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Last Update:
July 2006

ThermalControl

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Thermische Kontroll-Mechanismen im Griff

Mit ThermalControl können Sie die thermischen Kontroll-Mechanismen von Pentium 4, Pentium M und Xeon Prozessoren überwachen und konfigurieren. Sie können Prüfen, ob die Die-Temperatur innerhalb der empfohlenen Spezifikationen liegt und so feststellen, ob Ihr CPU-Kühler leistungsfähig genug ist. Sie können auch festlegen, welche Maßnahmen der Prozessor ergreifen soll, falls die Temperatur den Grenzwert überschreitet. Wenn Sie wollen, lassen Sie Ihre CPU immer mit Vollgas laufen, indem Sie die thermisch gesteuerten Drossel-Mechanismen deaktivieren. Dadurch können Sie den Prozessor erheblich beschleunigen - wir haben Steigerungen von bis zu 30% gemessen. Alternativ können Sie beispielsweise die Leistungsaufnahme des Prozessors reduzieren um Batteriestrom zu sparen und Ventilator-Lärm zu verringern.


Funktionen

1.Nutzen Sie Thermal Monitor 1, Thermal Monitor 2 oder weder noch

Sowohl Thermal Monitor 1 als auch Thermal Monitor 2 reduzieren die Leistungsaufnahme des Prozessors und kühlen ihn ab, indem sie ihn langsamer arbeiten lassen. Der ausgewählte Mechanismus wird aktiv, wenn eine thermische Diode auf dem Prozessor-Die eine Temperatur misst, die über einen bestimmten Grenzwert liegt. Die Ursache für eine zu hohe Temperatur ist eine unterdimensionierte Kühllösung – sie führt die abgegebene thermische Energie des Prozessors nicht schnell genug ab.

Falls der Prozessor durch Thermal Monitor 1 oder Thermal Monitor 2 ausgebremst wird, kann das deaktivieren der Kontroll-Mechanismen erhebliche Performance-Steigerungen bringen - in unseren Tests bis zu 30% mehr Tempo. Der Nachteil: Sie könnten dadurch die Lebensdauer des Prozessors verringern. ThermalControl bietet Ihnen die Wahl: brauchen Sie die höchste Performance, die Ihre CPU zu bieten hat, können Sie die Leistungsbremsen lösen – bestimmen Sie selber.

Wollen Sie statt höchster Rechengeschwindigkeit lieber die Gewissheit, dass Ihre CPU innerhalb der vom Hersteller spezifizierten thermischen Grenzen arbeitet? Dann müssen Sie eventuell zwischen mehreren Möglichkeiten wählen. Unterstützt Ihre CPU sowohl Thermal Monitor 1 als auch Thermal Monitor 2 ist im Allgemeinen Thermal Monitor 2 die bessere Wahl, weil es eine stärkere Reduktion der Leistungsaufnahme mit geringeren Performance-Einbußen erzielt.

Zu dieser Regel gibt’s eine Ausnahme: Unterstützt Ihr Prozessor zusätzlich Enhanced SpeedStep und benutzen Sie ein Betriebssystem wie Windows XP, ist womöglich die sicherste Möglichkeit eine Überhitzung der CPU zu verhindern, Thermal Monitor 1 mit Enhanced SpeedStep zu kombinieren. Enhanced SpeedStep arbeitet nämlich sehr ähnlich zu Thermal Monitor 2. Der unterschied ist nur, dass Enhanced SpeedStep nicht von einer thermischen Diode gesteuert wird, sondern per Software (dem Betriebssystem). Zu den Daten, die Windows XP nutzt, um Enhanced SpeedStep zu steuern, gehört wiederum die CPU Temperatur. Sie können Windows XP sogar so konfigurieren, dass es den Prozessor nur dann bremst, wenn die CPU-Temperatur zu hoch ist. Dazu müssen Sie lediglich in den „Energieoptionen“ der „Systemsteuerung“ das Energieschema „Dauerbetrieb“ wählen. Dann verhält sich Windows XP im Team mit Enhanced SpeedStep ungefähr wie Thermal Monitor 2. In diesem Szenario dient Thermal Monitor 1 als zusätzlicher Schutzmechanismus – sollte es nötig sein, können Enhanced SpeedStep und Thermal Monitor 1 gemeinsam agieren und fällt Enhanced SpeedStep beziehungsweise Windows XP aus, arbeitet immer noch Thermal Monitor 1.

2. Thermischen Status überwachen

Ein Symbol zeigt momentane Grenzwert-Überschreitungen an, ein zweites Symbol zeigt an, ob der Grenzwert in der Vergangenheit überschritten wurde (seit dem letzten Neustart). Sie können ThermalControl auch im Hintergrund laufen lassen, dann zeigt es den Status im Systray-Bereich der Taskleiste an.

3. On demand clock modulation verwenden

Auch diese Funktion reduziert die Leistungsaufnahme des Prozessors, indem es seine Arbeitsgeschwindigkeit senkt. Sie können diesen Mechanismus zum Beispiel benutzen, um einen besonders sparsamen und leisen PC aufzubauen (je geringer die Wärmeabgabe, umso weniger müssen Lärm verursachende Ventilatoren kühlen).

4. Enhanced SpeedStep

Mit Hilfe dieses Mechanismus kann Software (das Betriebssystem) die Taktfrequenz und die Versorgungsspannung des Prozessors festlegen. Unterstützt Ihr Prozessor Enhanced SpeedStep, zeigt ThermalControl den aktuellen Arbeitspunkt an. Im Prinzip können Sie diese Funktion auch ein- oder ausschalten, aber unserer Erfahrung nach ist bei vielen CPUs Enhanced SpeedStep fest verdrahtet und kann daher nicht deaktiviert werden.

5. Anzeigen von CPU-Informationen

Hier finden Sie die tatsächliche momentane Taktfrequenz, die CPU-Bezeichnung (Brand String) sowie Family, Type, Model, Stepping und die Version des verwendeten Microcode-Updates.

6. Steuerbar per Kommandozeile

Die meisten Funktionen von ThermalControl können Sie per Kommandozeile ansprechen. Sie können also beim Systemstart automatisch Ihre Lieblingskonfiguration laden oder verschiedene Profile für spezielle Anforderungen erstellen.


Voraussetzungen

Windows 2000, XP oder Server 2003 (32-Bit-Versionen)

Pentium 4, Pentium M oder Xeon Processor

Administrator Rechte


Thermische Grundprinzipien

Jahrelang war es Intels primäres Entwicklungsziel, Prozessoren mit hoch gezüchteten Taktraten vorzustellen. Grund: Hohe Taktraten ließen sich als gleichbedeutend zu hoher Rechenleistung verkaufen. Eine Auswirkung dieser Taktik ist, dass viele von uns CPUs in unseren PCs haben, die mehr als 100 Watt Leistung schlucken. 100 Watt sind recht viel – denken Sie zum Vergleich an eine 100-Watt-Glühbirne. Die wird richtig heiß, weil der größte Teil der aufgenommenen elektrischen Leistung in Wärme umgewandelt wird. Bei Prozessoren sind die Verhältnisse ähnlich, nur dürfen die nicht heiß werden. Zur hohen Leistungsaufnahme (und eventuell dadurch bedingter kurzer Batterielebensdauer) kommt also obendrein eine leistungsfähige Kühllösung, die dem Prozessor kühle Luft zufächert und dabei meist auch noch Lärm verursacht.

Drei Gleichungen sagen alles

I) P = C V2F

Das ist das Ohmsche Gesetz (P=Leistung, C=Kapazität, V=Spannung und F=Frequenz). Es sagt aus, dass die Leistungsaufnahme des Prozessors proportional zur Arbeitsfrequenz und mit dem Quadrat der Versorgungsspannung steigt.

II) ∂S/∂F > 0

Dieser Zusammenhang bedeutet, dass die Rechengeschwindigkeit S des Prozessors mit seiner Arbeitsfrequenz zunimmt.

III) ∂V/∂F > 0

Die erforderliche Versorgungsspannung des Prozessors nimmt mit der Arbeitsfrequenz zu.

Fazit

Zusammengenommen ergibt sich: Reduziert man die Arbeitsfrequenz, kann auch die Versorgungsspannung reduziert werden. Das spart Leistung aber verringert auch die Rechengeschwindigkeit des Prozessors.


Thermische Kontroll-Mechanismen

Um besser mit dem Problem der hohen Leistungsaufnahme und den damit verbundenen thermischen, lärmtechnischen und Batteriebedingten Schwierigkeiten zurechtzukommen hat Intel die Pentium 4, Pentium M und Xeon Prozessoren mit einer Reihe von Funktionen ausgestattet, die deren Temperatur und Leistungsaufnahme überwachen und regeln.


1. Notfall Abschalt-Mechanismus

In allen Pentium 4, Pentium M and Xeon Prozessoren vorhanden (eingeführt wurde diese Technik mit den CPUs der P6-Familie). Dieser Mechanismus ist für Software nicht sichtbar und arbeitet immer. Wenn eine thermische Diode auf dem Die eine sehr hohe Temperatur misst (um 125° Celsius), schaltet sich der Prozessor automatisch ab und das FSB-Signal THERMTRIP# wird und bleibt aktiv.

2. Thermal Monitor 1 & 2

Software kann zwischen der Überwachung durch Thermal Monitor 1, Thermal Monitor 2 oder keinem von beiden wählen. Um den Prozessor innerhalb von Intels Spezifikationen zu betreiben, muss einer der Mechanismen eingeschaltet sein. Wenn eine thermische Diode auf dem CPU-Die eine Temperatur misst, die oberhalb der empfohlenen Betriebstemperatur des Prozessors liegt, wird der ausgewählte Mechanismus aktiv und das PROCHOT# Signal wird gesetzt. Die Temperaturschwelle liegt um 100° Celsius und ist für Software weder sichtbar noch kann sie verändert werden. Das PROCHOT# Signal ist bidirektional in dem Sinne, dass es auch verwendet werden kann, um den ausgewählte Mechanismus von einer externen Hardware zu steuern. Fällt die Temperatur wieder unter den Grenzwert, wird der Mechanismus nach etwas Hysterese deaktiviert.

2a. Thermal Monitor 1

Dieser Mechanismus ist in allen Pentium 4, Pentium M and Xeon Prozessoren vorhanden. Wenn Thermal Monitor 1 aktiv ist, wird das Taktsignal des Prozessors moduliert, in dem es abwechselnd aus- und angeschaltet wird. Der Zeitanteil für den der Takt angeschaltet ist, heißt Duty-Cycle. Ein Duty-Cycle von 40% bedeutet also, dass das Taktsignal 40% der Zeit an und für die verbleibenden 60% aus ist. Der Duty-Cycle bei aktivieren Thermal Monitor 1 ist Prozessorspezifisch und ist typischerweise 30-50%.

2b. Thermal Monitor 2

Dieser Mechanismus ist in allen Pentium M sowie neueren Pentium M und Xeon Prozessoren vorhanden. Wenn Thermal Monitor 2 aktiv ist, reduziert der Prozessor seinen Arbeitstakt (FID) und fordert eine niedrigere Versorgungsspannung (VID) an. Den neuen Betriebspunkt (Arbeitstakt und Versorgungsspannung) muss Software entsprechend den Möglichkeiten der CPU vorgeben.

3. On demand clock modulation

Dieser Mechanismus ist in allen Pentium 4, Pentium M und Xeon Prozessoren vorhanden. On demand clock modulation funktioniert wie Thermal Monitor 1, nur mit dem Unterschied, dass es komplett per Software gesteuert wird. Ist es aktiv, wird das Taktsignal des Prozessors moduliert, in dem es abwechselnd aus- und angeschaltet wird. Der Duty-Cycle (der Zeitanteil mit angeschaltetem Takt) wird per Software bestimmt. Mögliche Werte liegen im Bereich von 12,5% bis 87,5%.

4. Enhanced SpeedStep

Dieser Mechanismus ist in allen Pentium M sowie neueren Pentium 4 und Xeon Prozessoren vorhanden. Enhanced SpeedStep funktioniert beinahe wie Thermal Monitor 2, nur wird es komplett per Software gesteuert. Ist es aktiv, muss eine Software den neuen Betriebspunkt (Arbeitstakt und Versorgungsspannung) entsprechend den Fähigkeiten des Prozessors vorgeben.

5. Thermische Diode

Alle Pentium 4, Pentium M und Xeon Prozessoren haben auf dem Die eine zweite thermische Diode, die für Software nicht sichtbar ist. Ihr Signal (THERMDA, THERMDC) kann von einem externem Analog/Digital-Wandler ausgewertet werden, der meist auf der Hauptplatine untergebracht ist. Das Dioden-Signal gibt aber nicht unbedingt die Temperatur der heißesten Stelle auf dem Die wider. Grunde dafür sind Ungenauigkeiten des Sensors und Temperatur-Gradienten auf dem Die.

Bild der deutschen Flagge
Bild der amerikanischen Flagge