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Ursachenforschung für die Overclocking-Limits

Ivy, so trügerisch: Core i7-3770K übertaktet
Von , Achim Roos

Mit Tri-Gate-Transistoren, 22 nm, PCIe 3.0 und schnellerer Grafik geht Intels neueste CPU-Generation in den Frühling. Bislang waren CPUs mit geschrumpften Strukturen toll übertaktbar. Diesmal hat dies Grenzen, die wir analysieren.

Doch wieso ist dem so? Aus welchem Grund laufen die in 32 nm gefertigten Sandy-Bridge-Prozessoren mit mehr Takt und mehr Spannung doch kühler? Hat Intel womöglich ein Montagsmodell auf den Markt geschoben? Wir sagen nein, denn zwei Gründe erklären unsere Beobachtungen.

  1. Viel mehr Abwärme pro Fläche

    Ivy Bridge bringt im Modell Core i7-3770K 1,4 Milliarden Transistoren auf 160 mm2 unter. Bei Sandy Bridge waren es noch 995 Millionen Transistoren auf 216 mm2. Nun muss jedoch berücksichtigt werden, dass die HD 4000-Grafik erheblich gewachsen ist und heute etwa ein Drittel der Silizium-Fläche einnimmt, während dies bei Sandy Bridge noch grob ein Viertel war. Wenn wir nun extrem vereinfachen und die Grafikeinheit außen vor lassen, so ist die Grundfläche der CPU um mehr als 40% geschrumpft. Das bedeutet folgendes:

    Grundflächenvergleich, grob geschätzt, ohne Grafikeinheit:

    Ivy Bridge ca. 105 mm2
    Sandy Bridge ca. 160 mm2

    Dabei ist Sandy Bridge Core i7-2600K auf 95 W ausgelegt, während Ivy Bridge Core i7-3770K mit maximal 77 W spezifiziert wird. Nun wird klar, wieso das Sinn macht: In unseren Overclocking-Versuchen erzeugen wir bei erheblich verringerter Silizium-Fläche eine vergleichbare Abwärme, was schlicht und ergreifend ein große Herausforderung bei der Kühlung erzeugt.
     

  2. Neue Transistor-Technologie

    Hinzu kommen die Tri-Gate-Transistoren. Intel gibt an, bei gleicher Leistungsfähigkeit bis zu 50% weniger Energie im Betrieb zu benötigen, da die Struktur aus einem einfachen Gate gepaart mit zwei vertikalen Gates die Oberfläche für Elektronenbewegungen effektiv verdreifacht und somit Leckströme drastisch reduzieren soll.

    Wir wollen hier vor allem die Aussage “bei gleicher Leistungsfähigkeit” betonen. Ein Blick auf die Leistungsaufnahmen im Normalbetrieb (siehe Benchmarks) bestätigt diese Angaben, doch wir operieren bei deutlich gesteigerter Taktrate – und für diesen Einsatz sind die neuen Transistoren womöglich schlicht noch nicht optimiert. Künftige Prozessor-Steppings werden zeigen, was Fortschritte bei der Tri-Gate-Technologie möglich machen.

22 nm Ivy Bridge: Effektiv ist die Fläche der CPU im Vergleich zum 32 nm Sandy Bridge ohne Berücksichtigung der Grafikeinheit um fast die Hälfte geschrumpft.22 nm Ivy Bridge: Effektiv ist die Fläche der CPU im Vergleich zum 32 nm Sandy Bridge ohne Berücksichtigung der Grafikeinheit um fast die Hälfte geschrumpft.

Alle 38 Kommentare anzeigen.
Sortieren nach: Neueste zuerst | Älteste zuerst
  • alterSack66 , 26. April 2012 07:53
    "Arctic Cooler Freezer 13" zu mehr hats nicht gereicht? :D 
  • i7-3770.at.max.OC4.24.S7.T@guest , 26. April 2012 09:50
    i7-3770K:

    Wenn ihr jetzt noch den IHS mit einer Rasierklinge abtrennt (keine gefährdeten Wiederstände im Weg)
    und dann mit demontiertem Sockelhalter und brauchbarer Wasserkühlung (z.B. HK3-Kühler; dünnwandige taugen dafür nicht) testen würdet:

    - fände ich den Test praxisnah und sehr gelungen
    - würden wir sehen ob der nicht mehr verlötete Headspreader der Flaschenhals ist.

    Klar wäre das für normal-User tricky, aber das sind die Themen, die die Leute in den Foren interessieren. Der damit eingehende Garantieverlust ist auch klar, aber das hat man bei OC sowieso!
  • avatar_87 , 26. April 2012 09:57
    Tja, schon recht enttäuschend. Hätte Intel Konkurrenz dann hätte ivy Bridge jetzt zumindest 6 Kerne. Damit wäre dann eine hohe Effizienz mit einer guten Mehrleistung vereint. So aber bekommt man halt nur Brotkrumen vorgeworfen.
  • anonymerWitzbold@guest , 26. April 2012 09:57
    alterSack66"Arctic Cooler Freezer 13" zu mehr hats nicht gereicht?

    Dazu kommt noch der CPU-Z screen mit 1,360V ^^
    http://www.awardfabrik.de/prozessoren/intel-ivybridge-core-i7-3770k-und-core-i5-3570k-6.html

    :D 
  • Saints@guest , 26. April 2012 10:17
    "Mit größerer Spannung und steigenden Taktraten klettert dabei der elektrische Widerstand und somit die Verlustleistung, die sich in erhöhter Abwärme ausdrückt."
    Wer findet die Fehler in dem Satz? :-)
    Da die Die Fläche in etwa proportional mit der in der CPU umgesetzten Wärme fällt, kann dies nicht der Grund für die hohen Temps und die schlechte Übertackbarkeit sein. Würde man die Verlustleistung der CPU bestimmen, könnte man sogar einen genauen spezifischen Wert ausrechnen (W/mm²). Es würde mich nicht wundern wenn Ivy dabei besser abschneidet als Sandy.
    Was i7-3770.at.max.OC4.24.S7.T da vorschlägt, wäre durchaus sinnvoll zu testen und "Hochinteressant" :-).
  • SpalterG , 26. April 2012 10:32
    Hauptsache auf dem Vorschaubild mit Stickstoff prahlen aber nicht einmal damit übertaktet... Supi !

    Und wie altersack schon sagte... Bei euch unterm Bürotisch steht doch der Genesis... (Soweit das der Bürotisch ist/war)
  • h0scHi , 26. April 2012 15:49
    Ein Arctic Freezer 13 in einem Overclocking-Bericht und keine Modelle ohne Hyperthreading getestet.
    Schwach...
  • i7-3770.at.max.OC4.24.S7.T@guest , 26. April 2012 16:34
    Hitzestau: Da hilft nur Kopf ab!

    Das ist eine clevere, physische Möglichkeit von Intel die Garantie auszuschließen.

    Einen thermodynamischen Flaschenhals einzubauen! (anstatt den IHS zu verlöten nur WLP)

    http://www.overclockers.com/ivy-bridge-temperatures
  • h0scHi , 26. April 2012 17:18
    Wenn das Köpfen in der Praxis auch wirklich einen deutlichen Vorteil bringt, warum nicht. Braucht man dann Ausgleichsscheiben für die Montage eines Luftkühlers?
  • Brumel@guest , 26. April 2012 17:21
    Was mich interessiert, wie würden die Ergebnisse aussehen, wenn Intel dies in 32nm gefertigt hätte.
  • n4pst3r , 26. April 2012 18:03
    i7-3770.at.max.OC4.24.S7.T@GuestHitzestau: Da hilft nur Kopf ab!Das ist eine clevere, physische Möglichkeit von Intel die Garantie auszuschließen.Einen thermodynamischen Flaschenhals einzubauen! (anstatt den IHS zu verlöten nur WLP)http://www.overclockers.com/ivy-bridge-temperatures


    Hey... da ich plane mir nen 3570K zu kaufen stellt sich mir die Frage: Ist das für nen Normalo machbar oder brauch ich spezielle Geräte/Sachen? Die Problematik weshalb die angeblich so heiß wird habe ich zwar verstanden, aber was genau muss ich mit der CPU anstellen damit sie kühler wird? Wie viel Kelvin wird das max. bringen? will Die ganz gern semi-passiv Kühlen mit nem Prolimatech Genesis.

    MfG
  • h0scHi , 26. April 2012 19:08
    Das rumkratzen mit dem Teppichmesser an der CPU ist der einfache Teil, die Kühlermontage wird problematischer. Um einen vernünfitigen Anpressdruck zu erzeugen muss bestimmt der entstandene Versatz ausgeglichen werden.
  • VoKuHiLa@guest , 26. April 2012 20:56
    Hallo Liebe THG'ler,

    in Sachen CPU Übertakten bin ich noch "relativ" unerfahren. Habe seit ca. 4 Monaten ein System mit einem 2600k. Bisher habe ich den Multiplikator einfach mal auf 45 gestellt und festgestellt, dass das System beim Spielen und unter Prime noch einwandfrei läuft. Das ganze habe ich dabei belassen.

    Nach den Screenshots hier im Artikel kam die Idee auf, dass eventuell sogar mehr Takt möglich wäre. Hier ist ein Screenshot, nach ca. 30min Vollast mit Prime:
    http://www.abload.de/img/cpu_thgbaxjz.jpg

    Die Temperaturen sind ja relativ gering, obwohl der CPU Kühler ja immernoch nur mit 890U/min dreht. Unsicher bin ich mir wegen der Spannung. CoreTemp zeigt einen VID von 1,3461V an und CPU-Z eine Core Voltage von 1,224V. Welche Spannung liegt denn nun wirklich an?

    Und hat jemand einen Tip, wie ich für ein weitere Takterhöhung am besten vorgehe?

    Vielen Dank für jede Hilfe bereits im Voraus.
  • alterSack66 , 26. April 2012 21:00
    http://www.tomshardware.de/foren/id-102537/tagebuch-overclocking-2600k.html Was hast im BIOS für ne VCore eingestellt? Scheint aber ein taktfreudiges Exemplar zu sein.
  • VoKuHiLa@guest , 26. April 2012 22:29
    Wenn ich ins BIOS gehe, dann wird mit dort eine Core Voltage von 1,224 V angezeigt. Jedoch bin ich mir nicht sicher, ob die CPU hier auch mit den 4,5GHz taktet.

    Die Einstellung, die ich vorgenommen habe ist, dass ich den Offset auf -0,015V gestellt habe. Wenn ich weiter runter gehe, dann wird das System instabil.
  • Brat , 26. April 2012 23:46
    gute resultate, darfst dich freuen :) 
  • Brat , 26. April 2012 23:48
    achso und wegen wakü mit köpfen ... fänd ich auch als interessant
  • i7-3770.at.max.OC4.24.S7.T@guest , 26. April 2012 23:48
    h0scHiDas rumkratzen mit dem Teppichmesser an der CPU ist der einfache Teil, die Kühlermontage wird problematischer. Um einen vernünfitigen Anpressdruck zu erzeugen muss bestimmt der entstandene Versatz ausgeglichen werden.
    Dank Rasierklingen aller "Tondeo TSS3" kannst du ganz behutsam das Gummi schneiden, welches den IHS auf der CPU fixiert.

    Für eine Luftkühlung wurde ich das NICHT machen!
    Die Anpressvorrichtung des Sockels muss auch demontiert werden.

    Der Wasserkühler muss genau plan aufliegen und man darf vorsichtig sein um die Pins des Sockel nicht zu beschädigen, klingt schlimm lohnte sich in der Vergangenheit schon und ist gut machbar wenn man es in Ruhe macht.

    Unter Lukü bekommt man das nicht hin, er im Gegenteil! Weil es nahezu unmöglich ist das der gut aufliegt (vllt bei nem benchtable) verschlechtern sich die Temperaturen.

  • Gnorgel , 27. April 2012 13:09
    3D Transistoren bringen mit sich, dass sie tiefer im Die liegen und die Wärme von dort abtransportiert werden muss. Dies alleine könnte den Unterschied im thermischen Verhalten der CPUs im Vergleich zu vorigen Shrinks erklären. Das ist natürlich nur eine Hypothese, klingt aber erstmal ziemlich schlüssig.
  • avatar_87 , 27. April 2012 13:18
    Pff, tiefer ... In der Größenordnung in der man sich da bewegt, ist das absolut irrelevant.
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