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Física, Ivy Bridge y la lenta muerte del overclocking

Condiciones de uso.

En las semanas posteriores al lanzamiento de Ivy Bridge, se supo que Intel usó pasta térmica entre el esparcidor de calor de la CPU y el troquel real, en lugar de la soldadura sin flujo que debutó con Prescott y adoptó para las CPU posteriores. Esto, combinado con la evidencia de que IVB se calienta muy rápidamente cuando se hace overclock, ha dado lugar a muchos lamentos y crujir de dientes en ciertas partes de la comunidad de entusiastas, a pesar de contradictorio evidencia sobre si quitar el difusor de calor realmente marca la diferencia.

Al acecho detrás de la cuestión de si es importante quitar o no el esparcidor de calor (y es perfectamente razonable pensar que al menos pudo marcar la diferencia) es una triste verdad: el overclocking se va a ir, y no porque Intel eligió la sustancia pegajosa en lugar de la soldadura esta vez. El problema es sistémico; una consecuencia del hecho de que, aunque la ley de Moore todavía funciona, la escala de Dennard, la regla que decía que los transistores más pequeños usarían proporcionalmente menos energía, comenzó a fallar hace años.

Para tener una idea de la raíz del problema, considere la densidad de transistores de Nehalem, Sandy Bridge e Ivy Bridge.

Densidad del transistor

Habla de la destreza de fabricación de Intel que la compañía ha logrado escalar la densidad de transistores de la forma en que lo ha hecho al tiempo que reduce el TDP a velocidades de stock, pero una mayor densidad fomenta la formación de puntos calientes en la matriz. La relación es proporcional: cuanto más pequeña es la matriz, menos área de superficie ocupa cada componente. Las superficies más pequeñas significan menos área en contacto con el esparcidor de calor. No existe una forma sencilla de «arreglar» el hecho de que los puntos calientes se están calentando a medida que se encogen las superficies del dado. El otro factor que trabaja en contra de Ivy Bridge es que, a medida que los nodos del proceso se contraen, la cantidad de resistencia (calor) generada a un voltaje dado también aumenta. Aumentar el voltaje para alcanzar velocidades de reloj más altas solo exacerba esta tendencia. Esto hace que las temperaturas centrales suban bruscamente.

Es un hecho establecido desde hace mucho tiempo que las CPU construidas en procesos más pequeños requieren menos voltaje y responden más bruscamente a aumentos más pequeños, pero la diferencia entre Nehalem a 45nm e Ivy Bridge a 22nm es sorprendente. Nuestro plan original era comparar la relación entre el voltaje de la CPU, el consumo de energía y la frecuencia en Nehalem (45nm), Sandy Bridge (32nm) e Ivy Bridge (22nm). Desafortunadamente, intervinieron problemas técnicos imprevistos. Como resultado, nos hemos visto obligados a fusionar nuestros propios datos de Nehalem con las pruebas realizadas por Anandtech (AT) y Informe técnico (TR), y hemos limitado la comparación a Nehalem e IVB. Si bien esto significa que nuestros datos ya no están estrictamente controlados, tenemos fe en las mediciones de los otros dos sitios y la diferencia entre los dos no es sutil.

Nuestro sistema Nehalem fue construido usando la placa base Big Bang de MSI; un entusiasta diseño X58 que presentaba un menor consumo de energía y fuertes funciones de overclocking. Usamos una Radeon 5750 de gama baja y solo 2 GB de RAM para minimizar el consumo de energía y reducir el impacto de los componentes que no son de la CPU al comparar entre generaciones de productos.

Según los datos de AT y TR, el (Ivy Bridge) Core i7-3770K consume ~ 120W a su velocidad estándar de 3.5GHz. Esa es una mejora considerable con respecto a nuestro (Nehalem) Core i7-920, que consumió 161W a plena carga. A 4.6GHz, el consumo de energía de IVB casi se ha duplicado, a 204W. En el máximo de 4.9GHz de Tech Report, el consumo de energía del chip ha aumentado a 236W.

Compare Ivy Bridge con Nehalem cuando normalizamos los conjuntos de datos para mostrar aumentos proporcionales.

Puente de hiedra contra Nehalem

En los gráficos X-eje, el 40% se refiere a IVB, el 53% se refiere a Nehalem. Esto es menos exacto de lo que queríamos, pero la línea de mejor ajuste que pudimos construir dados conjuntos de datos dispares. A 4GHz, un overclock un poco por encima del 50%, nuestro i7-920 consumió ~ 275W. A 4.9GHz, Ivy Bridge de Tech Report consumió 236W.

Centrándose en la potencia, en lugar de la temperatura, pinta una imagen más clara de cómo se desarrolla la mayor densidad térmica de Ivy Bridge en la vida real. Centrarse en la pasta térmica del chip oscurece las grandes tendencias. Dado que el overclocking basado en bus ha seguido en gran medida el camino de dgodo y AMD no pudo ofrecer un desafío entusiasta a Intel, los días de comprar un chip de gama baja y aumentar el reloj entre un 30 y un 50% para compensar han desaparecido. Los productos de escritorio de Intel ahora se diferencian en gran medida por el recuento de núcleos, Hyper-Threading y tamaños de caché en lugar de la velocidad del reloj.

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