بررسی تاثیر دما بر روی عملکرد سی‌پی‌یو‌های اینتل

اگر به دنبال اطلاعات معتبر درمورد اینکه چه مقدار خنک شدن برای سی‌پی‌یو کامپیوتر لازم است هستید، برای پیدا کردن جواب مناسب تحت‌فشار خواهید بود. همه ما می‌دانیم که همه پردازنده‌های مدرن به درجات مختلفی از خنک شدن، به‌صورت مداوم نیاز دارند. اطلاعات خیلی کمی درمورد تأثیر دماهای مختلف بر کارکرد انواع سی‌پی‌یو وجود دارد.

سی‌پی‌یوهای قدیمی در صورت داغ شدن از کار می‌افتادند، درحالی‌که مدل‌های جدیدتر فرکانس خود را بر اساس موارد مختلفی مثل دما تنظیم می‌کنند تا از خرابی جلوگیری شود. به همین علت اگر دمای سی‌پی‌یو به میزان خاصی برسد دیگر نمی‌توان از حداکثر توانایی‌اش استفاده کرد، زیرا مشغول محافظت از خودش است.

اما این دمای مشخص چیست؟ آیا برای استفاده حداکثری از سی‌پی‌یو باید از دستگاه‌های خنک‌کننده با مایع و آخرین فنّاوری استفاده کرد؟ یا خنک‌کننده‌ای که همراه با بسیاری از سی‌پی‌یوها عرضه می‌شود کافیست؟

در این مقاله ما به این سؤالات و موارد دیگر پاسخ خواهیم داد.

سی‌پی‌یوها چگونه باید تحت تأثیر دما قرار بگیرند

سی‌پی‌یوهای پیشرفته می‌توانند فرکانس کارکرد خود را با استفاده از برخی فنّاوری‌ها، برای کم کردن مصرف برق یا در صورت نیاز، استفاده حداکثری از توان خود تغییر دهند.

اولین فنّاوری مورداستفاده توسط سی‌پی‌یوها Turbo Boost (یا Turbo Core برای پردازنده‌های ای‌ام‌دی APU/CPU) است. بنا به صفحه موجود برای فنّاوری توربو بوست نسخه ۲ از اینتل، پنج عامل مختلف، بر میزانی از افزایش فرکانس که یک سی‌پی‌یو با استفاده از فنّاوری توربو بوست می‌تواند به آن دست یابد تأثیرگذار است: نوع کار، تعداد هسته‌های فعال، دمای پردازنده، میزان مصرف برق تخمینی و جریان مصرفی.

در این مقاله عامل دما، اصلی‌ترین عاملی است که می‌خواهیم در موردش صحبت کنیم.

شاید انتظار داشته باشید که هرچه سی‌پی‌یو داغ‌تر باشد، توربو بوست هم کمتر دخالت کند، اما در واقعیت یک سی‌پی‌یوی اینتل که با حجم کار بسیار بالایی روبروست، تا جایی که چهار عامل دیگر اجازه دهند، با حداکثر مقدار به کار خود ادامه می‌دهد تا جایی که به آخرین دمای ممکن سی‌پی‌یو برسد.

البته سی‌پی‌یوها، سیستم امنیتی قوی برای محافظت در مقابل دما دارند، اگر سی‌پی‌یو با دمایی بالاتر از مقدار مجاز شروع به کار کند فرکانس کاری خود را برای جلوگیری از اشتباهات جبران‌ناپذیر پایین می‌آورد. عجیب است که دمای مجاز برای توربو بوست و محافظت در مقابل دما در سی‌پی‌یوهای اینتل هردو ۱۰۰° c است – که به خاطر سپردنش را هم آسان‌تر می‌کند؛ به‌عبارت‌دیگر تا وقتی‌که سی‌پی‌یو به دمای صد درجه سانتی‌گراد برسد شما باید ۱۰۰٪ آن را در حالت آماده‌به‌کار ببینید؛ اما اگر به این دما برسد کم‌کم از کارایی خود کم می‌کند تا به دمای مناسب برسد.

چطور خنک شدن بر کارایی سی‌پی‌یوهای اینتل تأثیر می‌گذارد

همه‌ی ما از تجربه و آزمایش‌های مشخص می‌دانیم که سی‌پی‌یوهای پیشرفته اینتل (حداقل سندی بریج، آیوی بریج و Haswell) می‌توانند با بالاترین فرکانس توربو بوست تا دمای ۱۰۰° به کار خود ادامه دهند. درحالی‌که ممکن است بین کارایی یک سی‌پی‌یو که در دمای ۳۰° کار می‌کند با دیگری که دمای ۹۵° دارد تفاوت وجود داشته باشد، آزمایش‌ها نشان داده که این تفاوت بسیار ناچیز است. در حقیقت بعد از اجرا کردن بنچمارک‌های مختلف می‌توان به این نتیجه رسید که هیچ تفاوتی در کارکرد ندارند.

تنها چیزی که ما می‌توانیم اندازه بگیریم این است که زمانی که دمای یک سی‌پی‌یو به صد درجه نزدیک می‌شود، چه اتفاقی می‌افتد. به این منظور یک سی‌پی‌یو اینتل Core i7 4790 را با استفاده از خنک‌کننده‌ی سی‌پی‌یوی Silent Spirit Rev. 2 که به یک کنترل‌کننده‌ی سرعت فن دستی PWM متصل بود خنک کردیم. با استفاده از بنچمارک Linpack (که در جوامع علمی بسیار استفاده می‌شود) و کم کردن سرعت فن به آرامی و مقادیر بسیار کم، نتایج linpack را به همراه نتایج برنامه CoreTemp برای به دست آوردن دما و فرکانس سی‌پی‌یو ثبت کردیم.

ازآنجاکه آخرین مقدار دمای مجاز برای سی‌پی‌یوهای اینتل 100 درجه است، می‌توان با استفاده از اندازه گرفتن زمانی که سی‌پی‌یو در دمای بیشتر از 99 درجه کار می‌کند میزان داغ شدن بیش‌ازحد را تعیین کرد.

نتایج این آزمایش‌ها حیرت‌آور است، زیرا درحالی‌که کم‌ترین فرکانس عملکرد سی‌‌پی‌یو با رسیدن به 100 درجه سریعا کاهش می‌یابد، ولی میانگین فرکانس بیشتر از 0.1 GHz کاهش پیدا نمی‌کند، مگر تا وقتی که بیشتر از 30٪ از زمان را بیش‌ازحد داغ مانده باشد. در حقیقت سی‌پی‌یوهای اینتل به طرز عجیبی به خوبی این مقدار از گرما را با کاهش اندکی در میانگین فرکانس تحمل می‌کنند.

درحالی‌که این راه خوبی برای فهمیدن اینکه ازنقطه‌نظر فرکانس چه اتفاقی می‌افتد بود، حالا می‌خواهیم بدانیم چگونه بر کارایی در دنیای واقعی تأثیر می‌گذارد. به این منظور نتایج کارایی linpack را ثبت کردیم تا نشان دهیم پیامدهای عملکرد داغ شدن بیش‌ازحد چیست:

Linpack یکی از استوارترین بنچمارک‌های سی‌پی‌یو که تابه‌حال دیده‌ایم است و Intel Core i7 4790 با توجه به کاری که برایش در نظر گرفتیم، باید امتیاز 190 گیگا فلاپی می‌گرفت (فلاپ واحد تعیین کارایی یک کامپیوتر است). نکته جالب اینجاست که نتایج Linpack از این آزمایش تقریباً با گراف قبلی برابر است و این حقیقت را نشان می‌دهد که ازنقطه‌نظر کارایی سی‌پی‌یو، کارایی‌اش با میانگین فرکانس رابطه مستقیم دارد.

خب همه‌ی این‌ها به چه معنی است؟ سی‌پی‌یوهای اینتل به صورت فنی در دمای بالا نیز پایدار هستند و این یعنی تا زمانی که سی‌پی‌یو زیر 100 درجه قرار داشته باشد، می‌توان انتظار کارکرد کامل از آن‌ها داشت. درعین‌حال اگر سی‌پی‌یو گاهی اوقات به 100 درجه هم برسد، کاهش زیادی در کارکردش مشاهده نخواهد شد، مگر اینکه 20٪ زمان را با دمای بشتر از 99 درجه سپری کرده باشد.

آیا فن همراه با سی‌پی‌یو کافیست؟

درحالی‌که اطلاعات از قسمت قبل جالب است، شاید تفسیر کردن آن در دنیای واقعی مشکل باشد. برای درک بهتر، ما دقیقاً آزمایش linpack را تکرار کردیم و فقط به جای تغییر میزان خنک‌سازی به‌صورت دستی، از دو خنک‌کننده‌ی سی‌پی‌یوی متفاوت استفاده کردیم. یکی فن موجود همراه با Intel Core i7 4790 و دیگری فن ارزان‌قیمت Master Hyper TX3 که تنها حدود 20 دلار قیمت داشت. برای هرچه بیشتر طبیعیتر کردن شرایط، مادر بورد Asus Sabertooth Z97 Mark II، سی‌پی‌یو Intel Core i7 4790، رم 4x Kingston HyperX LoVo DDR3-1600 4GB و کارت گرافیک Nvidia GeForce GTX 980 را در کیس Fractal Design Define R4 قرار دادیم و فن‌های اصلی با 5 ولت کار می‌کردند.

همان‌طور که در گراف بالا می‌بینید حتی یک خنک‌کننده سی‌پی‌یوی ارزان‌قیمت مثل CM Hyper TX3، می‌تواند دمای یک سی‌پی‌یوی در حال کار را به شدت پایین بیاورد. درحالی‌که خنک‌کننده‌ی عرضه‌شده همراه با سی‌پی‌یو، در طول اجرا شدن بنچمارک اجازه می‌دهد که دما به صد درجه هم برسد، اما با CM Hyper TX3 دما نهایتاً تا 80 درجه رفت. برای اینکه تفهیم اینکه سی‌پی‌یو چقدر داغ می‌کرد، می‌توان گفت که خنک‌کننده‌ی همراه با سی‌پی‌یو اجازه می‌داد که 20٪ اوقات را بالاتر از دمای 99 درجه کار کند.

با توجه به گراف‌های قسمت قبل، باید انتظار کاهش کارایی قابل‌اندازه‌گیری و البته کوچکی را با خنک‌کننده‌ی همراه با سی‌پی‌یو داشته باشیم. با این خنک‌کننده، سی‌پی‌یو 20٪ کندتر از زمانی که از CM Hyper TX3 استفاده کند، کار می‌کرد. نکته دیگر اینکه این کاهش در کارایی، تقریباً با گراف‌های کارایی که از سی‌پی‌یو انتظار داشتیم برابر است.

نتیجه

نتایج این آزمایش‌ها را می‌توان در سه نکته‌ی زیر خلاصه کرد:

سی‌پی‌یوهای پیشرفته اینتل با سرعت کامل تا دمای 100 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند (به‌علاوه استفاده از توربو بوست با توجه به هسته‌ها و میزان کار).

حتی با رسیدن به 100 درجه سانتی‌گراد کارایی زیاد تغییر نخواهد کرد، مگر اینکه 20٪ از زمان را بالای 99 درجه سپری کرده باشد.

درحالی‌که سیستم خنک‌کننده‌ی همراه با سی‌پی‌یو تنها 20٪ کاهش در کارایی را به همراه دارد، هزینه کردن برای سیستم خنک‌کننده‌ی جداگانه دما را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

رک و پوست‌کنده ما از کنار آمدن سی‌پی‌یوهای پیشرفته اینتل با دماهای بالا شگفت‌زده شدیم. آن‌ها تا دمای 100 درجه به‌خوبی کار می‌کنند و حتی بعد از آن تغییر زیادی در کارایی‌شان احساس نمی‌شود، مگر اینکه زمان زیادی را با آن دما سر کرده باشند. ولی مطمعنا اینکه اجازه بدهید سی‌پی‌یو در آن دما به کار بپردازد را تایید نمی‌کنیم. این مقاله با توجه به کارایی نوشته شده، اما شاید دلایل بسیار دیگری که مبنی بر کارایی نیستند، برای اینکه از سی‌پی‌یو در دماهای بالاتر استفاده کنید وجود داشته باشد.

قطعات الکترونیکی حساس مثل سی‌پی‌یو، عمر مفید مشخص دارند و استفاده از آن‌ها در دماهای بالاتر این عمر مفید را کم می‌کند. پس اگر نمی‌خواهید بهانه‌ای برای اینکه زودتر سیستمتان را به‌روز کنید داشته باشید، سعی کنید اجازه ندهید سیستم خیلی داغ کند.

در قطعات سخت‌افزاری کامپیوتر، دمای بالا باعث خرابی‌های کوچک و بزرگ می‌شود. این خرابی‌ها شامل هر چیزی مثل کارایی کمتر به خاطر خطاهایی که باید تصحیح شوند، خرابی اطلاعات یا حتی صفحات آبی که معنای ایرادات بزرگتری را می‌دهند می‌شود.

قسمت سخت اینجاست که اگر فقط بگوییم دمای کمتر بهتر است، وقتی‌که یک کامپیوتر را به‌صورت یک کل در نظر بگیریم، راه زیادی ساده‌ای را برای بررسی دمای سی‌پی‌یو انتخاب کردیم. می‌توانید از حلقه‌های خنک‌کننده‌ی مایع، فن‌های با جریان بالا و حتی چیزهایی مثل نیتروژن مایع، برای به‌خوبی خنک نگه داشتن سی‌پی‌یو استفاده کنید، اما این روش‌ها بسیار گران، سنگین، خیلی پر سروصدا یا ترکیبی از این‌ها هستند. در واقعیت، به‌طورکلی بهتر است که اجازه دهیم سی‌پی‌یو اندکی گرم شود تا میزان خنک شدن و گرمای تولیدشده توسط سی‌پی‌یو باهم به‌درستی در تعادل باشند.

به‌عنوان مثال Corsair Hydro H60 یک خنک‌کننده سی‌پی‌یو با حلقه‌ی بسته، فوق‌العاده مناسب برای بیشتر سی‌پی‌یوهای با ولتاژ بالای Puget است، اما به درد Intel Core i3 که با ولتاژ پایین کار می‌کند نمی‌خورد. سی‌پی‌یو را به خوبی خنک نگه می‌دارد اما بسیار پرسروصدا، پیچیده (به علت مایع و پمپ) و گران‌تر از مقدار لازم خواهد بود. در عوض یک CM Hyper TX3 یا Gelid Tranquillo (اگر می‌خواهید که سیستم بازهم کمتر صدا بدهد) با اینکه سی‌پی‌یو در زمان پرکاری با دمای بالاتری کار خواهد کرد، جفت بسیار بهتری است.

یک قانون کلی برای سیستم‌های معمولی این است که درصورتی‌که برای مدتی به‌شدت کار کنند، دما باید حدود 80 – 85 درجه باقی بماند. این‌گونه سی‌پی‌یو فضایی برای افزایش دما خواهد داشت، خیلی روی عمرش تأثیر نمی‌گذارد، سیستم کاملاً پایدار مانده و بخشی از توانش به خنک شدن اختصاص نمی‌یابد. البته دماهای پایین بهتر هستند اما اگر به دنبال عدد هستید دمای 80 – 85 درجه مقدار عمومی مناسبی است.

منبع: فارنت

تماشاخانه

هیجان و جنون یکی از پرفرازونشیب‌ترین روزهای خرید / بلک فرایدی یا جمعه سیاه چطور به وجود آمد؟ (فیلم)

شکوه فرش ایرانی از دوره صفوی در اروپا ؛ هیجان مدیر گالری کریستی هنگام تعریف کردن را ببینید (فیلم)

فیلم های دیگر