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Intel Pentium 4 570J - Das E0-Stepping für den Prescott

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Seite 3: Enhanced HaltState - C1E

In den Tagen, in dem man Tools wie "CPU-Cool" oder Ähnliches verwendet hat, kannten viele User sicherlich noch das Problem, dass der Prozessor ständig mit Volllast lief - und entsprechend heiß den Betrieb verrichtete. CPU-Cool nutzte dann den C1-Modus des Prozessors. Sofern nichts zu tun war, setzte er den Prozessor in einen MWAIT/HALT-Modus und die CPU-Temperatur konnte aufgrund des Leerlaufbetriebs vom Prozessor sinken. Früher war dies aufgrund des geringen Stromverbrauchs eines Prozessors mehr ein Goodie als ein Feature, denn das Tool wurde nicht wirklich benötigt. Heute benötigen Prozessoren im Betrieb aber 50 bis 115W je nach Modell - und somit ist es schon als kritisch anzusehen, wenn die CPU immer auf 115W laufen würde.

Derartige MWAIT Instruktionen werden heute direkt vom Betriebssystem ausgenutzt, um einen C1-Modus zu aktivieren. Das Prinzip ist dasselbe, nur ist der Leerlaufmodus praktisch in die Betriebssysteme integriert. Extra-Tools braucht man also nicht mehr. Allerdings ist es immer noch ärgerlich, wenn der Prozessor mit 3,8 GHz und voller Spannung laufen muss und somit auch im Idle-Modus noch seine Stromaufnahme höher ist als eigentlich notwendig.

Auswirkungen von C1E: Der Stromverbrauch des Prozessors
wird dauerhaft gesenkt und dadurch auch indirekt die Lautstärke
des Systems auf ein niedrigeres Niveau gesenkt.

Aus diesem Grund hat sich zunächst im Bereich der mobilen Prozessoren eine Technik entwickelt, um die Frequenz und Spannung der Prozessoren zu verändern. Intel nutzt seit dem Pentium III im mobilen Bereich diese Technik, genannt SpeedStep. Mit SpeedStep verändert der Prozessor im laufenden Betrieb seinen Takt. Wird beispielsweise heutzutage ein Pentium M 755 mit 2,0 GHz eingesetzt und seine Rechenleistung nicht benötigt, so taktet er sich auf bis zu 600 MHz herunter. Weiterhin kann auch die Spannung abgesenkt werden - beim Dothan ist dies beispielsweise eine Spannung von nur noch 0,988V. Das hilft, die Stromaufnahme des Prozessors effektiv zu senken und auch die Temperatur ganz extrem zu mindern.

Enhanced SpeedStep ist ein Bestandteil der mobilen Prozessoren. Im Desktop-Bereich hatte Intel bislang keine Prozessoren mit einem derartigen Feature. Hier verwendet man nun zumindest einen Enhanced HaltState, den es bereits im Server-Bereich gibt. Mit der Einführung der Prescott-verwandten Nocona-Prozessoren "Demand Based Switching" eine ähnliche Technologie existiert dort eine ähnliche Technik.

Die im Desktop-Bereich Enhanced HaltState genannte Technologie ist eigentlich der Demand Based Switching-Technik identisch. Auch hier wird bei Idle-Zeiten zusätzlich zum C1-Modus ein C1E-Modus aktiviert, der den Prozessor dann erst einmal auf 2,8 GHz heruntersetzt und anschließend die Spannung des Prozessors herunterdreht. Genauso funktioniert dies bei den E0-Steppings des Prescotts - auch hier werden 2,8 GHz und niedrigere Spannung gegenüber der üblichen 1,25 bis 1,4V angelegt. Allerdings werden bei den Nocona-Prozessoren die Caches aufgrund der NetBurst-Architektur nicht heruntergetaktet. Es ist davon auszugehen, dass somit auch beim Pentium 4 die Caches weiterhin auf vollem Takt laufen.

Eine Formel kann uns dabei Auskunft geben, in welcher Form dies der Stromaufnahme hilft:

Power = C * V² * f + Leakage

Die Frequenzminderung hat ebenso einen Einfluss auf die Stromaufnahme, aber insbesondere natürlich die Spannung, die sogar im Quadrat auf die Aufnahme wirkt. Zudem wird die Leakage ganz erheblich vermindert.

Der Sinn dieses Modus besteht aber eigentlich nicht darin, dem Enduser ein ruhiges Gewissen zu verpassen, wenn er im Idle-Modus recht niedrige Temperaturen im Hardwaremonitor abfragen kann, sondern er bringt die Möglichkeit, entweder etwas günstigere Kühlmöglichkeiten zu verwenden oder die Akustik in heutigen PCs zu optimieren. Gerade dies kann ein Vorteil sein, denn wenn der PC nicht die volle Leistung benötigt, kann eine im Bios implementierte Lüftersteuerung die Gehäuse- und den CPU-Lüfter herunterdrehen und damit den Geräuschpegel beeinflussen.

Dabei unterstützen alle Prescott-basierenden Prozessoren im E0-Stepping das Feature. Neben dem Intel Pentium 4 wird dies dementsprechend auch der Celeron D der Fall sein, allerdings kommt dieses Feature nur für Sockel 775-Prozessoren. Fragwürdig ist aber, ob beispielsweise Mainboards mit i875P-Chipsatz und Sockel 775 C1E unterstützen werden, denn auch das Bios muss das Feature erkennen und auch nutzen. Wenn das Board eine dynamische Anpassung der VID unterstützt, was mit FMB2.0 / VRM10.0 der Fall sein sollte, unterstützt das Board hardwaretechnisch das Feature - und es bedarf auch keiner Betriebssystem- oder Softwareanpassung, da das Feature hardwareseitig gesteuert wird. Das ist durchaus ein Vorteil gegenüber der AMD-Technologie Cool & Quiet, die zusätzlich einen Prozessortreiber benötigt.

Das hier im Idle-Betrieb C1E aktiv ist, kann man anhand CPU-Z erkennen, auch wenn dieses Tool den Takt auf eine falsche Art und Weise berechnet:

Auf dem Bild zu sehen ist ein Takt von 3800,1 MHz mit einem FSB von 271,4 MHz - das ist jedoch falsch. CPU-Z bestimmt zunächst den tatsächlichen Takt des Prozessors (3,8 GHz) und hält dann an diesem fest. Wenn der Prozessor in den C1E-Betrieb wechselt, senkt er den Multiplikator auf 14. Da CPU-Z den FSB aus einer Division aus Prozessortakt und Multiplikator bestimmt, den Takt aber nicht aktualisiert, zeigt das Tool nun 271,4 MHz an. Effektiv läuft der Prozessor nun aber mit 2800 MHz und einem 14er Multiplikator sowie 800 MHz FSB.

Wie sich das Feature auf die Praxis auswirkt, zeigen wir auf den nächsten Seite.