Seite 2: Grundlagen und Spannungen

Voltage Regulation und Loadline/LLC

Da Intel, wie bereits im Vorfeld bekannt wurde, für Skylake und Kaby Lake den Fully Integrated Voltage Regulator wieder gestrichen hat, sind nun wieder die Mainboardhersteller gefragt, eine passende und für Overclocking geeignete Spannungsversorgung mit entsprechendem Voltage Regulator auf dem Mainboard unterzubringen. Auch die Übertaktungsergebnisse können sich je nach verwendetem Mainboard wieder stärker unterscheiden. Die geänderte Spannungsversorgung bedeutet aber im selben Atemzug auch, dass einige der Spannungen und Wechselwirkungen, die bei Haswell noch eine große Bedeutung hatten, entfallen. Außerdem wird das Übertakten damit wieder etwas einfacher  (vergleichbar zu den älteren Sandy-Bridge- und Ivy-Bridge-Generationen). Weiterhin bedeutet dies, dass die Loadline mit Vdrop und Vdroop zurückkehrt und wieder eine gewisse Relevanz hat. Daher muss erneut, gerade für Anfänger ist das sehr verwirrend, zwischen den "verschiedenen" VCore-Werten (also UEFI zu Windows Idle und Windows Idle zu Windows Last) differenziert werden.

Der Vdrop ist der Unterschied zwischen der im UEFI-Bios eingestellten und der im Windows-Betrieb im Idle tatsächlich anliegenden Spannung. Wenn im UEFI eine fixe Vcore-Spannung (z.B. 1,2 V) einstellt wird, wird im Betrieb unter Windows dieser Wert nicht ganz anliegen, sondern meist etwas weniger Spannung (z.B. 1,176 V statt den eingestellten 1,2 V im BIOS). Dieses Phänomen nennt sich Vdrop. Als Vdroop bezeichnet man die völlig normale und von der Intel-Loadline vorgesehene Spannungsdifferenz der VCore im Idle-Betrieb und unter Volllast. Liegen hier im Idle z.B. noch eben besagte 1,176 V an, sind es dann unter Last nur noch ca. 1,120 V. Vdrop und Vdroop sind so beabsichtigt und wurden von Intel implementiert, um Spannungsspitzen beim Lastenwechsel „abzufedern“ und die CPU und auch die Spannungswandler zu schonen.

Dem entgegen wirkt die LLC (Load Line Calibration). Diese verhindert, je nach eingestelltem Level, den Spannungsabfall unter Last bzw. dreht die Load Line sogar, je nach Schärfe der Einstellung, um.

Von vielen Nutzern wird die LLC gerne bzw. aus Unwissenheit genutzt, da man mit aktiver LLC im UEFI z.B. nur 1,3 V einstellen muss, um unter Last im Betriebssystem auch wirklich 1,3 V zu erreichen, anstelle der sonst nötigen 1,4 V im UEFI (bei normaler Intel Loadline). Dennoch sollte nicht vergessen werden, dass es bei Nutzung der LLC zu Spannungsspitzen beim Lastenwechsel kommen kann, die deutlich über die im UEFI eingestellte Spannung hinausgehen können. Diese sind tendenziell sogar noch schädlicher, als die im UEFI vermeintlich zu hoch eingestellte Spannung (mit Intels Loadline).

Beim von uns verwendeten ASRock Z170 Extreme6 ist die LLC wie folgt implementiert:

skylake1s

Im UEFI eingestellt wurde für diesen Test der Load Line Calibration eine Spannung von 1,30 V für die Kernspannung/VCore.

Daraus resultierende Werte:

  • LLC Level 1: 1,296 V im Idle (0,004 Vdrop) und 1,312 V unter Last (-0,012 "Vdroop") 
  • LLC Level 2: 1,296 V im Idle (0,004 Vdrop) und 1,296 V unter Last (0,004 Vdroop) 
  • LLC Level 3: 1,296 V im Idle (0,004 Vdrop) und 1,265 V unter Last (0,036V Vdroop)
  • LLC Level 4: 1,28 V im Idle (0,02V Vdrop) und 1,216 V unter Last (0,084V Vdroop)

Wie man sieht dreht LLC Level 1 also eigentlich die Intel Loadline (vor allem unter Last) um und sorgt für einen VCore-Aufschlag statt einem Drop. LLC Level 1 sollte folglich, vor allem in hohen VCore-Regionen, vermieden werden. LLC Level 4 ist dagegen die von Intel vorgesehene, normale Load Line Calibration.

Relevante Spannungen

Wenden wir uns nun den relevanten Spannungen und deren vernünftiger Verwendung zu.

Die wichtigste Spannung ist offensichtlich die VCore, also die Kernspannung der CPU. Sie ist direkt verantwortlich dafür, wieviel Spannung den Kernen zum Rechnen zur Verfügung steht somit nahezu allein verantwortlich dafür, welchen Takt die CPU erreichen wird. Intel gibt im Whitepaper zur 6ten Core-Generation eine maximale Kernspannung von 1,52 V an, doch bezieht sich dieser Wert zum einen auf den nicht übertakteten Zustand und zum anderen auf den im UEFI eingestellten Wert ohne LLC. Dies entspricht unter Berücksichtigung der Intel Loadline einer Spannung von 1,436 V in Windows und unter Last. Dennoch empfiehlt es sich angesichts des 14-nm-Fertigungsprozesses, um auf Nummer sicher zu gehen, für den 24/7-Betrieb eine VCore von 1,35 V (und dies auch nur bei guter Kühlung der CPU) nicht zu überschreiten. Und auch bei diesem Wert sollte man sich bewusst sein, dass die CPU einen Schaden nehmen kann und sich die Lebensdauer deutlich verringern kann. 

Weiter relevante Spannungen sind die VCCIO- und VCCSA-Spannungen, welche primär für den Arbeitsspeicher und dessen Takt relevant sind. Eine extra Eingangsspannung (ehemals auch als VCCIN oder auch Input Voltage bekannt), wie das noch bei Haswell und dem Haswell-Refresh (Devil's Canyon) der Fall war, gibt es nun nicht mehr. Eine separate Cache-Spannung existiert ebenfalls nicht mehr – denn der Cache und die Kerne teilen sich die gleiche zur Verfügung stehende Spannung.

Es folgt eine kurze Übersicht über die einzelnen Spannungen und die Standard- bzw. maximal empfohlenen Werte:

Skylake Spannungen
VCore (Kernspannung) Je nach CPU (max. empfohlen ~1,35 V)
VCCIO (VTT/IMC/I/O) 0,95 V (max. empfohlen von 1,15 bis 1,25 V)
VCCSA (SA/IMC) 1,05 V (max. empfohlen von 1,15 bis 1,25 V)
VDIMM (RAM) 1,2 V (max. empfohlen von 1,26 bis zu 1,35 V)
PCH Voltage (Chipsatz) 1 V (max. empfohlen bis zu 1,15 V)
VCCPLL (PLL) 1 V (max. empfohlen bis zu 1,1 V)
VCCST (Standby) 1 V (max. empfohlen bis zu 1,1 V)

Unserer Erfahrung nach können die VCCIO- und VCCSA-Spannung bis zu einem Speichertakt von 2.800 MHz meist bei den Standardwerten belassen werden, erst bei noch höheren Taktraten des Arbeitsspeichers wird eine Anhebung auf etwa 1,1 bis 1,15 V nötig. Sollte sich Prime während dem Testen öfters beenden oder sollten nur einzelne Kerne aussteigen, empfiehlt sich ebenfalls ein Blick auf die Nebenspannungen.

Mehr Freiheit denn je - Entkoppelter BCLK

Ein weiteres Novum der neuen Plattform und beim Übertakten mit Skylake Prozessoren ist, dass Intel nun den Referenztakt vom PCIe-Takt abgekoppelt hat. Diese ehemalige Kopplung führte in den meisten Fällen zu stark eingeschränkten BCLK Overclocking Möglichkeiten, welche sich je nach verwendeter CPU und Mainboard auf einen Spielraum von ca. 3-8 % beliefen.

Bei den neuen Skylake Prozessoren mit K-Suffix sind Referenztakt vom PCIe-Takt nun also entkoppelt. Der BCLK kann somit frei gewählt werden, ohne dass sich andere Taktraten ungewünschter Weise mitändern. Im Rahmen der üblichen Serienstreuung sind mit Luft- und Wasserkühlung wohl ca. 300 - 350 MHz Taktraten beim BCLK möglich.

Der größte Vorteil dieser Änderung sind die Vielzahl an Möglichkeiten, wie der gewünschte Zieltakt nun erreicht werden kann. Ist der gewünschte Zieltakt beispielsweise bei einem CPU Takt von 4500 MHz, kann dies zum einen durch einem Multiplikator von 15 (und 300 MHz BCLK) als auch mit einem Multiplikator von 53 (und 85 MHz BCLK) erreicht werden. Dies gibt dem Nutzer also mehr Freiheit denn je und erreicht auch das erlauben ungerader Taktraten wie z.B. von 4550 Mhz.

Leistungsunterschiede gibt es hierbei in der Regel nicht. Interessant werden diese Möglichkeiten vor allem bei Extrem-OC und beim Benchmarken, denn dort zählt jeder Punkt und somit auch jedes letzte Mhz um diese besagten Punkte auch erreichen zu können. Dem Standardnutzer bringt es nur etwas mehr Flexibilität, sein System etwas umfangreicher zu übertakten.