Cool'n'Quiet - mějte tiché PC

Technická stránka věci aneb co je pod povrchem

Procesor Athlon 64 podporuje násobiče externí frekvence 4x až 25x (6bit enkódování). Při zapnutí se procesor nastaví na startovní násobič a napětí, jejichž hodnoty má uloženy ve své vnitřní konfiguraci. U současných procesorů je po startu nastavena nejvyšší možná frekvence a standardní napětí.

Ve Windows přebere ovládání driver. Ten si z procesoru zjistí maximální násobič a napětí a z datového bloku uvnitř BIOSu potřebné charakteristiky základní desky - především stabilizační dobu napěťového regulátoru a napěťové / frekvenční kombinace procesoru. Pro správný chod technologie Cool'n'Quiet je proto nutné aktualizovat BIOS. Jestliže driver nenajde příslušné charakteristiky, nebude fungovat! V horším případě bude dokonce fungovat špatně.

Po vyhodnocení možných stavů driver zkontroluje zatížení procesoru a naprogramuje Model Specific Registers. Procesor se postará o zbytek, změní svojí frekvenci změnou násobiče a zasignalizuje napěťovému regulátoru požadavek na změnu napětí.

Násobiče a jejich změna

Změna násobičů má ale jedno úskalí - procesor umí měnit jen o jeden násobič nahoru nebo dolů v jednom průchodu. Při nastavení násobiče jiného než sousedního s aktuálně používaným dojde k havárii systému. Změna proto není okamžitá, je nutné měnit frekvenci postupně.

Inženýři v AMD proto vytvořili dvě sady násobičů - nízké a vysoké. Nízké násobiče jsou 4x až 7x, vysoké od 8x výše. Rozdíl je v tom, že nízké násobiče se tváří jako dvojnásobek své hodnoty, zatímco vysoké ne:


Pro změnu násobičů za chodu je důležitý násobič v kolonce VCO. Zde nesmí dojít ke změně o více než jeden násobič. Jaká bude změna v reálném násobiči, není důležité.

Nejlépe se celý mechanismus dá pochopit na příkladu. Vezměme jako příklad procesor Athlon 64 3200+ s frekvencí 2000 MHz, u kterého chceme snížit frekvenci na nejnižší možnou hodnotu - na 800 MHz. Driver nejdříve sníží násobič z hodnoty 10x na 9x (1800 MHz) a dále pak na 4x (800 MHz). Změny násobičů budou vypadat takto:


Způsob je to v podstatě geniální - dvakrát se změní násobič a frekvence procesoru při tom poklesne o 60 procent. Málo změn násobičů je nutných kvůli rychlost - například stabilizace napětí při jednom kroku trvá cca. 100 mikrosekund (milióntin vteřiny - při frekvenci 2 GHz je to promrhaných cca. 200 tisíc hodinových cyklů), stejně tak i změna napětí vyžaduje stabilizaci frekvenčního generátoru uvnitř procesoru. Všechny tyto transakce stojí čas a tento promrhaný čas snižuje výpočetní výkon. I přesto, že změna násobičů je v procesorech Athlon 64 jedna z nejrychlejších vůbec (starší procesory byly mnohem pomalejší, využívaly často speciálních úsporných režimů - Athlon 64 se proti tomu přepíná za plného chodu), i tak je vždy něco za něco.

Bohužel i rozdělení na nižší a vyšší násobiče má svá ale. Tím nejhlavnějším je absence nízkých násobičů na níže taktovaných procesorech. Tak např. onen zmíněný Athlon 64 3200+ může přejít z vyšších násobičů na frekvenci 8x (1600 MHz) a z nižších na 4x a 5x (1000 MHz). Na násobiče 6x a 7x se není možné přepnout, protože tyto násobiče vyžadují pro přepnutí z vysokých násobičů minimálně 11x, resp. 13x (jejich VCO reprezentace je 12x, resp. 14x). Už jenom z toho důvodu, že procesor zablokuje všechna nastavení vyšší než maximální násobič, není možné takové násobiče nastavit. Frekvence 1200 MHz tak zůstane skrytá až do uvedení Athlonu 64 3400+ a frekvence 1400 MHz nebude dostupná až do doby, než se objeví Athlon 64 s frekvencí 2600 MHz. Stejně tak je problematické i to, že vysoce taktované procesory nad 3 GHz budou muset procházet hodně z vysokých násobičů, než dosáhnou nejbližšího bodu pro přepnutí do nízkých.

Výsledky úspory energie

Na závěr se podělím o v současnosti veřejně nedostupné údaje z dokumentace. Konkrétně se jedná o dokument AMD Athlon 64(tm) 64 Processor Power and Thermal Data Sheet:



Ve starší, dnes již z webu stažené revizi dokumentu, byl omylem uveden i procesor Athlon 64 3400+:



Hodnoty pro Athlon 64 3200+ si můžete bez problémů stáhnout, 3400+ by měl být uveden někdy ke konci roku (mluví se o listopadu).

Zde je vidět, jak procesor dokáže regulovat svojí spotřebu. Při maximální frekvenci mají oba čipy spotřebu až 89W (včetně integrovaného řadiče pamětí). Pro každý z nich jsou definované jiné garantované P-States (Power States - frekvenční / napěťové kombinace). 3200+ má garantován režim 1800 MHz při 1.4V (66W) a 800 MHz při 1.3V (35W), zatímco 3400+ má garantováno 2000 MHz při 1.4V (70W) a 800 MHz při 1.3V (35W). V obou případech se jedná o asi nejlepší procesory dneška z hlediska poměru spotřeba / výpočetní výkon. A můj názor je ten, že 800 MHz bude stačit na většinu činností včetně přehrávání filmů v MPEG-4.

I kdyby se někomu právě tyto režimy nelíbily, je možné pomocí jiného software než toho od AMD nastavovat režimy podle libosti. Jediný limitující faktor je maximální násobič a napětí, to procesor nedovolí překročit. A pochopitelně kde sehnat onen zázračný software. Povzbuzující zpráva na závěr: pracuji na tom....