Исследование зависимости производительности Pentium 4 от температуры

Введение

Те наши читатели, которые интересуются вопросами разгона процессоров, да и просто технологиями, реализованными в современных CPU, наверняка уже знают о том, что одной из основных проблем в этой индустрии является проблема охлаждения. Причём, эта проблема касается как процессоров AMD, так и процессоров Intel. Процессоры с высоким энергопотреблением выделяют большое количество тепла, которое необходимо не просто отвести от процессорного ядра, но и желательно вообще вывести из корпуса компьютера, чтобы температура воздуха, охлаждающего радиатор процессора, была как можно ниже. Выпуская новые модели мощных процессоров Pentium 4, компания Intel обновляет требования к сборщикам компьютеров, касаемые температурного режима CPU. Среди этих требований – максимально допустимая температура ядра процессора, максимально допустимая температура воздуха в корпусе компьютера, рекомендуемое термосопротивление установленного кулера и т.д. При соблюдении этих требований Intel гарантирует стабильную работу своих процессоров. Справедливости ради, надо сказать, что компания AMD так же предъявляет подобные требования и к компьютерам на базе процессоров Athlon XP. Но вопрос в том, насколько эти требования выполняются. Если мы имеем дело с «брэндовыми» компьютерами производства Hewlett-Packard или Dell, то можно с уверенностью утверждать, что производитель при сборке компьютера выбирал корпус, кулер и прочие компоненты с учётом тепловых характеристик каждого компонента, но если мы говорим о компьютере, купленном на рынке, или собранном вручную, то скорее всего, сборщики даже не слышали о требованиях Intel и AMD к температурным режимам компьютеров. Более того, все расчеты производителей компьютеров, корпусов и кулеров могут оказаться бесполезными в том случае, если пользователь начинает разгонять процессор. При разгоне потребляемая мощность и тепловыделение процессора растёт, повышается температура ядра, что зачастую приводит к нестабильной работе системы в целом.
Нестабильная работа компьютера при разгоне – вполне обычное явление. Совсем другое дело, когда разогнанный процессор начинает работать намного медленнее, чем ему положено. Такая ситуация весьма типична для процессоров Intel Pentium 4 и, на первый взгляд, выглядит парадоксально. Причина – в температуре процессора, а точнее в работе системы Thermal Control Circuit, регулирующей производительность процессора в зависимости от его температуры. В этом обзоре мы попытаемся разобраться, как работает Thermal Control Circuit, и как зависит производительность Pentium 4 от температуры его ядра.

Thermal Monitor

В процессорах Pentium 4 компания Intel применила новую технологию Thermal Control Circuit. Эта технология призвана обеспечить стабильную работу и защитить от повреждения процессоры Pentium 4 при перегреве. Во всех процессорах Pentium 4 встроены два температурных датчика (термодиода), один из которых сообщает системе аппаратного мониторинга материнской платы температуру ядра процессора, а ещё один – находится в самой «жаркой» точке ядра, возле блоков ALU и является частью схемы Thermal Monitor.
В процессорах AMD Athlon XP так же присутствует один подобный датчик, но разница между Pentium 4 и Athlon XP в этом вопросе очень существенная. Термодиод Athlon XP сообщает материнской плате о температуре процессорного ядра, и специальная логика платы обрабатывает полученные данные и в случае достижения процессором какого-то максимального порога температуры выключает компьютер, спасая процессор от повреждения. Естественно, если подобный перегрев случился во время работы компьютера, то, скорее всего, несохранённые данные будут утеряны. Работа температурного мониторинга в процессорах Pentium 4 построена по совсем другим принципам: компьютер должен стабильно работать даже при достижении температуры процессора пороговых значений и должен отключаться лишь в крайнем случае. Это означает, что процессор каким-то образом должен препятствовать повышению своей температуры, продолжая обеспечивать стабильную работу приложений.
Для выполнения данного требования в ядро процессоров Pentium 4 интегрирована дополнительная схема сравнения текущей температуры (Thermal Monitor) с пороговой и дополнительная логика Thermal Control Unit, регулирующая тепловыделение процессора. Принцип работы температурного датчика системы Thermal Monitor состоит в сравнении двух токов: одного, проходящего через термодиод, и другого тока, взятого из отдельного источника и имеющего определённое эталонное значение. Значение сопротивления термодиода будет зависеть от его температуры, и, как следствие, ток, проходящий через термодиод, будет меняться с ростом или снижением температуры ядра процессора. Сравнивая эталонное значение тока со значением тока, прошедшего через термодиод, можно определить, был ли достигнут некоторый пороговый предел температуры, или нет. Задача системы Thermal Monitor достаточно простая: если в самой горячей точке процессора температура превышает некоторое пороговое значение, необходимо подать сигнал PROCHOT# и задействовать систему Thermal Control Circuit, чтобы снизить тепловыделение процессора, предотвращая дальнейший рост температуры.
Существует множество ошибочных мнений о том, как работает Thermal Control Unit. Самая часто встречающаяся ошибка – это утверждение, что Pentium 4 при перегреве уменьшает свою номинальную частоту, то есть если при нормальном охлаждении он работал на 2.2 ГГц, то при перегреве будет работать на 1.8 ГГц или ещё медленнее. Это мнение не совсем верно, если говорить о номинальной частоте процессора, задаваемой его внутренним генератором. Для того, чтобы понять, в чём здесь ошибка, рассмотрим на простейшем примере, как генерируется частота в процессоре Pentium 4 2.8 ГГц.


Допустим, имеется частота 133 МГц, подаваемая материнской платой на процессор. В процессоре эта частота умножается на коэффициент умножения, который у процессора Pentium 4 2.8 ГГц равен 21. Полученная частота 2.8 ГГц – номинальная частота, которая указана на маркировке Pentium 4, которую читают программы типа WCPUid, и которая задаёт частоту работы арифметических блоков процессора. Система Thermal Control Unit в состоянии повлиять именно на эту частоту. При нормальной температуре на вычислительные блоки процессора будет подаваться та же частота – 2800 МГц. Но при достижении температурой процессора некоторого порогового значения, Thermal Monitor выдаёт свой сигнал PROCHOT#, который задействует блок Thermal Control Circuit, а тот, в свою очередь, модулирует сигнал, подаваемый на процессор, и определяет, сколько тактов из этой номинальной частоты должно пропускаться, чтобы снизить тепловыделение процессора. Модуляция синхросигнала, подаваемого на процессор, показана на диаграмме ниже:


В итоге, из нормальных 2.8 ГГц некоторая часть циклов может быть исключена, то есть, они задаются блоком умножения процессора, но пропускаются системой контроля длины холостых циклов, срабатывающей по сигналу PROCHOT#, и результирующая частота, которая подаётся на вычислительные блоки процессора, станет ниже. Как следствие, производительность процессора снизится, и не смотря на то, что материнская плата и внутренний генератор тактов в процессоре задают значение 2.8 ГГц, процессор при перегреве будет иметь меньшую производительность и меньшее тепловыделение, чем при нормальной температуре, так как результирующая частота, модулируемая системой Thermal Control Circuit, будет ниже. По утверждению компании Intel, результирующая частота может быть ниже номинальной на 30-50%, в зависимости от модели процессора.
Однако с понижением температуры ядра блок логики Thermal Control Circuit начнёт возвращать процессор в нормальный режим, сокращая количество холостых циклов и увеличивая, таким образом, результирующую частоту процессора, ту внутреннюю частоту, которая задаётся блоком умножения процессора и модулируется с учётом Thermal Control Circuit. Как только температура ядра процессора снизится ниже порогового значения примерно на 1 градус Цельсия (так называемое значение гистерезиса температуры), сигнал PROCHOT#, выдаваемый блоком Thermal Monitor, исчезнет. После этого холостые циклы, задаваемые логикой Thermal Control Circuit, так же исчезнут, и номинальная частота совпадёт с эффективной (результирующей): в нашем примере – 2800 МГц.
Возникает вопрос: какое же значение температуры процессора следует считать пороговым, то значение, при котором Thermal Monitor задействует блок Thermal Control Circuit? Для разных моделей Pentium 4 это значение разное, и по утверждению компании Intel, температурные сенсоры в процессе производства калибруются отдельно для каждого процессора, и после установки температуры, при которой срабатывает Thermal Monitor, это пороговое значение не может быть изменено.
Система Thermal Control Circuit может быть задействована программно, через регистры ACPI и автоматически, через BIOS материнской платы. В случае программного включения Thermal Control Circuit будет работать в режиме «On-Demand» и сможет включаться при любой температуре и программно регулировать соотношение холостых циклов и эффективных. В случае работы Thermal Control Circuit в режиме «по требованию», процентное содержание холостых циклов в общем числе может составить от 12.5% до 87.5%. Интересно, что по умолчанию, система Thermal Control Circuit отключена во всех процессорах Pentium 4. Поэтому, чтобы система Thermal Control Circuit работала, она должна быть включена BIOS-ом материнской платы во время загрузки компьютера или позже, после запуска операционной системы, посредством драйверов или программным обеспечением.
Что даёт использование технологии Thermal Control Circuit? Представьте себе, что процессор Pentium 4 имеет недостаточное охлаждение. Возможно, что на нём установлен низкокачественный кулер, между радиатором и поверхностью процессора отсутствует термопаста, или просто корпус компьютера, в котором установлен процессор, перегружен «горячими» платами расширения и не имеет системных вентиляторов. В результате процессор перегревается, и его производительность будет ниже, чем на аналогичном компьютере, отличающемся лишь более дорогим корпусом с хорошей вентиляцией и более эффективным кулером. Другой, не менее распространённый случай связан с разгоном процессора. Разогнанный процессор выделяет намного больше тепла, чем тот же самый процессор, работающий на номинальной частоте. И вполне возможно, что разогнанный процессор при недостаточном охлаждении и, как следствие, при перегреве, будет работать даже медленнее, чем на номинальной частоте.
То есть, к примеру, если разогнать Pentium 4 2.2 ГГц с номинальной частоты до 2.8 ГГц и не улучшить его охлаждение, то температура ядра процессора может с лёгкостью достигнуть порогового значения, при котором сработает Thermal Monitor, и Thermal Control Circuit начнёт заставлять процессор пропускать такты. В результате при загрузке компьютера, при прохождении POST-тестов и при запуске программы диагностики типа WCPUid пользователю будет демонстрироваться частота, до которой разогнан процессор, то есть, 2.8 ГГц, а реальная производительность этого процессора может быть даже ниже, чем у Pentium 4 2.2 ГГц.
Конечно же, технология Thermal Control Circuit не такая всемогущая, как может показаться. Она, бесспорно, способна препятствовать повышению температуры процессора при перегреве, но не сохранит стабильность, скажем, при отключении кулера. Чтобы предотвратить повреждения процессора при таких аварийных перегревах, второй термодатчик, установленный в ядре процессора, отслеживает ещё одно значение температуры, при котором процессор уже не «замедляется», а происходит подача сигнала THERMTRIP# на отключение системы. Это значение меньше, чем фатальное для процессора, и даже если у кулера, установленного на CPU, остановится вентилятор, защита, реализованная в процессоре Pentium 4, успеет выключить компьютер прежде, чем температура ядра поднимется до смертельного для CPU значения. Вполне естественно, что благодаря интеграции всех термосенсоров и цепей Thermal Monitor и Thermal Control Circuit в ядро процессора и независимости действия этих цепей от материнской платы, защита от перегрева получилась очень быстродейственной – время сравнения температуры составляет несколько десятков наносекунд, так что при необходимости температурная защита спасёт работающий процессор, даже если с него снять кулер. Значение температуры, при которой подаётся сигнал THERMTRIP#, заставляющий немедленно отключить питание от процессора, составляет, по утверждениям компании Intel, примерно 135 градусов Цельсия.

Тестирование

Целью нашего тестирования было выяснение порога срабатывания системы Thermal Monitor и зависимости производительности процессора Pentium 4 от температуры.

Конфигурация тестовой системы:

Процессор: Intel Pentium 4 3.06ГГц
Кулер GlacialTech Igloo 4310 Pro
Материнская плата: Asus P4PE
Память: 256 Мб PC2100
Видеокарта: GeForce4 MX440-8x
Винчестер: IBM DTLA 15 Гб, 7200 об./мин.
Звуковая карта: SoundBlaster Live! Value
CD-ROM 24x
Дисковод
Корпус: InWin J-536 (системный вентилятор отключен)
Операционная система: Windows XP Professional

Чтобы можно было наглядно увидеть, как работают технологии Thermal Monitor и Thermal Control Circuit, необходимо плавно повышать температуру процессора до достижения им порогового значения, одновременно следя за его производительностью. Отключать, или пуще того – снимать кулер с процессора не стоит, поскольку в этом случае температура процессора будет расти слишком быстро, что не даст нам реальной картины, как работают Thermal Monitor и Thermal Control Circuit. Чтобы плавно повышать температуру процессора, нами была разработана специальная методика. Прежде всего, вентилятор кулера, устанавливаемого на процессор, искусственно затормаживался с помощью регулятора Zalman FanMate.


Частота вращения пропеллера вентилятора была занижена с номинальных 4500 оборотов в минуту до 2200 оборотов в минуту. Это дало нам возможность снизить эффективность охлаждения процессора настолько, чтобы его температура максимально выросла и остановилась на некотором значении. Если бы мы полностью отключили вентилятор, или вообще сняли кулер, то температура процессора продолжала бы быстро расти до тех пор, пока защита от перегрева не отключила бы компьютер. Но регулировки частоты вращения пропеллера вентилятора оказалось недостаточно для наших опытов. Прежде всего, снижением скорости работы вентилятора мы не можем плавно увеличивать температуру процессора, а кроме того, чем ниже частота вращения пропеллера, тем меньше будет эффективность охлаждения кулера. На очень низких оборотах зависимость эффективности охлаждения от скорости вращения лопастей вентилятора будет слишком нелинейной. Намного проще пойти другим путём. Температура процессора при постоянной нагрузке и одном и том же кулере будет находиться практически в линейной зависимости от температуры воздуха в корпусе компьютера, а та, в свою очередь, зависит от температуры окружающего воздуха. Плавно повышая температуру окружающего воздуха, мы сможем плавно повышать температуру процессора.
Изменять температуру в помещении с точностью хотя бы в 1 градус Цельсия достаточно сложно, а именно такая точность потребуется нам при тестировании. Но мы можем эмулировать окружающую среду, используя термокамеру. Для этого мы использовали медицинский инкубатор MIR-253 производства SANYO. Этот инкубатор представляет собой большой шкаф размерами 162x50x70 см. Внутренний объём MIR-253 составляет 254 литра, что даёт нам возможность поместить в него системный блок компьютера, собранный в корпусе формата ATX, а специальное отверстие в корпусе инкубатора позволяет выводить наружу провода и кабели для подключения монитора, клавиатуры, мыши и питания. Таким образом, корпус компьютера помещается в термически изолированную среду, температура в которой никак не зависит от температуры воздуха в помещении и может задаваться вручную. Инкубатор MIR-253 совмещает в себе нагревательный элемент и холодильный агрегат, аналогичный тем, которые используются в бытовых холодильниках. Инкубатор имеет потребляемую мощность 220 Вт и способен поддерживать внутреннюю температуру от -10 до +50 градусов Цельсия, задаваемую с точностью до 0.1 градуса Цельсия. Но такая высокая точность изменения температуры не может быть достигнута в нашем случае, поскольку компьютер является постоянным и мощным источником тепла, и, как выяснилось позже, температура воздуха внутри инкубатора постоянно колеблется в пределах 0.5-1.0 градусов Цельсия.


С помощью инкубатора MIR-253 мы получили возможность изменять температуру окружающей среды для компьютера с точностью до 1 градуса Цельсия, в результате чего температура процессора должна будет увеличиваться пропорционально увеличению температуры внутри MIR-253.
Было принято решение, что отслеживать производительность процессора и её зависимость от температуры необходимо в реальном приложении, а не в синтетическом тесте. Для этого я использовал игру Unreal Tournament 2003 и программу FRAPS. Последняя позволяет в реальном времени показывать число кадров в секунду, отображаемое в том или ином Direct3D приложении, и, в отличие от встроенных средств измерения производительности в таких играх, как Unreal Tournament или Quake III Arena, выводит результат большими буквами, что немаловажно при запуске приложения в окне в низком разрешении. Вообще-то, FRAPS так же потребляет ресурсы системы и несколько влияет на выводимые результаты, но так как тестовая система даже не перезагружалась в процессе тестирования, результаты можно считать достоверными. Настройки игры Unreal Tournament изменялись таким образом, чтобы максимально снизить нагрузку на видеокарту, поставив производительность в наибольшую зависимость от центрального процессора. Игра запускалась в окне в разрешении 320x240 при 16-битной глубине цвета. В игре запускался режим «Instant Action», выбирался уровень DM-Asbestos, все боты отключались, чтобы не влиять на скорость рендеринга. После запуска игры выбиралось место, где число отображаемых кадров в секунду было постоянным. В этом месте главный герой останавливался, и с этого момента ни мышь, ни клавиатура не трогались, чтобы не изменить положение экрана в игре. Таким образом, мы получили скорость рендеринга одной и той же сцены реального игрового приложения, и значению этой скорости предстояло изменяться в зависимости от температуры процессора. Так как игра была запущена «в окне», мы могли наблюдать температуру процессора с помощью параллельно запущенной программы аппаратного мониторинга Asus PC Probe, поставляющейся вместе с материнской платой, без прерывания тестов. Всё, что оставалось сделать после запуска Unreal Tournament 2003 – это повышать температуру внутри инкубатора. Но об этом чуть позже…

Влияние Hyper-Threading на температуру процессора

Как я уже упоминал, мы использовали новейший процессор Intel Pentium 4 3.06 ГГц с поддержкой технологии Hyper-Threading. Более подробно о технологии Hyper-Threading Вы можете прочитать здесь. Я же позволю себе сделать некоторое отступление и посмотреть на Hyper-Threading немного с другой стороны. С самого момента выпуска Pentium 4 3.06 ГГц, первого процессора, в котором была реализована эта технология, меня интересовал вопрос, как она повлияет на тепловыделение процессора. С одной стороны, благодаря введению технологии Hyper-Threading, эффективно используемая площадь процессорного ядра Pentium 4 3.06 ГГц увеличилась по сравнению с площадью младших Pentium 4 (к примеру, с частотой 2.8 ГГц) на 5%, что, теоретически, должно привести к дополнительному увеличению тепловыделения. С другой стороны, благодаря тому, что теперь один физический процессор воспринимается системой как два логических, он загружается более эффективно, а как это скажется на тепловыделении, ответить сложно. Чтобы не гадать, протестируем Pentium 4 3.06 ГГц в нашей системе при температуре окружающего воздуха +20 градусов Цельсия, с включенным на полную мощность вентилятором кулера GlacialTech Igloo 4310 Pro, разрешая и запрещая использование технологии Hyper-Threading в BIOS материнской платы. Для нагрева использовались программы CPU Burn, SiSoft Sandra 2003 и Unreal Tournament 2003. Первая программа способна достаточно сильно загрузить процессор, нагревая процессор сильнее прочих Burn-In тестов. Тест CPU Burn запускался в течение 10 минут, после чего записывалась текущая температура процессора. Но CPUBurn - довольно старая программа, выпущенная до появления Pentium 4 с поддержкой Hyper-Threading. SiSoft Sandra 2003 - наоборот поддерживает Hyper-Threading в своих тестах. Мы использовали Burn-In модуль SiSoft Sandra, который запускал в цикле тест CPU Multimedia Benchmark. После 57 запусков теста снималась температура процессора. Так как нам предстояло тестирование с помощью Unreal Tournament 2003, то было необходимо выяснить, когда эта программа сильнее нагревает процессор – с включенной технологией Hyper-Threading, или с выключенной. Игра Unreal Tournament запускалась с теми же настройками, которые были описаны выше, в течение 10 минут, после этого записывалась текущая температура процессора. Показания температуры так же снимались с помощью программы Asus PC Probe.


Как видно, температура процессора в режиме простоя при включении технологии Hyper-Threading значительно понижается. В приложениях, «не знающих» о существовании Hyper-Threading температура так же меньше, а вот при оптимизации приложения под HT, использование этой технологии заставляет процессор нагреваться сильнее за счёт эффективного использования всех его конвейеров. Так как в игре Unreal Tournament температура процессора без использования Hyper-Threading выше, было принято решение для исследования работы Thermal Monitor и Thermal Control Circuit отключить использование HyperThreading. Это поможет нам сильнее нагреть процессор.

Результаты тестирования

Ну что же, пришло время перейти к тому, ради чего и было затеяно тестирование – к описанию зависимости производительности Pentium 4 от температуры. Воздух в инкубаторе был нагрет до 28 градусов Цельсия, при этом температура процессора составляла 69 градусов Цельсия, а скорость в Unreal Tournament 2003 держалась на уровне 115 кадров в секунду. Начиная с этого момента, мы начали плавно повышать температуру воздуха в инкубаторе, записывая изменения каждого из четырёх показателей: температуру процессора, температуру воздуха в корпусе компьютера, температуру процессора и скорость в игре.


Ну что же, начнём разбор полётов. Как видно, скорость игры не меняется до тех пор, пока температура процессора не приблизится к порогу 72 градуса Цельсия (участок 1). Начиная с этого момента, мы видим стремительный спад скорости в Unreal Tournament 2003. До проведения измерений можно было предположить, что Thermal Control Circuit сбрасывает скорость процессора с каждым дополнительным градусом его температуры. Однако, мы видим множество участков, на которых температура процессора не меняется, а скорость в игре падает (участки 2, 3). Это говорит нам о том, что Pentium 4 всё же способен сопротивляться повышению температуры своего ядра, и ему удаётся поддерживать температуру неизменной на определённых этапах. И я бы сказал, что на этих участках графика уже не скорость зависит от температуры, а наоборот – температура от скорости. То есть, мы видим, насколько правильно Thermal Control Circuit справляется со своей задачей.
В итоге, температура окружающего воздуха в процессе тестирования была повышена с 27 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия. Температура в корпусе компьютера – с 44 до 63 градусов Цельсия, а температура процессора – с 69 до 85 градусов Цельсия. Как было выяснено экспериментальным путём, порог, на котором Thermal Monitor начинает выдавать сигнал PROCHOT#, а Thermal Control Circuit - замедлять процессор, для Pentium 4 3.06 ГГц составляет 72 градуса Цельсия. Увеличение температуры процессора с данного порогового значения на 13 градусов Цельсия привело к более чем двукратному снижению производительности CPU. Частота кадров в Unreal Tournament 2003 упала со 115 fps до 49 fps. К сожалению, продолжить нагрев окружающего воздуха в инкубаторе MIR-253 было невозможно в силу того, что максимальная температура, создаваемая инкубатором ограничена 50 градусами Цельсия. Всё, что я мог сделать в данной ситуации – это отключить вентилятор на кулере процессора. После этого температура процессора менее чем за одну минуту поднялась до 94 градусов Цельсия, и компьютер отключился. За это время скорость, измеряемая в Unreal Tournament 2003, практически не изменилась, что наводит на некоторые подозрения. Прежде всего, можно сделать вывод, что сброс скорости в 2.3 раза – это максимум, на что был способен Pentium 4 3.06 в нашей тестовой конфигурации.
Чтобы проверить, является ли сброс скорости в 2.3 раза максимальным, было решено использовать тест CPU RightMark 2 RC3. Этот тестовый пакет в реальном времени отображает производительность процессора и позволяет нам отслеживать её падение, даже если оно происходит в процессе прохождения теста. График, который выстраивает CPU Rightmark, изменяется слишком быстро, что не даёт нам возможности использовать предыдущую методику – увеличение температуры окружающего воздуха. Чтобы отследить падение производительности Pentium 4 с помощью CPU RightMark, необходимо быстро дать процессору нагреться, но так, чтобы он не «завис». Снимать кулер с процессора нельзя, поскольку в этом случае его температура мгновенно вырастет до критической, а Thermal Control Circuit так же мгновенно снизит производительность процессора, возможно так и не дав нам ответы на наши вопросы. Другой более правильный способ «подогрева» процессора состоит в отключении вентилятора на его кулере. В этом случае температура CPU будет расти достаточно быстро, чтобы показать нам результаты падения производительности на графике RightMark и недостаточно быстро, чтобы привести к зависанию. Данный эксперимент позволил нам получить следующий график падения производительности процессора. К сожалению, на этом графике отсутствует температура CPU, но в данном случае она нам уже не столь важна. Намного важнее узнать предел регулирования скорости процессора.


Ну что же, как видно из графика, предел существует. На некотором этапе Thermal Control Circuit сбавлял скорость процессора, но потом падение производительности прекратилось, и скорость процессора более не падала, хотя температура продолжала расти. Чтобы не дать процессору зависнуть, я снова включил вентилятор на кулере, температура процессора резко упала, и производительность вернулась на первоначальный уровень. В данном случае производительность снизилась в 2.7 раза. И мы можем с уверенностью утверждать, что данное понижение производительности процессора – максимум, на что способна схема Thermal Control Circuit процессора Pentium 4 3.06 ГГц.
Для чистоты эксперимента мы установили температуру окружающего воздуха для компьютера равной -7 градусов Цельсия и включили компьютер с отключенным вентилятором на кулере процессора. Я рассчитывал, что низкая температура окружающего воздуха не даст перегреться процессору, однако вскоре после запуска Unreal Tournament температура процессора снова достигла 94 градусов Цельсия, после чего компьютер отключился.

Выводы

Температура внутри инкубатора MIR-253 составляла 50 градусов Цельсия. Открыв корпус компьютера, я ощутил поток горячего сухого воздуха, хлынувшего наружу. До радиатора на процессоре нельзя было дотронуться – настолько он был горячим. Процессор Pentium 4 не сгорел даже при работе в компьютере, в корпусе которого воздух был прогрет до 63 градусов Цельсия.
Технологии Thermal Monitor и Thermal Control Circuit, применённые в Pentium 4, не являются панацеей от проблем перегрева этих процессоров. Как показывают результаты, процессор Pentium 4 в тяжёлых температурных условиях действительно препятствует повышению своей температуры, но делает это слишком высокой ценой – более чем двукратным падением скорости. И, как показали наши опыты, технология Thermal Control Circuit не способна сохранить стабильность Pentium 4 3.06 ГГц при остановке вентилятора на кулере процессора. Другое дело, что благодаря высокому иммунитету Pentium 4 к повышению температуры окружающего воздуха можно ожидать, что компьютеры на базе этого процессора будут одинаково стабильно работать и в зимнюю стужу, и в летнюю жару. И возможно, при тех условиях, когда другие процессоры уже зависнут от перегрева, Pentium 4 будет продолжать работать, хотя и чуть медленнее.
Компания Intel утверждает, что внутренняя частота, генерируемая с учётом модуляции сигнала под действием Thermal Control Circuit, может быть меньше задаваемой частоты на 50%. Как показывают наши тесты, падение производительности при перегреве оказывается более чем двукратным. Однако, это меньше, чем 87.5%, обещанные компанией Intel при программном включении Thermal Control Circuit в режиме On-Demand.
Наши тесты смогли ответить на вопрос, почему иногда процессоры Pentium 4 могут работать медленнее, чем ожидалось. Даже если процессор не разогнан, а работает на номинальной частоте, он всё равно может перегреваться из-за недостаточно эффективного кулера, из-за маленького корпуса без системных вентиляторов, да к тому же ещё и перегруженного различными платами расширения, или просто из-за высокой температуры в помещении, где установлен компьютер. Вне зависимости от причины перегрева, Thermal Control Circuit всегда будет определять соотношение производительность/температура. И, как показывают наши результаты тестирования, увеличение температуры ядра процессора на 3 градуса Цельсия (с 72 до 75 градусов) приводит к 10% снижению производительности Pentium 4 с частотой 3.06 ГГц. А раз так, то проблема охлаждения процессоров приобретает совсем другой характер, и ничто не мешает производителям кулеров заявлять, что с их системами охлаждения компьютер будет работать не только тихо и стабильно, но и быстро. Ну что же, в чём-то они будут правы...