Такой разгон нам не нужен. Терзаем AMD Ryzen Threadripper 3970X и материнскую плату MSI Creator TRX40

Компании AMD удалось всколыхнуть рынок высокопроизводительных систем и рабочих станций – семейство Threadripper третьего поколения стало новым «золотым стандартом» в сегменте HEDT. Мы подробно говорили о преимуществах этих процессоров в обзоре 24-ядерного Threadripper 3960X и 32-ядерного 3970X, а также в обзоре исполинского 64-ядерного Threadripper 3990X. Однако один из вопросов, которые интересуют потенциальных пользователей таких процессоров, всё-таки ускользнул от нашего внимания: мы так и не посмотрели на то, что могут получить от новых Threadripper энтузиасты-оверклокеры.

Тем не менее, как оказалось, этот вопрос волнует многих. Поэтому проверке того, можно ли из процессоров, которые и так уже владеют короной производительности, выжать еще хоть что-нибудь, мы решили посвятить отдельный материал.

Благо для этого нашёлся хороший дополнительный повод. В лабораторию 3DNews поступила флагманская материнская плата MSI Creator TRX40, в которой предметом особой гордости компании-производителя служит могучая подсистема питания, готовая к любым испытаниям даже такими прожорливыми процессорами, как Threadripper третьего поколения.

Для экспериментов по разгону мы выбрали 32-ядерную модель Threadripper 3970X стоимостью $1 999. Этот процессор, как и его собратья, имеет показатель TDP на уровне 280 Вт и номинальную частоту 3,7 ГГц. Однако благодаря технологии Precision Boost его частота может автоматически повышаться до 4,5 ГГц в случае невысоких нагрузок. Такие характеристики заставляют думать, что тут всё выкручено на максимум самой AMD, без нас. Но всё же дополнительная проверка не помешает, ведь встречаются же в Сети упоминания о том, что кому-то удалось вывести 16-ядерный Ryzen 9 3950X на рубеж 4,2-4,3 ГГц при сохранении полной стабильности и возможности его повседневной эксплуатации в таком режиме. Может быть, на что-то подобное способен и Threadripper 3970X? Проверим.

⇡#Платформа для экспериментов: обзор материнской платы MSI Creator TRX40

Выбор правильной материнской платы для высокопроизводительной HEDT-платформы – очень ответственный процесс, особенно если иметь в виду её последующий разгон. Такая плата должна иметь качественную подсистему питания и обеспечивать полный спектр современных возможностей. Кроме того, наверняка многим захочется, чтобы она была выполнена в профессиональной, а не геймерской стилистике и выделялась бы, например, надёжностью, а не вычурным внешним видом и не всегда уместной RGB-подсветкой. Некоторые производители материнских плат учли подобные запросы и представили для процессоров Threadripper особые платформы, ориентированные на серьёзную профессиональную аудиторию и высокопроизводительные рабочие станции.

Хорошим примером служит MSI Creator TRX40, которую мы и выбрали для наших экспериментов.

В дополнение к спецификации приведём также схему расположения компонентов на плате.

У MSI Creator TRX40 имеется несомненный плюс: на ней есть одновременно четыре полноразмерных слота PCIe 4.0 x16, которые независимо ни от чего работают в режимах x16/x8/x16/x8, и три слота M.2, поддерживающие накопители с интерфейсом PCI Express 4.0 x4.

При этом в комплект поставки платы добавлена дочерняя плата MSI Xpander-Aero Gen4, которая позволяет установить в систему ещё четыре M.2-накопителя с интерфейсом PCI Express 4.0 x4, задействовав один из слотов PCIe x16. Таким образом, систему на базе MSI Creator TRX40 можно оборудовать несколькими графическими ускорителями (ускорителями вычислений) или же оснастить очень мощной подсистемой хранения данных.

Другое важное достоинство MSI Creator TRX40 состоит в том, что эта плата полностью совместима со всем модельным рядом процессоров Ryzen Threadripper третьего поколения, в чём мы убедились воочию, когда делали обзор 64-ядерного Threadripper 3990X. Про это приходится упоминать отдельно из-за того, что, как выяснилось, многие Socket sTRX4-материнские платы, выпущенные в прошлом году, оказались несовместимыми со старшей моделью Threadripper в полной мере. С MSI Creator TRX40 в этом отношении всё нормально: она тянет как 24- и 32-ядерные, так и 64-ядерные процессоры.

Рассматриваемая плата MSI выполнена в E-ATX-форм-факторе и имеет монохромную расцветку, строгость которой подчёркивается блестящими металлическими планками, усиливающими слоты PCIe и DIMM. Большую часть поверхности платы закрывают радиаторы и кожухи. Система охлаждения чипсета совмещена с теплорассеивающими пластинами, закрывающими NVMe-накопители, и снабжена вентилятором, который традиционно для MSI несколько выдвинут из зоны системы охлаждения первичного графического ускорителя. Кожух, закрывающий заднюю панель платы, совмещён с дополнительным радиатором подсистемы питания и несёт на себе единственную яркую деталь в оформлении платы – акриловую вставку с конфигурируемой RGB-подсветкой.

Наличие в названии слова Creator материнская плата MSI отрабатывает не только дизайном и большим числом слотов. Ещё одна её особенность – наличие сразу трёх сетевых контроллеров. Двух проводных – 10-гигабитного Aquantia AQC107 и привычного гигабитного Intel I211-AT, а также беспроводного Intel AX200, работающего по стандарту Wi-Fi 6 и обеспечивающего пропускную способность до 2,4 Гбит/с. Если гигабитными контроллерами и Wi-Fi 6 сегодня никого уже не удивишь, то применение чипа Aquantia AQC107 – достаточно серьёзный козырь. Даже среди флагманских плат подобная функциональность встречается нечасто.

При знакомстве с платами под Threadripper третьего поколения большое внимание следует уделять тому, как на них устроен конвертер питания. Тепловой пакет HEDT-процессоров AMD установлен в 280 Вт, но при включении функции Precision Boost Override или при ручном разгоне энергопотребление таких процессоров может легко оказаться в полтора-два раза выше. Поэтому плат с недостаточно качественным VRM следует избегать, особенно если в планах есть эксплуатация Threadripper за пределами номинального режима.

На этом этапе никаких претензий к MSI Creator TRX40 у нас не возникло. Конвертер питания на данной плате основывается на новом 16-фазном ШИМ-контроллере Infineon XDPE132G5C, при этом в каждом его канале применён силовой каскад Infineon TDA21472 с предельной мощностью 70 А. Таким образом, на Creator TRX40 оказалась собрана абсолютно полноценная 16-фазная схема питания, способная выдать в общей сложности ток до 1120 А. К этому нужно добавить, что ещё три независимых фазы, управляемых ШИМ-контроллером International Rectifier IR35204, выделено на питание процессорной SoC. И в общей сложности это – наилучший вариант VRM, который встречается сегодня на Socket sTRX4-платах, что позволяет отнести MSI Creator TRX40 к числу флагманов.

Схема питания процессора требует для своей работы подключения двух 8-контактных 12-вольтовых силовых разъёмов. За отвод тепла от её греющихся компонентов отвечает сложная система радиаторов. Главный из них, который установлен на силовых каскадах TDA21472, собран из нанизанных на тепловую трубку тонких алюминиевых пластин и расположен по верхнему краю платы. Второй радиатор, сообщающийся с первым тепловой трубкой, — это кожух задней панели. Он сделан из алюминия и помогает рассеивать тепло благодаря своей массивности и достаточно сложной форме.

В дополнение к этому инженеры MSI соединили тепловой трубкой радиатор VRM с радиатором чипсета. В результате вся система охлаждения на плате фактически представляет собой единое целое.

Спроектировав столь замысловатую систему радиаторов, разработчики Creator TRX40 рискнули отказаться от размещения дополнительного вентилятора под кожухом задней панели, да и вентилятор на чипсете работает эпизодически, лишь когда температура микросхемы под ним возрастает свыше 60 градусов, что на практике бывает нечасто.

Казалось бы, за такую заботу об акустическом комфорте пользователя рассматриваемую плату стоило бы похвалить. Но нет. Как показала проверка, несмотря на все ухищрения, полностью эффективной систему охлаждения на MSI Creator TRX40 посчитать невозможно. Например, с 32-ядерным процессором Threadripper 3970X, работающим на частоте 4,0 ГГц при напряжении 1,25 В, нагрев схемы питания в процессе тестов, по данным собственного датчика платы, достигал 110 градусов.

Хотя такой нагрев и не приводил к троттлингу, тепловой снимок верхней части платы показывает, что в процессе работы сильнее всего нагревается зона в левом верхнем углу платы, где радиатор не полностью закрывает катушки индуктивности, и температура в их окрестности может доходить до пугающей величины в 120-125 градусов.

Нужно иметь в виду, что 125 градусов – это предельно допустимый нагрев силовых каскадов TDA21472. Поэтому эксплуатировать MSI Creator TRX40 без дополнительного обдува зоны VRM крайне не рекомендуется, по меньшей мере в тех случаях, когда процессор работает за пределами номинального режима.

Благо с подключением к Creator TRX40 дополнительных вентиляторов проблем точно не возникнет. Система охлаждения, которой способна управлять Creator TRX40, может включать семь вентиляторов, не считая процессорной системы охлаждения, для работы которой выделено два отдельных четырёхконтактных разъёма (на помпу и вентиляторы). Скорость вращения каждого из вентиляторов может быть индивидуально настроена в зависимости от температуры того или иного узла системы. Кстати, плата контролирует девять различных температур, а также имеет три точки для подключения внешних термопар.

MSI Creator TRX40 оснащена восемью слотами DIMM, которые, согласно официальной спецификации, могут поддерживать вплоть до DDR4-4666 (в режиме разгона). Впрочем, в реальной жизни в этом нет особого смысла, а вот что важно, так это то, что рассматриваемая плата, с учётом её ориентации, в частности, на рабочие станции, может похвастать поддержкой модулей с ECC. При этом поддерживаются планки памяти с объёмом до 32 Гбайт, то есть система на базе Creator TRX40 может в общей сложности быть оснащена 256 Гбайт DDR4 SDRAM.

В то время как MSI Creator TRX40 позволяет установить семь NVMe-накопителей формата M.2, число традиционных SATA-портов на этой плате ограничено шестью. Зато на USB-портах экономить не стали. Если не считать десяти портов, которые выведены на заднюю панель, к этой плате можно дополнительно подключить один порт USB 3.2 Gen2 Type-C, четыре порта USB 3.2 Gen1 и четыре порта USB 2.0.

Что же касается задней панели, то на неё выведено четыре порта USB 3.2 Gen2 Type-A, пять портов USB 3.2 Gen1 Type-A и один особый высокоскоростной порт USB 3.2 Gen2 Type-C с пропускной способностью 20 Гбит/с. Этот уникальный порт управляется дополнительным контроллером ASMedia ASM3242, поэтому встретить его можно лишь на редких платах самого верхнего уровня.

Помимо портов USB, на заднюю панель вынесена пара антенных коннекторов для адаптера Wi-Fi 6, гигабитный сетевой порт и порт для 10-гигабитной сети, реализуемый контроллером Aquantia AQC107. В дополнение к этому сзади платы размещены кнопки Flash CMOS и Clear CMOS, а также пять 3,5-миллиметровых аудиоразъёмов и оптический выход S/P-DIF.

Про то, как на MSI Creator TRX40 работает звук, сказать стоит отдельно. Дело в том, что в чипсете TRX40 нет собственного аудиоконтроллера, поэтому платы с процессорным разъёмом Socket sTRX4 используют интегрированные звуковые карты с USB-интерфейсом. В частности, на плате MSI для этой цели установлен контроллер Realtek ALC4050H, который работает в паре с привычным аудиокодеком Realtek ALC1220, оживляющим 3,5-мм разъёмы на задней панели платы. Контроллер Realtek ALC4050H применяется и для обеспечения работы звуковых портов передней панели. Здесь использован операционный усилитель TI OPA1652, благодаря которому можно подключать к плате наушники с сопротивлением до 600 Ом. Помимо тройки звуковых микросхем, аудиотракт также включает в себя золотые японские конденсаторы и использует все современные схемотехнические наработки, в частности изоляцию звуковых каналов от остальной части платы и их разнесение по разным слоям печатной платы.

Стоит упомянуть, что MSI Creator TRX40 всё-таки не стоит воспринимать как строгую материнскую плату, направленную исключительно на создание профессиональных рабочих станций. При желании эта плата вполне способна устроить RGB-феерию. И пусть на ней самой нет многочисленных зон RGB-подсветки, зато она позволяет подключить к себе одну стандартную светодиодную ленту 5050 и две адресуемые RGB-ленты. Кроме того, плата снабжена отдельным RGB-коннектором для сопряжения с устройствами Corsair.

Правда, при этом на Creator TRX40 почти нет никаких инструментов для её использования в качестве полигона для тестирования процессоров. Она может предложить лишь аппаратные кнопки Power On и Reset, а также индикатор POST-кодов, который после загрузки системы умеет отображать температуру процессора.

Тем не менее, с учётом того, насколько прокачана функциональность MSI Creator TRX40, совсем неудивительно, что это плата не из дешёвых. Её стоимость на данный момент установлена в $699, что, впрочем, не кажется запредельной суммой на фоне цен процессоров Threadripper третьего поколения, которые начинаются с отметки в $1 399. Но в то же время на рынке есть масса Socket sTRX4-плат за меньшие деньги, чем просят за Creator TRX40. Однако Creator TRX40, в отличие от более доступных альтернатив, может предложить богатые сетевые возможности, включая поддержку 10-гигабитной проводной сети и Wi-Fi 6, а также комплектное устройство MSI Xpander-Aero Gen4, которое позволяет установить в систему запредельно большое число NVMe-накопителей.

⇡#Что делать с охлаждением

При сборке системы с прицелом на разгон процессора Threadripper внимание придётся уделить не только правильному подбору материнской платы. Второй по важности вопрос, который не получится проигнорировать, — это подбор адекватной системы охлаждения. Процессоры Threadripper третьего поколения получили тепловой пакет 280 Вт, и, чтобы отвести такое количество тепла, нужно выбирать системы охлаждения с очень высокой эффективностью.

Но показатель TDP не описывает проблему тепловыделения Threadripper в полной мере. Дело в том, что технология Precision Boost, управляющая частотой в современных процессорах AMD, настроена таким образом, что при эксплуатации системы в штатном режиме она автоматически подстраивает частоты и напряжения, следя за тем, чтобы энергопотребление и тепловыделение Threadripper не выходило за TDP, а его температура не превышала 95 градусов. Следовательно, если в обычных условиях вы выберете не слишком производительную систему охлаждения, ничего катастрофичного не случится – просто процессор будет работать немного медленнее, чем мог бы. Другое дело, если говорить о разгоне, в особенности таком, при котором используются фиксированные установки частоты и напряжения, ведь в этом случае реальное тепловыделение может выходить далеко за те самые 280 Вт.

Для того чтобы оценить, на какое выделение тепла нужно ориентироваться при разгоне, например, 32-ядерного Threadripper 3970X, мы провели серию экспериментов, в процессе которых изучили зависимости минимального допустимого напряжения питания (V_MIN) и максимального энергопотребления процессора под нагрузкой от частоты. В качестве средства для проверки стабильности процессора и инструмента для создания высокой вычислительной нагрузки использовался пакет Prime95 29.8 в режиме SmallFFT с использованием AVX2-инструкций. При изменении энергопотребления напряжение процессора устанавливалось равным V_MIN.

Характер зависимости V_MIN от частоты, как видно по приведённому ниже графику, имеет выраженную параболическую траекторию. AMD, выбирая для Threadripper 3970X паспортные частоты 3,7-4,5 ГГц, выжала из кремния практически все соки и использовала весь интервал возможных напряжений, порой даже балансируя «на грани».

Из графика следует, что для того, чтобы заставить процессор разогнаться до, например, 4,3 ГГц (на всех ядрах), напряжение придётся поднимать до 1,4 В, а это явно выходит за тот безопасный уровень, который можно использовать на постоянной основе. Поэтому в большинстве случаев для эксплуатации в повседневном режиме рассчитывать стоит на работу разогнанного CPU на частотах 4,0-4,2 ГГц.

Впрочем, если взглянуть на энергопотребление Threadripper 3970X под нагрузкой в таких режимах, то возникают вполне обоснованные сомнения в их реалистичности. Например, уже при частоте 4,2 ГГц тепловыделение с лёгкостью перешагивает через отметку в 500 Вт!

Таким образом, если вы рассчитываете разогнать Threadripper третьего поколения хотя бы до частот порядка 4,0 ГГц, то выбрать нужно такую систему охлаждения, которая сможет отвести 400 Вт тепла или даже более. Безусловно, наши измерения энергопотребления выполнены при предельной нагрузке вычислительного характера, и в большинстве обычных приложений тепловыделение будет ниже. Но для того, чтобы застраховаться от перегрева и нестабильности в случае любой активности, такие пограничные ситуации тоже необходимо учитывать. Тем более что мы говорим о HEDT-процессоре, для которой многопоточный рендеринг или мастеринг видео – вполне себе типичное использование.

Сама AMD советует комплектовать процессоры семейства Threadripper замкнутыми системами жидкостного охлаждения с радиаторами под два 140-мм или три 120-мм вентилятора. Типичные жидкостные кулеры такого уровня действительно способны отвести порядка 300 Вт тепла, но есть нюанс. Внутри Threadripper третьего поколения находится пять или девять полупроводниковых кристаллов с достаточно высоким тепловыделением. Они распределены по поверхности процессорной платы и закрыты теплораспределительной крышкой с размерами 51 × 67 мм. Поэтому в идеале система охлаждения должна быть устроена таким образом, чтобы покрывать всю площадь крышки процессора и обеспечивать равномерный съём с неё тепла.

К сожалению, большинство заводских систем жидкостного охлаждения не может похвастать такой конфигурацией водоблока, которая бы покрывала всю процессорную крышку Threadripper. Обычно закрытой оказывается лишь её центральная часть, что увеличивает плотность теплового потока в зоне контакта водоблока и процессора и приводит к снижению эффективности охлаждения CCD-чиплетов с ядрами, которые находятся на отдалении от центра CPU.

Убедиться в том, что такая проблема действительно существует, нам позволили результаты ещё одного эксперимента: мы сравнили температуры тестового процессора Threadripper 3970X при его охлаждении заводской СВО NZXT Kraken X62, которая как раз оснащена типичным водоблоком с круглой подошвой диаметром 53 мм, и воздушным кулером Arctic Freezer 50 TR.

Этот кулер не отличается выдающимися габаритами, вписываясь в параллелепипед 148 × 150 × 165 мм, обладает двумя пакетами из 104 алюминиевых рёбер и рассчитан на работу с двумя вентиляторами – 120-мм и 140-мм с максимальной скоростью вращения 1700-1800 оборотов в минуту.

В теории все воздушные кулеры должны уступать СЖО уровня NZXT Kraken X62, но в случае Ryzen Threadripper есть нюанс: воздушный кулер получил выполненное по технологии прямого контакта основание с проходящими сквозь него восемью 6-мм тепловыми трубками, которое имеет площадь контакта 44 × 60 мм и закрывает поверхность крышки Threadripper почти на 80 %.

Что показательно, такой кулер при сравнении с, казалось бы, заведомо более эффективной СВО NZXT Kraken X62 обеспечивает более низкую процессорную температуру и, как следствие, более высокую частоту в номинальном режиме.

Познакомившись с приведённой выше таблицей, вы, наверное, уже догадались, к чему мы клоним. В третьей строке в ней фигурирует некая «СВО на компонентах EKWB», и именно это решение оказывается наиболее удачным вариантом отвода тепла от процессоров Threadripper. И это совсем неудивительно: EKWB выпускает высококачественные водоблоки, полностью покрывающие поверхность теплорассеивающей крышки Threadripper, эффективные радиаторы с вентиляторами и производительные помпы.

Та система СВО, которую мы собрали для охлаждения Threadripper 3970X в экспериментах по разгону, включала в себя водоблок EK-Velocity sTR4 RGB – Full Nickel.

Этот полностью медный водоблок с внутренней микроканальной структурой и никелированным покрытием отличается не только высокой эффективностью, но и превосходным внешним видом. Он на 100 % закрывает поверхность теплорассеивателя Threadripper и не создаёт никаких узких мест на пути отвода тепла.

В качестве радиатора в системе использовался EK-Coolstream PE под три вентилятора диаметром 120 мм. В отличие от большинства радиаторов, применяемых в заводских замкнутых системах СВО, EK-Coolstream PE имеет медные рёбра, что, безусловно, увеличивает эффективность охлаждения. На радиатор были установлены вентиляторы EK-Meltemi 120ER с высоким статическим давлением, достигающим 2,75 мм H₂0.

Движение жидкости в системе обеспечивалось скомбинированной с резервуаром помпой EK-XRES 140 Revo D5 PWM. Это – ещё одно звено в кастомной системе охлаждения, обеспечивающее её преимущество перед альтернативными системами охлаждения. Производительность такой помпы достигает 1500 литров в час, в то время как помпы заводских замкнутых систем слабее в разы.

В конечном итоге совершенно неудивительно, что результаты разгона, если использовать такую самосборную систему жидкостного охлаждения, оказываются заметно выше, чем с замкнутыми заводскими системами.

Как показывает практика, подобный контур EKWB позволяет выжать порядка 200 дополнительных мегагерц, если сравнивать с той же NZXT Kraken X62. Во что это выливается в конечном итоге (в смысле производительности), мы проанализируем далее.