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Zen 2 optimiert: So funktioniert der ClockTuner for Ryzen (Update)

Veröffentlicht am: von

ctrBereits vor einigen Wochen wurde der ClockTuner for Ryzen (CTR) angekündigt. Ab heute ist er nun für Jedermann verfügbar und kann ausprobiert werden. 1usmus, der Entwickler hinter dem DRAM Calculator for Ryzen, hat auch den ClockTuner for Ryzen entwickelt. Durch einen Custom Power Plan wurden in frühen BIOS-Versionen höhere Boost-Taktraten möglich – brachliegendes Potential sollte genutzt werden. Dies ist auch die Prämisse für den CTR.

Das aktuelle Chiplet-Design macht AMDs Produktstrategie in vielerlei Hinsicht einfacher. Man fertigt einen CCD, der in zahlreichen Prozessoren zum Einsatz kommen kann. Aber eine derartige Flexibilität lässt auch viel Potenzial brach liegen, wenn nicht bis auf den letzten Prozentpunkt eine Selektierung stattfinden kann.

Laut 1usmus arbeitet AMD mit zu hohen Spannungen und einem nicht idealen Package Power Tracking (PPT). Der ClockTuner for Ryzen soll auf Ebene der einzelnen CCX ein automatisches Undervolting durchführen. Damit wird der gesamte Prozessor in einem effektiveren Fenster betrieben – taktet höher und verbraucht weniger. AMD könnte eine solche Maßnahme natürlich ebenfalls durchführen. Dies hätte jedoch Auswirkungen auf die Kosten in der Fertigung sowie Selektion und würde zudem eine Produktsegmentierung deutlich schwieriger machen.

Voraussetzungen für den Einsatz des ClockTuner for Ryzen

Bevor man nun allerdings das Potenzial seines Ryzen-Prozessors ausloten kann, müssen zunächst ein paar Vorbereitungen gemacht werden. Dies betrifft das Betriebssystem, die verwendete Hardware und einige BIOS-Einstellungen:

  • Windows 10 Bit 64 Build 1909 bis2004
  • AMD Ryzen mit Zen-2-Architektur (Renoir-Prozessoren werden aktuell noch nicht unterstützt)
  • BIOS mit AGESA Combo AM4 1.0.0.4 (oder neuer)
  • .NET Framework 4.6 (oder neuer)
  • Ryzen Master 2.3

Folgende Prozessoren werden von CTR unterstützt:

Unterstützte Prozessoren
Prozessor kompatibel zusätzliche Optimierungen
Ryzen Threadripper 3990X
Ryzen Threadripper 3970X
Ryzen Threadripper 3960X
Ryzen 9 3950X
Ryzen 9 3900XT
Ryzen 9 3900X
Ryzen 9 3800XT
Ryzen 7 3800X
Ryzen 7 3700X
Ryzen 5 3600XT
Ryzen 5 3600X
Ryzen 5 3600
Ryzen 5 3500X
Ryzen 5 3500
Ryzen 3 3300X
Ryzen 3 3100

Im BIOS eingestellt werden muss:

  • CPU Voltage - Auto (BIOS)
  • CPU Multiplayer - Auto (BIOS)
  • der Arbeitsspeicher sollte mit einem stabilen OC oder XMP betrieben werden
  • SVM Mode (Virtualization) – disabled (BIOS)

Herstellerspezifisch müssen zudem weitere Einstellungen vorgenommen werden, die zum Beispiel die Load Line Calibration betreffen:

  • ASUS: LLC 3 oder LLC 4
  • ASUS: Phase mode - Standard
  • ASUS: Current capability mode - 100 %
  • MSI: LLC 3
  • Gigabyte: Turbo (Auto auch möglich)
  • ASRock: Auto oder LLC 2
  • Biostar: Level 4+

Schlussendlich müssen noch der ClockTuner for Ryzen und der Cinebench R20 heruntergeladen werden. Im Ordner, in den CTR enptpackt wurde, gibt es einen Unterordner "CB20" in den der Cinebench R20 abgelegt werden sollte. Danach kann es auch schon losgehen.

So funktioniert der ClockTuner for Ryzen

ClockTuner for Ryzen soll es jedem Besitzer eines Ryzen-Prozessors mit Zen-2-Architektur ermöglichen, diesen mit maximaler Energieeffizienz zu betreiben. CTR vollständig automatisiert, Schutzsysteme überwachen jeden Schritt, sodass eigentlich keine Gefahr für die Hardware besteht.

CTR bewertet die Qualität eines jeden CCX. Prime95 mit einer Reihe von speziellen Voreinstellungen bewertet die Stabilität. Ein schrittweiser Frequenzalgorithmus sucht die stabilste Frequenz für alle CCX, ohne dass diese dabei außerhalb eines gewissen Effizienzfensters betrieben werden. Mittels des Cinebench R20 können die Ergebnisse hinsichtlich der Leistung dann evaluiert werden.

Im oberen Bereich der Benutzeroberfläche im Reiter "Main" werden die wichtigsten Informationen zum Prozessor angezeigt. Dies sind verschiedene Spannungen, Taktraten, Temperaturen und vieles mehr. Entscheidend ist hier der Leistungs-Indikator (CPPC). Dieser wird von der MMU des Prozessors an Windows gemeldet und zeigt so die schnelleren Kerne an. Je höher dieser Wert ist, desto besser sollten sich die Kerne takten lassen.

Darunter können einige Einstellungen gemacht werden. Über die "Cycle Time" wird definiert, wie lange der Stresstest pro Durchlauf vollzogen werden soll. Je größer dieser Wert ist, desto akkurater werden am Ende die Ergebnisse – es dauert aber auch entsprechend länger, bis die Ergebnisse vorliegen.

Das "CCX Delta" beschreibt den Abstand des Taktes zwischen dem besten und schlechtesten CCX. Jeder Ryzen-Prozessor macht hier andere Vorgaben, die vom CTR entsprechend beachtet werden. Für Ryzen-5- und Ryzen-7-Prozessoren werden 25 MHz empfohlen, für alle Ryzen-9-Modelle 150 bis 175 MHz, für die nachgeschobenen XT-Modelle 100 bis 150 MHz. Ryzen-Threadripper-Prozessoren sollten ein CCX Delta von 75 bis 100 MHz haben.

Dritter wichtiger Punkt ist der "Testing Mode". Hier sollte für Standardanwendungen "AVX Light" gewählt werden. Prime95 testet entsprechend mit den Presets. Für die Ryzen 3900X, 3900XT, 3950X, 3960X und 3970X Prozessoren kann der "Initial frequency smart offset" etwas Zeit einsparen, da hier auf Basis des Referenzwertes CPPC einige Voreinstellungen gemacht werden.

Über die "Reference frequency" und "Max frequency" werden Vorgaben für den Basis- und maximalen Boost-Takt gemacht, der erreicht werden soll. Beide Werte müssen ein Vielfaches von 25 MHz sein. Von der "Reference voltage" ausgehend, wird ein Undervolting in Schritten von 6 mV vorgenommen. Für die Modelle Ryzen 3600XT, 3800XT und 3900XT sollte ein Wert von 1,25 V nicht überschritten werden.

Über die "Polling period" wird festgelegt, in welchem Abstand die Sensorwerte abgefragt werden. Über "Max temperature" wird festgelegt, welche CPU-Temperatur nicht überschritten werden sollte. Ebenso können Vorgaben für "Max PPT", "Max EDC" und "Max TDC" gemacht werden.

Nun kann über eine Diagnose das Potenzial des Prozessors ausgelotet werden. Auf Basis der Diagnose werden bereits gewisse Voreinstellungen gemacht. Über den Start-Knopf erfolgen dann die eigentlichen Test und der Frequenzalgorithmus läuft durch die gemachten Voreinstellungen.

Das Informationsfenster führt alle Informationen auf und informiert den Nutzer darüber, was gerade im Test passiert. Am Ende eines erfolgreichen Test-Durchlaufs können die Overclocking- und Undervolting-Einstellungen in Profilen abgespeichert werden. Diese können dann auf Wunsch auch nach dem Start von Windows direkt geladen werden.

Im Reiter "Benchmark" finden sich die Ergebnisse der Tests. Diese beinhalten die Punktwerte des Cinebench R20, aber auch aufgeschlüsselt die gesetzten Spannungen und erreichten Frequenzen für jedes CCX-Cluster.

Erste Ergebnisse

Leider konnten wir ClockTuner for Ryzen noch nicht selbst ausprobieren. 1usmus liefert aber einige Ergebnisse, die er mit den ihm zur Verfügung stehenden Prozessoren erreicht hat. So konnte er Takt der CCX-Cluster für einen Ryzen Threadripper 3960X von etwa 4.070 MHz auf 4.225 bis 4.300 MHz angehoben werden. Da die Spannung dabei abgesenkt wurde (von 1,295 auf 1,25 V), verbraucht der Prozessor zudem auch noch weniger.

Ein weiteres Ergebnis zeigt einen Ryzen 9 3900XT, dessen Takt von 4.042 MHz auf etwa 4.500 MHz erhöht werden konnte – auch hier mit reduzierter Spannung. Durch weitere Optimierungen waren sogar mehr als 4.600 MHz auf einem einzelnen CCX möglich.

Die Ergebnisse lassen sich aber nicht 1:1 auf andere Prozessoren, auch wenn es sich um das gleiche Modell handelt, übertragen. Jeder Chip hat eine andere Güte, und daher verteilt AMD die CCDs auch so auf die Prozessoren, wo sie vermeintlich die beste Leistung erbringen können und müssen.

Aber nicht nur der Prozessor spielt für die Optimierung eine Rolle, sondern auch das Mainboard (oder besser die Spannungsversorgung) und die Kühlung. Die Hersteller verwenden unterschiedliche VRM-Designs und verbauen unterschiedliche Komponenten. Grundsätzlich sind die Platinen von ASUS und MSI wohl sehr gut aufgestellt, Gigabyte liegt aber nur leicht dahinter. Aufgrund der Art und Weise wie in der Load Line Calibration mit der Ansteuerung umgegangen wird, sind Boards von ASRock im Zusammenspiel mit CTR wohl eher weniger geeignet.

Die verwendete Kühlung gibt im Grunde schon vor, in welche Richtung es in etwa gehen wird. Eine gute Lufkühlung ist grundsätzlich aber ebenso geeignet wie eine gute Custom-Wasserkühlung. Wird ein und derselbe Prozessor mit 60 oder 85 °C betrieben, können im Ergebnis aber Unterschiede von 200 MHz festgestellt werden. Man sollte hier also auch immer die Kühlung im Auge behalten, wenn man die Ergebnisse bewertet.

Jetzt seid ihr an der Reihe. Ab sofort könnt ihr euch den ClockTuner for Ryzen in der Version 1.1 Beta 3 herunterladen. Wir sind gespannt, welche Ergebnisse ihr mit euren Ryzen-Prozessoren erreicht. Gerne könnt ihr diese und eure Erfahrungen mit dem CTR in den Kommentaren teilen.

CTR 1.1 Beta 3

Mit der Version 1.1 Beta 3 wurden einige Änderungen an der Benutzeroberfläche vorgenommen. Auch das Management der Profile ist verändert worden. Über zwei Profile können kleinere Änderungen feiner aufeinander abgestimmt werden. Manuelle Änderungen sind somit etwas einfacher umzusetzen, da über kleine, schrittweise Änderungen ein besserer Überblick erhalten bleibt.

Wichtiger aber sind die Änderungen an der Engine, die für die Optimierung verantwortlich ist. CTR prüft, bevor ein Schritt zu einer höheren Frequenz gemacht wird, die aktuelle Frequenz mit einer gegenüber der Referenzfrequenz reduzierten Spannung. Dies soll Bluescreens und hohe Vdroops verhindern. Es wird auch verhindern, dass ein CCX, der bereits an seiner Stabilitätsgrenze arbeitet, weiter mit einer höheren Frequenz getestet wird.

Die Diagnose wurde hinsichtlich der Belastung verbessert, so dass es auch hier zu weniger Abstützen kommen sollte. Die Unterstützung für ASRock- und Gigabyte-Motherboards wurde ebenfalls optimiert was die Load-Line-Calibration (LLC) betrifft. Dies gilt aber auch für alle anderen Hersteller. Die Unterstützung für die Modelle Ryzen 3 3100, Ryzen 5 3500 und Ryzen 5 3500X wurde ebenso verbessert. Der CTR kann nun auch ohne SMT verwendet werden.

Neu ist zudem ein Stabilitätstest, der im Normalfall etwa 10 Minuten benötigt. Über einen "Enhanced"-Mode können es auch 20 Minuten sein, dann soll das System aber auch eine entsprechende Stabilität unter Beweis gestellt haben.

Damit ihr eure Ergebnisse mit einer noch größeren Nutzerbasis vergleichen könnt, gibt es nun Google-Tabelle zu den einzelnen Klassen:

Der ClockTuner for Ryzen in der Version 1.1 Beta 3 kann hier heruntergeladen werden