken nicht und der Kenner kann diese individuell einspielen.

Leider neigen manche dazu, sich gleich Sorgen zu machen. Dabei lebt ein Prozessor länger, wenn er nicht immer mit voller Leistung vor sich hinbrutzelt!

Peter_Shaw 01/07/2009 16:37
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-0+

Ich selber verwende das Rightmark CPU Clock Utility mit dem Schema Performance-on-demand. Kann das Programm nur empfehlen, die Einstellungen sind innerhalb von 2 Minuten erledigt.
Ansonsten kann ich mich meinen Vorrednern nur anschließen: Interessante Thematik, der Artikel längst überfällig (THG ist ja meistens ziemlich hinten dran), aber nicht besonders aussagekräftig.
Es wäre interessant gewesen, einige aktuelle CPUs aus verschiedenen Bereichen miteinander bezüglich der minimal möglichen Leistungsaufnahme zu vergleichen. Die üblichen Aussagen zur IDLE-Leistungsaufnahme der gesamten Testplattform oder gar der Hinweis auf die TDP bringen ja herzlich wenig.

thaToken 01/07/2009 16:47
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-0+

naja "Low-Power-CPU" ist wohl schon etwas übertrieben. mein BE-2350 taktet btw bei 2*1,9GHz bei 0,95Volt ;) => dann per formel überschlagen 25-30Watt TDP. das nenn ich schon eher low-power.
das was ihr gemacht habt, ist high-end cpus optimieren. hat mit low-power dennoch wenig zu tun

impaled 01/07/2009 17:03
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-0+

ich glaube in der Community gibts dazu auch ein paar Beiträge, die das ganze auch für einen Laien verständlich erklären.Diese sollte man unbedingt mit in Betracht ziehen !

derGhostrider 01/07/2009 17:14
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-0+

*hüstel*

Zitat :während die Leistung tatsächlich im Winkel (square) zur Spannung skaliert.

SQUARE = QUADRAT! ... die Leistung steigt QUADRATISCH! Das bedeutet mit dem Exponenten 2. Bitte korrigieren!

ebatman 01/07/2009 17:28
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-0+

Da scheinen sich ein paar kleine Fehlerteufel eingeschlichen zu haben bei den Spannungen ;)
Seite 5 (ganz unten)
Die Leerlaufspannung infolge unserer Prozessorspannungs-Einstellung von 1,0785 V lag bei 0,1008 V, --- da hats die Kommastelle verschoben.

Seite 4
Dabei hat sich herausgestellt, dass die Standardspannung von 1,32 V um ganze 12% auf 1,1175 V reduziert werden kann. -- da hat sich noch eine 1 eingeschlichen ;)

Was jedenfalls noch sehr interresant gewesen wäre wie der "Grundvrbrauch" der Platinen sich ausgewirkt hat.
Hier gibts ja leider auch echte Stromschlucker.
Und viele Spannungsphasen bringen leider eher mehr beim Overvolten als echte Ersparniss beim Verbrauch --- immerhin verbraten die kleinen Kerlchen ja nicht unnerheblich was an energie.

Eventuell sollte man mal eine Highend Platine und eine günstige gegenüberstellen.
Vor allem ist ja das undervolten sehr beliebt bei leuten die sich eine HTPC zusammenstellen wollen und mit glück dann im Passiv kühlbaren bereich landen oder wenigstens die Lüfteranzahl DEUTLICH reduzieren können ^^

dickbaua 01/07/2009 17:34
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-0+

Ich hatte mit dem Rightmark CPU Clock Utility so meine Problemchen mit den Standard Desktop Prozessoren. Bei den Notebooks klappt es super. Bei meinem Asus P5B oder P5K Board sah es allerdings so aus, als würde keine Einstellung etwas bewirken. Was mache ich falsch?

I-HaTeD2 01/07/2009 17:47
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-0+

Mich würden mal ein paar Boards interessieren die Undervolting zulassen, vor allem im sparsamen Bereich für meinen HTPC würd ich da gern noch bissl was rausholen - ist derzeit auf AMD Basis (4050e + 780G).

topinambur 01/07/2009 18:00
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-0+

kurze Anmerkung: "während die Leistung tatsächlich im Winkel (square) zur Spannung skaliert" - in diesem Falle würde ich persönlich "square" nicht mit Winkel bzw. rechtwinklig übersetzen sondern eher mit Quadrat, denn die elektrische Leistung P ist immer proportional zum Quadrat der Spannung U;
P ~ U²

tomikamp 01/07/2009 18:41
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-0+

Bei mir geht es nicht so. :(
Mein E7300 mit der Einstellung 1,10 V im BIOS erreicht:
idle: 1,072 V
load: 1,056 V
Ich meine, dass der Grund dafür der VDroop ist.

Wie kann der Core 2 Extreme QX9650 in diesem Test mehr Spannung bei Auslastung haben als im Leerlauf?
Bei mir geht der Speedstep mit eigener Spannungeinstellung im Bios nicht. Nur bei Auto oder Normal... :( Mein MoBo ist ein Gigabyte G33M-DS2R. Gibt es vielleicht eine Lösung dagegen?

fruechtetee 01/07/2009 19:53
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-0+

Zitat :Das verringerte die Spitzenleistung des Systems von 216 MB auf nur noch 179 W


Watt nicht MB :D
Ansonsten nice, kann ich die Spannung auch mit CoolnQuiet einstellen?
Dann knall ich mal eben 1.175V rein ;-)


@I Hate:
Also 790GX Boards, etwas neuer als deins, von GB, Asus und Co. können das sicherlich ;-)
JumperFree Configuration/CPU Configuration ist das beim AMI BIOS.
EDIT:
0,992V im Leerlauf beim X940!
Aber die Last wundert mich: Auf 1.175 eingestellt, aber laufen tut er mit 1.184V! CoolnQuiet ist weiterhin an... weiß wer Rat?

Prime95 rennt auf 128 FFTs, 100% Auslastung aber Opera regiert 1A :D
Everest vermeldet 58°C der CPU und 43°C MoBo (Alpenföhn Groß Clockner mit Enermax Cluster)...

Wo seh ich mit wieviel Volt der Lüfter rennt?
Wundert mich das ich auf 59°C komme ... o_O

EDIT:
Mal eben SuperPi, Prime 95 und Furmark sowie HDTune angeschmissen und mal Strom verbraten :D
Der CPU geht auf max. 60°C hoch, mit Ventilator vom Case auf 56°C runter.
Grafikkarte geht auch auf max. 69°C, mit Zusatzlüfter auf 59°C (Vollast!!!!! Super geil, OC 775/1000 bei 1.263V),
Festplatten sollten einfach nur rödeln weshalb ich mal nen 80GB Image Ordner kopiert habe ;-)

Bin ganz zufrieden...

Stresstest der Anfang
Nach 10 Minuten

Peter_Shaw 01/07/2009 20:39
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-0+

@ dickbaua

Vielleicht wird der betreffende Prozessor nicht unterstützt? Hier eien Liste der unterstützten CPUs: http://cpu.rightmark.org/products/rmclock.shtml
Taktet denn die CPU generell nicht runter? Oder behält das Programm keine Einstellungen?

Anonymer Nutzer 01/07/2009 21:12
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-0+

Auf Seite 4 bei "Optimierte Spitzenspannung: 1,152 V"

Sollte statt 216 MB wohl 216 W stehen^^

Nur so btw...

fruechtetee 01/07/2009 21:17
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-0+

Super Dudidum dass ich das schon sagte :D

happylumpy 02/07/2009 00:26
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-0+

Hab mein q6600 auf 3000 mhz
1,1825 V im Bios
Laut Everest
1,14 Idle
1,10 Load

AbandonedDevil 02/07/2009 09:42
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-0+

Man kann mit dem kleinen Programm K10Stat die P-States von Cool&Quiet verändern. Es lassen sich Spannungen und Takte im Leerlauf und unter Last einstellen. Damit kann man auch sehr gut mit aktivierten C&Q die von Peter genannte Performance-on-demand erzeugen.

Damit wurden in den Kommentaren viele Möglichkeiten aufgezählt die Leerlaufleistung von Phenom's zu verändern. Daher finde ich es schade, dass dies hier nicht berücksichtigt wird.

Die Idee des Artikels ist super, die Umsetzung nicht.


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