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CPU为何降到6倍频?C1E节能效果深入测试

本主题由 DaKid 于 2008-4-16 09:48 解除置顶

CPU为何降到6倍频?C1E节能效果深入测试

C1E如何节能
  在当前的主流系统中,我们都可以看到一个“C1E”的选项。它是一种可以令CPU省电的功能,开启后,CPU在空闲轻负载状态可以降低工作电压与倍频,这样就达到了省电的目的。

主板BIOS中对C1E选项的设定
  C1E的全称是C1E enhanced halt stat。最早在Pentium 4 5xxJ系列处理器中增加了C1E halt state,它取代了以前的Pentium 4处理器和其它大部分x86处理器中的所常用的C1 halt state。C1 halt state由操作系统idel进行发出的HLT命令触发,然后处理器就会进入到低功耗的挂起状态(halt state),但CPU的倍频与工作电压并不降低。

  C1E halt state则比C1 halt state更进一步,也是由HLT命令触发,但是通过调节倍频来逐级的降低处理器的主频,同时还可以降低电压。显然C1E halt state比原来的C1 state具有更多的省电能力。C1E halt State可以把C2D系列CPU的倍频降低到6X,比如E6600的主频可以从原来的2.4GHz降低到1.6GHz。

小知识:影响处理器功耗的因素

  在恒定温度下,芯片的功率与三个参数成正比关系:寄生电容、频率、电压的平方,这三个值越高,芯片的功率也就越高。

  可以发现,其中电压影响最多,因为是平方的关系,但真正决定功率高低的因素则是寄生电容(芯片可以视作电容性负载,这就是寄生电容的意思)。我们可以将寄生电容这个词等同于架构的概念,也就是说,不同架构的芯片,功率一定是有差异的。这也就是为什么同样频率下,不同架构的CPU发热量却不一样。

  架构相同的处理器,频率越高功耗越高;如果再增加电压,耗电量会成平方关系增多。

  此外,影响功率的因素还有晶圆的工艺(制程)、主板供电电流的纯净度、芯片的工作温度等客观条件,但这些因素都没有以上说的三个重要。

  芯片的频率与电压对功率的影响程度,可以参考如下两篇文章加深印象,点击进入:
Intel酷睿2平台系统各路食电量测试
AM2平台的耗电量简单测试--加压超频到底费多少电

  其实这两个测试,正是我为了进行EPU测试之前做的铺垫。通过直观的数据,我们可以看到Q6600在加压超频后,功率损耗会超过200W,而默认频率待机时不会超过30W;AM2平台中,一颗双核3800+也可以从最低的20W飙升到100W以上。



  EIST即SpeedStep,是一个根据处理器负载来调节主频和电压的模块,不过它的触发机制同C1E halt state不同。SpeedStep提供了更多的CPU频率和电压调节级别,因此可以比C1E halt更加精确的调节处理器的状态。EIST虽然触发机制与CIE不同,但是表相基本一样,都是通过频率与电压调节给处理器节能,为使问题简单化,在本次测试中,我们只测试C1E的节能效果。
测试平台
  本次测试,以DFI Lanparty LT X38为平台进行测试。CPU采用Q6600,G0版步进,默认VID 1.250v。其他组成请看列表。

测试平台组成

  测试方法则是要重点讲解的部分。

1、电流表

直流电流表,量程0~30A,精度0.5 level
  此电流表已在Intel酷睿2平台系统各路食电量测试
一文中得到应用,经过反复验证,其测试准确度非常高,同时分流器对正常电路的影响也很微小,因此继续用于本次测试,对CPU供电12V2的电流值进行全程监测。需要补充说明的是,目前主板的CPU供电电路,已经完全采用12V2的输入电流,也就是主板上的独立4pin/8pin接口完全负责给CPU的供电。而20/24pin接口上所提供的12V,基本上不再给CPU提供电流。也就是说,这个表所检测出的电流数据,再乘以12V,我们就可以知道CPU的准确功率。

2、电能表

智青ZW1407数字有电能表
  其实就是电度表,跟家门口挂的电表没有本质区别,用于测量整个系统在标准时间内的耗电量,单位是Wh(瓦小时)。下文中,用户会看到这个仪表读出的电能数据,将其除以1000(一度电的单位是千瓦小时,所以要除以1000),就能得知该系统1小时的耗电量是多少度电。

  以上两种测量仪表,可以让我们准确的得知CPU功率与整体系统的耗电量。再运行各种测试软件,就能得知C1E对系统耗电量的影响。测试软件如下表:

测试软件
  除以上3个软件外,测试中还要记录轻载1小时电能值、BIOS状态电流值等数据,已便于更全面比较。
测试方法
  测试共分成两大部分,一是CIE开启后,记录Q6600在默认状态、超频状态中运行各种软件的耗电量;二是关闭C1E,重复上述的测试项目。这样我们就可比较出C1E的节能效果。但是我们也知道,电压、频率对CPU功耗都有不同程度的影响,为了保证准确性,我们必须先确定电压值,保证测试中不会出现因电压不同而导致的测试错误。因此,整个过程非常繁杂与需要耐心,请仔细看下面这个表格:

CPU在3种频率下的电压、倍频参数。

  我们采用的Q6600,VID标准电压值为1.25V。首先看默认的266*9情况:在开启C1E的情况下,如果将BIOS中的CPU电压设置为auto,则默认频率进入系统后的轻载状态为1.168v,倍频仅为6,表明C1E生效,即降低了电压又降低了CPU的频率。一旦运行Prime95进入重载状态,电压就提升到1.232v。这里就有个问题,为何是1.232而不是VID标称的1.25v呢?其实这是Vdroop现象。如果关闭C1E再进入系统,就会发现轻载状态下CPU电压为1.248v,这与标称的1.25v就非常接近了;而一旦重载状态,则又掉到了1.232v。

  再将Q6600的外频提升到333MHz,VID设置仍然采用auto,就成为第三、第四列的情况。可以发现,即使提高了外频,C1E仍然能发挥作用。

  400*8则是加电压并降低了倍频的情况。为了保证处理器在超频到400外频的稳定性,BIOS中将VID电压提升到1.3v,则进入系统后检测为1.328v,重载状态会掉到1.312v,这是因为此主板已考虑到Vdroop问题,如果CPU不采用auto设置,就会自动将用户设定的电压值再增加一些。此时请注意,C1E对电压的控制已经失效,即使开启也不会在轻载状态降电压。之后我们又进行了实验,如果外频采用默认,但是CPU VID不采用auto而是指定一个值,C1E的电压自动调整功能都会消失。换句话说,如果想要C1E完全生效,必须采用VID:auto设定。

  最后我们要强调一点,芯片温度对输入功率也是有影响的,因此测试中我们也记录了芯片温度已防止因为温度差距较大而带来的不公平。当然,整个测试中,各测试项目的CPU温度都是一样的,因此最后测试数据没有列出这个参数。
小知识:Vdroop

  CPU在工作过程中,随着负荷的增加,供电对其的电压会略有下降,这种情况叫做Vdroop。比如本次测试中,轻载状态的CPU为1.248v,而一旦重载则工作电压下降到1.232v。Vdroop在每款主板上都会有发生,只是程度不一样。而Vdroop的存在也是必须的,Intel规定了CPU必须要有Vcore droop,这是为了防止在load转idle的那一瞬间电压瞬间上升而损坏CPU。所以说,Vdroop并不是说主板供电有问题,这是一个很正常的情况。但是,如果Vdroop幅度太大,则会影响CPU工作的稳定性。Vdroop的程度,主要受到元件品质与PWM芯片控制方式的影响。

  DFI Lanparty LT X38主要面对职业超频玩家,采用数字式PWM与集成供电模块,因此Vdroop的程度已经相当小。

测试结果
  DFI Lanparty LT X38 C1E开启与关闭的能耗对比测试结果:

测试结果
  先解释每相测试的具体细节。

  轻载一小时电能,是进入操作系统后不进行任何操作,等待3小时后,再将电能表读取的数据除以3,便得到电脑轻载一小时所消耗的电能数据,比如上表中,在默认频率默认电压、CIE开启的情况下,整机系统将消耗108.2瓦小时(0.1082度)电能,这个数据不包括显示器的耗电量。

  重载一小时电能,则是连续运行Prime95三小时,将电能表读取的数据除以3得到的结果,意义与上面的轻载一小时电脑相同。

  轻载电流,则是在进行轻载一小时电能的同时,记录12V2输入电流的数据,体现了CPU当时的输入电流值。重载电流、BIOS电流的测试方法与之类似。

  3D渲染/得分,则是表示在进行一次CINEBENCH R10 rendering XCPU渲染过程中的电能,/后的数据是得分,得分越高表明性能越高。请大家重点看333*9中的这个测试结果,可以发现它比266*9的耗电量还要低,但是得分却更高。这就像汽车的最佳经济油耗速度一样,速度慢有时候往往会带来油耗的增加。333*9比266*9高出了600MHz,这使得3D渲染速度加快,因此最后的耗电量还会低于低频的状态。这个测试也告诉我们,如果你的应用对性能要求较高,在保证节能的基础上进行适当超频,也不会浪费过多的电能,因为能节省出时间。

  高清视频播放,是播放1分50秒长度的一段H.264视频,记录期间的电能消耗。在测试过程中,我们也打开了各种监控软件,能发现,当CPU占用率较高时,系统会自动升倍频与电压,而当CPU占用率低时,系统则自动降低倍频与电压,这也体现了C1E在高清视频播放中的节能效果。

  解释完细节,便不难看懂测试数据了。我们可以得到以下结论:

  1、C1E在轻载状态的节能效果最明显,相对于C1E关闭的情况,每小时可以节省7wh(0.07度)左右的电能;在重载的情况下,C1E不会带来任何节能效果;
  2、C1E也可以在超频状态下生效,并分为两种情况:一是采用默认电压的超频,C1E产生作用的方式与默认频率没有区别;二是加电压的超频,C1E将失去自动调压的功能,但是自动降低倍频仍然生效;
  3、适当的超频不会带来明显的电能增加,甚至在追求速度的应用中会带来电能消耗的减少。我们强烈推荐默认电压的超频,因为C1E同样还能在轻载的时候降低CPU电压,节能效果最明显,当然,这也需要有一颗体质优良的处理器。
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置顶贴反倒是效果不好

搞个沙发看
弄个签名也很简单```
很好,我顶了
新年新气象,向着新目标前进!前进!!进!!!
多谢石头精彩的文章.我想问问用OCCT+EVERES测试LT P35的CPU供电可行否?
引用:
原帖由 je4n 于 2008-3-6 15:00 发表
多谢石头精彩的文章.我想问问用OCCT+EVERES测试LT P35的CPU供电可行否?
.

你想测试供电的电压?还是电流?

如果是电压,OCCT就可以检测了,当然精确度差一些,但是对于用户来说足够。

OCCT跟Everest都是读取监控芯片的信息,如果那个芯片没有校的很准,误差就在所难免了
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对DFI的八相数字供电很感兴趣.想测试CPU电压:)没设备只能用软件取电压值了.其实我昨晚小试了一下,结果还比较满意.有点像“死人心电图!”^^ 
我是打开了的,应该不错
CPU:Q6600 & U120E
主板:asus P5E
内存:芝奇PC8000 DDR1000 2G*2
显卡:8800GT
硬盘:希捷ST3320620SV*2
电源:海韵M12 700W
一直开着CNQ的路过- -
可惜HA01GT不会降电压
顶了,哈哈~~
那开不开好呢???
现在主办都C2了能不能写个区别什么的?
石头辛苦了!
看了半天,总算明白怎么回事了
这个一定要顶,石头辛苦了~
3、适当的超频不会带来明显的电能增加,甚至在追求速度的应用中会带来电能消耗的减少。我们强烈推荐默认电压的超频,因为C1E同样还能在轻载的时候降低CPU电压,节能效果最明显,当然,这也需要有一颗体质优良的处理器。
这一条在华硕的板子上做不到,即使设置auto,超频了照样加压,而且不会节能降压,手动设置电压也不会节能降压了,十分讨厌华硕这种设定
开启EIST功能,在非默认电压下,在轻载的时候仍能自动降低CPU电压,从而减少电能消耗。
引用:
原帖由 ELT 于 2008-3-6 19:57 发表
一直开着CNQ的路过- -
可惜HA01GT不会降电压
HA01也不会降吧
AMD X2 3600+(95NM)   悍马HA01   KINGXCON  512M DDR2 800*2    YC GF7300GT
我的淘宝店铺:
http://shop35547276.taobao.com/
太精彩了,多谢编辑!
引用:
原帖由 haonan 于 2008-3-7 17:17 发表
3、适当的超频不会带来明显的电能增加,甚至在追求速度的应用中会带来电能消耗的减少。我们强烈推荐默认电压的超频,因为C1E同样还能在轻载的时候降低CPU电压,节能效果最明显,当然,这也需要有一颗体质优良的处理器 ...
对,ASUS自动加电压很夸张的,估计是ASUS对稳定性比较保守,毕竟要坚若磐石嘛 。。。所以他们开发了EPU,而且蛮有效果。。。

其实这个测试嘛,,,我的用意大家还是没看出来,,,,你们可以仔细看看测试中主板Vdroop的幅度,再对比ASUS 测试中的那个数据
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引用:
原帖由 石头 于 2008-3-10 18:03 发表


对,ASUS自动加电压很夸张的,估计是ASUS对稳定性比较保守,毕竟要坚若磐石嘛 。。。所以他们开发了EPU,而且蛮有效果。。。

其实这个测试嘛,,,我的用意大家还是没看出来,,,,你们可以仔细看看测 ...
华硕有些老版本bios就不会自动加压
如果超了頻開了C1E節能會否影響穩定 ? 因為我看到網上"建議" 超頻的請閉掉C1E..........

喜歡什麼類型的遊戲被電影化?
近期沈迷XBOX360 的新GAME中,可能上線的時間比較少...

回复 20# 的帖子

这个问题解答有点复杂,你慢慢听我说啊,先要确认两个概念:
C1E能自动调整的参数有两个:CPU供电电压与倍频。在CPU空闲的时候,C1E能降低CPU的工作电压与降低倍频数为6。
超频可以分成自动电压超频与指定电压超频。自动电压呢,就是bios里设置VID为AUTO;指定电压超频,就是不用AUTO啦,用户自己指定一个(废话好多

如果是VID电压为AUTO模式的超频,就有较大概率不稳定。因为CPU频率高了,相应的工作电压也最好提升一点。。。但是如果你有个体质很好的CPU、或是超频幅度不大,可以完全用AUTO,因为C1E会在CPU空闲的时候自动降低电压,这对散热很有意义

如果是指定电压模式,那么C1E就不会自动降电压了,但请注意,降低倍频数仍然有效!但是降低频率节能效果并不明显……因此这时候C1E开启后也省不了多少电了……

一般很多超频用户都比较“贪”,总是希望CPU工作在最高稳定频率下,这时候就只能加电压超频了,C1E最有效的降低电压节能效果也没有了。。。所以关了也好,省的奇怪为何倍频数会变成6
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请问楼主,为什么我关闭了C1E,可是还是倍频为6啊,郁闷之极~~
好文好文,仔细研究了

  不知道昨天我那个BIOS设置外频,在系统里面无效的问题是不是这个原因   
空了在研究研究

回复 22楼 的帖子

你这个问题可能是bug吧。我现在测试的板子,bu是开启C1E无效
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大侠,想请教一下,我的板是磐正AP965 GLI  里面也有C1E,我照你的办法,关了, 但怎么我的U还是运行在X6倍下的呢?  郁闷呀,买个U回来,天天也只能用6倍,呜呜~~~~~~
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