Intel Core i9-9900K: studiamo il Power Limit 2

L'arrivo delle CPU Core di 9th generazione (CoffeeLake v2), sul Socket 1151v2, ha portato finalmente alla parità nel numero di core tra le proposte di Intel e quelle di AMD, almeno nella fascia mainstream del mercato (Il mercato HEDT ormai è terreno di caccia della sola AMD con le proposte ThreadRipper 2nd Gen, dotate di fino a 32 Core / 64 Thread ).

Per quanto riguarda le prestazioni, confermiamo come la nuova CPU Core i9-9900K sia effettivamente la più veloce in questa fascia di mercato, aspettando le CPU Ryzen 3 ... ma a che prezzo? Non solo è estremamente costosa (Oltre i 500 Euro), ma anche per quanto riguarda i consumi siamo arrivato ad un livello che con Intel non vedevamo da molto tempo (Prescott).

In questo articolo vorremmo quindi concentrarci su questo aspetto, forse da molti sottovalutato: ha ancora senso tenere in considerazione il valore del TDP per le CPU Intel?

Per ulteriori approfondimenti, che consigliamo di leggere prima di continuare nella lettura di questo articolo:

• Core i9-9900K: facciamoci un paio di domande sul valore del TDP
• TDP: analisi di un acronimo che non fa dormire alcuni utenti

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Le recensioni che si sono susseguite online della CPU Intel Core i9-9900K, dalla presentazione ad oggi, hanno mostrato come sia assai difficile quantificarne il consumo energetico in maniera oggettiva, soprattutto quando si sfrutta al 100%. La gestione del Power Limit 2 (Max frequenza Turbo) è stata resa molto "libera" così che i produttori di schede madri possano renderne compatibili quante più possibile. Il valore di fabbrica del PL2 per il Core i9-9900K sarebbe di 210W, ma è difficile che tutte le schede madri possano essere certificate per sfruttarlo 24/7. Un conto è una certificazione ufficiale, un altro è permettere all'utente di turno di overclockare la CPU a proprio rischio e pericolo! Nasce quindi l'esigenza di un PL2 definito dal produttore della scheda madre, al fine di venire incontro alle potenzialità delle varie circuiterie di alimentazione. Ogni produttore di schede madri, quindi, implementa un proprio algoritmo per gestire il Power Limit 2.

Ugualmente, le diverse testate non offrono una metodologia omogenea nelle recensioni delle CPU CoffeeLake v2, e questo si ripercuote tanto nei risultati dei benchmark, quanto nei risultati relativi ai consumi. Quanto consuma, effettivamente un Core i9-9900K? E quanto va veloce passando da una gestione custom del PL2, ad una impostata a 210W?

Modalità di Test:

• Sulla scheda sono stati installati solo i componenti necessari: CPU, memoria, scheda video e hard disk.
• Ogni test è stato ripetuto per tre volte e, se i risultati di qualche test si mostrano troppo lontani dalla media (elevata varianza), il test stesso è stato di nuovo ripetuto, scartando il risultato non corretto.
• Alla fine di ogni sessione di prova l'hard disk è stato formattato.
• Il processore, a frequenza Default, ha attive tutte le opzioni di risparmio energetico disponibili nel BIOS.
• I consumi sono stati misurati alla presa di corrente, grazie al FRITZ!Powerline 546E.
• I consumi sono riferiti all'intero sistema.

In questa prima serie di test abbiamo cercato di osservare le differenze prestazionali utilizzando le impostazioni Auto e 210W per il Power Limit 2. Abbiamo utilizzato, inoltre, il dissipatore Intel TS15A, certificato per un TDP massimo130W, e consigliato dalla stessa casa di Santa Clara per il Core i9-9900K ... almeno fino a un paio di mesi fa. Ora è scomparso dal database ARK, probabilmente perché è uscito di produzione.

Come è possibile osservare dai grafici, i consumi non aumentano o diminuiscono in maniera lineare per tutti i software. Alcuni godono di un leggero vantaggio quando si utilizza il setup Auto, altri quando si utilizza il setup da 210W. Gli algoritmi che controllano il setup Auto cercano di mantenere costantemente la CPU entro i range massimi di utilizzo della CPU senza che questa vada in throttling. Cosa che non accade quando si utilizza il limite dei 210W: il throttling è perennemente dietro l'angolo.

Dai grafici di AIDA64 con Prime95 è possibile osservare come nella modalità AUTO il throttling sia assente, mentre impostando il PL2 a 210W questo faccia la propria comparsa dopo già alcuni minuti di utilizzo.

Anche con Blender 2.79b abbiamo constatato come la CPU vada in throttling quando si sfrutta il setting da 210W. Addirittura, rispetto a Prime95 e contro le nostre previsioni, il throttling inzia quasi subito. Il consumo medio è leggermente inferiore a Prime95 probabilmente perché vi sono "cadute" più elevate e prolungate dovute, appunto, al throttling.

Lato temperature possiamo notare come Blender e Prime95 mettano notevolmente alla corda il Core i9-9900K, ma troviamo anche una sorpresa: AIDA64. Lo stress test di AIDA64 risulta maggiormente difficoltoso da gestire con l'impostazione in Auto, nonostante il consumo energetico sia relativamente basso. Dagli screen qui sotto possiamo notare come la CPU vada in throttling con il Power Limit settato in AUTO e non a 210W.

Per quanto concerne le frequenze, passando dalla modalità AUTO a quella 210W, l'unico software che le vede modificarsi è Prime95. Senza gli algoritmi di MSI a gestire la CPU, la CPU cerca di lavorare perennemente al massimo, favorendo il throttling. La frequenza media operativa All-Core (99% dell'utilizzo), quindi, si abbassa a 4433 MHz.

Prestazionalmente, con il dissipatore ad aria, la CPU Core i9-9900K rende al meglio con il setting del PL2 in AUTO (Si minimizzano i casi di throttling). Sfortunatamente non abbiamo avuto il tempo per effettuare test più approfonditi, ma ci sarebbe piaciuto testare un rendering di diverse ore per capire effettivamente quanto possa incidere il throttling nel lungo periodo di lavoro.

Oltre che con un classico dissipatore ad aria, abbiamo deciso di testare il Core i9-9900K anche con un AiO, più precisamente l'entry level Cooler Master MasterLiquid Lite 240. Si tratta di un AiO che costa circa 60 Euro e che è accreditato di poter gestire CPU con un TDP fino a 210W.

Abbiamo deciso di testare la CPU con il PL2 settato in modalità Auto, così da osservare fin dove la scheda madre MSI si sarebbe "spinta in alto". I risultati dei benchmark tradizionali, gli stessi della tabella della pagina precedente, non sono cambiati molto, anzi, sono rimasti pressoché invariati (Cinebench R15, ad esempio, è passato da 2092 a 2091).

Cambiano notevolmente, invece, i consumi che abbiamo riscontrato con i due stress test, Prime95 e AIDA64, come è osservabile dal grafico qui in basso. Questo accade perché, grazie al buon sistema di dissipazione, la CPU riesce a lavorare a 4.7 GHz su tutti i core (Massima frequenza raggiungibile All-Core). Quei 300 MHz in più, in Prime95, costano la bellezza di quasi 70W quando si utilizzano le istruzioni AVX.  Mentre quando si utilizzano le sole unità di calcolo in virgola mobile, come dimostrato con AIDA64, i 200 MHz in più guadagnati costano circa 40W.

Per quanto concerne le temperature, queste non hanno mai superato i 90°, anche dopo oltre un'ora di stress test. Proprio per questo motivo la frequenza di funzionamento all-core è sempre rimasta a 4.7 GHz.

Alla luce di quanto abbiamo potuto constatare, la CPU Core i9-9900K mostra un consumo energetico ben superiore ai 95W di TDP pubblicizzati da Intel. Supponendo un consumo energetico apri a circa 80W tra scheda madre, SSD e memorie RAM, ed un'efficienza energetica conservativa pari all'85% (L'alimentatore da noi utilizzato è un 80+ Gold), il Core i9-9900K mostra un consumo energetico compreso tra i 133W (Cinebench R15 con dissipatore TS15A) e i 218W (Prime95 AVX-On con dissipatore AiO).

In entrambi i casi si tratta di valori bel al di sopra dei 95W di TDP pubblicizzati, ed in linea con quanto mostrato nelle recensioni di altre testate, come ad esempio TomsHW (204W in Prime95) o Guru3D (198W in WPrime).

In conclusione, nel caso vogliate sfruttare al massimo la CPU Core i9-9900K, vi consigliamo di acquistare un dissipatore certificato per almeno 210W, così da evitare al 100% i casi di throttling anche con i carichi di lavoro più pesanti.

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