AMD Athlon X2 4450e - Undervolted

Gelegenheit macht Diebe - Dieses Sprichwort konnte ich sofort bestätigen, als ich das Wohnzimmer betrat und ein Strommessgerät kaum 5 Meter von meinem neuen HTPC entfernt liegen sah. Der Fall war klar: Die neue 45W-CPU mit enormem Undervolting-Potenzial und das Messgerät passten einfach zusammen


Verzeichnis:

1. Vorwort
2. Test

2.1 Systemkonfiguration
2.2 Undervolting
2.3 Stromverbrauch
2.4 Probleme und Lösungen
​

3. Fazit​

1. Vorwort:

Längst sind die Zeiten vorbei, in denen ein Home-PC sich auf der Stromrechnung wesentlich bemerkbar machen muss. AMD und Intel bieten schon seit Langem stromsparende Lösungen an, die jedoch vor nicht allzu langer Zeit gerade einmal für einen flüssigen Office-Betrieb reichten. Das hat sich nun geändert und was AMD mit seiner BE-Reihe angefangen hat, wird nun mit den 4x50e-Prozessoren fortgesetzt. Allen gemeinsam sind die 45W TDP, aber was neu ist, ist die brachiale Leistung, in die diese 45W umgewandelt werden.
Doch wo die Leistungsspitze nach oben ragt, sind auch stromsparende Reserven nach unten da und daher widme ich diesen Artikel dem Undervolten eines AMD Athlon X2 4450e. Wie wenig Strom kann eine starke CPU verbrauchen?


2. Test

2.1 Systemkonfiguration:

Ihre Heimat findet besagte CPU in einem eigens zusammengestellten HTPC, der neben DVD-Wiedergabe am Fernseher auch als Homeserver dient.
Hier ein kurzer Überblick über die verbaute Hardware:Was unter Volllast möglich ist, hat ja schon der Computerbase Test gezeigt und die Ergebnisse kann ich bei meinem Exemplar auch bestätigen. Da ein HTPC aber selten über 20% CPU-Last benötigt, schaue ich auch mal, was sich bei einem geringeren Multiplikator so machen lässt.


2.2 Undervolting:

Um erst einmal unnötige Leistungsreserven (die natürlich auch Strom kosten) zu reduzieren, wird die CPU heruntergetaktet. Per Multiplikator kann man im laufenden Windows-Betrieb spielend zwischen 1,0 und 2,3 Ghz wechseln. Auch die Spannung lässt sich nahezu beliebig regulieren, wobei man natürlich vor Hardwareschäden, die ab etwa 1,4 Volt VCore auftreten können, ausdrücklich gewarnt sei.

Spannung und Multiplikator werden mit RMClock angepasst, die Systemstabilität wird während der Konfiguration mit Prime95 getestet. Sobald Prime Fehler meldet oder das System stockt/einfriert, wird die angelegte Spannung als untauglich eingestuft.

Hier nun meine Messwerte:



Unter 0,8V ließ sich der Prozessor nicht bewegen. Hier waren allerdings keine Abstürze/Fehler die Schuld.
Der PC startete einfach mit einem Piepston neu. Mögliche Erklärungen wären eine softwareseitige Sperre (z.B. im BIOS) oder Transistoren, die bei Spannungen unter 800mV einfach nicht anlaufen.


Die Ergebnisse sind durchaus beeindruckend: Bis 1,4 Ghz CPU-Takt kann man mit der Minimalspannung von 0,8 V fahren. Selbst bis 2,1 Ghz bleibt die Spannung noch unter einem Volt. Man bedenke: Die Standardspannung beträgt 1,25 Volt!
Die Spannung konnte also um bis zu 0,45V reduziert werden, das ist weniger als 2/3 der Weksspannung.

Doch natürlich haben diese Werte ohne den dazugehörigen Stromverbrauch wenig Aussagekraft (auch wenn die Augen des erfahrenen Overclockers vielleicht schon leuchten ), daher folgen nun weitere Messwerte.


2.3 Stromverbrauch:

Jetzt kommt der spannende Teil: Wie viel konnte die durchgehend um 0,2 - 0,45 Volt gesenkte Spannung zur Senkung des Stromverbrauchs beitragen?

Gemessen wird mit einem Serd EKM 2000, das durch seine mindere Qualität natürlich keinen Elektriker überzeugen wird, aber zumindest reicht, um die Unterschiede vor und nach Spannungssenkung aufzuzeigen. Es wird die gesamte Leistungsaufnahme des Systems gemessen, in dem auch Festplatte, Mainboard, GPU und ein ca. 80% effizientes Netzteil vorhanden sind. Um Rückschlüsse auf die Verlustleistung der CPU ziehen zu können, müssen CPU-Auslastung , die verbaute Hardware sowie die sinkende Effizienz des Netzteils bei Lastzuständen unter 20% beachtet werden. Die Auslastung liegt hier zwischen 13% und 20%. (Für weitere Informationen siehe [FAQ]Netzteile-Welches ist das richtige?, Unterpunkt 1.3)

Hier nun die Messwerte:




Auch die Stromverbrauchswerte sind äußerst zufriedenstellend. Bei 1Ghz Takt, die im Alltagsbetrieb für einen HTPC mehr als genug sind (immerhin 2 CPU-Kerne!) lassen sich gut 17% einsparen. Das gesamte System kommt damit auf nur noch 44 Watt Gesamtverbrauch, die wohl noch geringer wären, wäre das Netzteil mit 13% Auslastung nicht stark unterfordert. Ein sehr guter Wert, wenn man davon ausgeht, dass die CPU allein bis zu 45W verbrauchen kann.

Unter Vollast erfährt man die größte Einsparung. Die Sekung der Spannung um 0,2 Volt dankt das System mit 25% weniger Stromverbrauch - und das bei gleichbleibender Leistung! Das sind 20 Watt Differenz, die nicht nur der Umwelt gut tun, sondern auch der CPU selbst, da die Wahrscheinlichkeit der Elektromigration bei geringerer Spannung nochmals sinkt.


2.4 Probleme und Lösungen

Performance on Demand
Um noch den perfekten Kompromiss zwischen stromsparender und dennoch leistungsstarker CPU zu finden, entschied ich mich für die Funktion "Performance on demand", die RMClock anbietet. Hierbei wird je nach CPU-Last die Spannung und der Multiplikator synchron zueinander erhöht und wieder abgesenkt, um so je nach Bedarf höchste Leistung oder geringsten Stromverbrauch bieten zu können.

Doch anscheinend kommt die CPU mit derlei Spielereien nicht zurecht: Bei großen Sprüngen (z.B. von 5x nach 11,5x) stürzt das System immer wieder ab. Wieso das? Die Spannung war doch bis ins letzte Detail genau ausgemessen. Zunächst vermutete ich, meine Spannungwerte waren etwas zu optimistisch, aber auch eine Spannungserhöhung um satte 0,1 V konnte der Angelegenheit nicht Abhilfe schaffen.
Ab hier kann ich nur Vermutungen über diesen Sachverhalt anstellen: Möglicherweise senkt RMClock die Spannung von 1,1V auf 0,9V schon herunter, bevor der Multiplikator von 11,5x auf 5x gesprungen ist? Umgekehrt wird die Spannung eventuell zu spät gesteigert, um die nötige Power für einen stabilen 2,3Ghz-Betrieb zu sichern?
Was es auch sein mag, es ist tatsächlich so, dass die CPU schnelle Taktsprünge nicht verträgt. Dem kann man jedoch abhelfen, indem man RMClock nur einzelne Multiplikatorsprünge erlaubt, im Falle der Athlon X2 4x50e-Serie sogar nur halbe Multiplikatorsprünge.

Bei RMClock auf managment → P-states transitions methods → Perform single-step transitions only ein Häkchen setzen und das Problem sollte gelöst sein. Das Hoch- und Runtertakten dauert jetzt bis zu 3 Sekunden, dafür läuft das System wesentlich stabiler.




Cool'n'Quiet
Cool'n'Quiet ist ein Stromsparmodus von aktuellen AMD Prozessoren und manchmal eine echte Spaßbremse, wenn man selbst Hand an Takt und Spannung legen möchte. Sollte es zu unerklärlichen Abstürzen kommen, kann das Deaktivieren von Cool'n'Quiet im BIOS echte Wunder wirken.
Da jedes BIOS anders ist, kann ich dafür keine Schritt-für-Schritt Anleitung geben, ein Blick ins Mainboardhandbuch oder auf die Herstellerhomepage sollte aber i.d.R. genügen.


3. Fazit:

Abschließend muss ich AMD wirklich für diese leistungsstarke und dennoch sparsame CPU loben. Der HTPC reicht für alles, was man von ihm erwarten kann - und noch einiges mehr. Wiedergabe eines HD-Videos, Downloads, Netzwerkstreams und sonstige Aufgaben sind für diese CPU - auch parallel - keine Herausforderung. Und das bei einem Stromverbrauch von weniger als 70W für das gesamte System.
Viel überzeugender ist der Stromverbrauch jedoch im Idle-Betrieb, wenn also nur ein Server oder ein DVD-Video läuft. Die Leistungsaufnahme des gesamten Systems liegt durchgehend unter der TDP der CPU und das kann man dem Halbleiterproduzenten durchaus hoch anrechnen.

AMD hat den Trend im Auge - stromsparend ist In! Dem umweltschonenden PC, der nun mehr als nur Schreibmaschinenersatz ist, steht nichts mehr im Weg. Hoffen wir darauf, dass die Entwicklung noch lange so weitergeht und nicht mehr neue Negativ-Rekorde im Bezug auf die Leistungsaufnahme, wie im GPU-Sektor, gebrochen werden müssen.



Changelog:
25.07.2008 Beitrag wird veröffentlicht
16.06.2009 Aufgrund des wiederaufgeflammten Interesses wurden einige Textstellen berichtigt/erweitert und neue Diagramme hinzugefügt.


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So, das war mein erster größerer Beitrag auf CB.
Ich hoffe, ich konnte die neue AMD-CPU in das ihr angemessene Licht rücken und ein wenig zur allgemeinen Verwirrung (von Experten auch Wissen genannt) beitragen.

Konstruktive Kritik sowie wüste Beleidigungen oder Lobeshymnen sind natürlich stets erwünscht


Klamann

Yo prima Artikel. Zeigt schön, welches Potential drin steckt, grad unter Last!

Ich komm bei meinem 5000+ BE auf unter 0,8V, aber viel ist nicht mehr drin, 0,775 oder so. Habs nicht mehr im Kopf. Das ist rechnerisch zu wenig, um noch einen großen Unterschied zu machen. Ich denke, der Unterschied wird so bei 2-3W liegen.

Das Problem mit dem Abstürzen bei Spannungserhöhung hatte ich auch, ich tipp mal es liegt am Board (meins schwankt ziemlich und übervoltet ein wenig). Da gibts aber Abhilfe, wie ich herausgefunden habe. In RMClock gibts ne Funktion, wo man einstellen kann, das der Takt quasi ohne Übergang runter und wieder hoch geregelt wird. Die muss man ausschalten und mit Übergängen arbeiten, also da wo man die Multis+Spannungen einstellt. Einfach mehrere Multis dazwischen schalten bzw. aktivieren und gut ist. Bei mit gehts jetzt immer in 200MHz Schritten nach oben und unten, dauert so zwar ein bischen, aber dafür hab ich keine Abstürze mehr.

netter bericht . daumen hoch von mir . was mich noch interessiert ist die lautstaerke , die ja echt niedrig sein muss .

mfg steve

KAOZNAKE schrieb:

In RMClock gibts ne Funktion, wo man einstellen kann, das der Takt quasi ohne Übergang runter und wieder hoch geregelt wird. Die muss man ausschalten und mit Übergängen arbeiten,

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Das hört sich ja verdammt gut an, das könnte sogar die Lösung sein.
Ich hab mal nachgeschaut, aber kann die Funktion nicht finden. Wo ist das denn genau?


@xXSteVeXx
zur Lautstärke: Es gibt genau 3 Lärmquellen: CPU, Netzteil und Festplatte.
CPU ist dank Scythe Shuriken unhörbar
Netzteil ist in gewohnter Seasonic-Qualität auch praktisch kaum wahrnehmbar.
Die einzige Lärmquelle ist somit das etwas unangenehme Brummen der Festplatte, dass man wahrnimmt, wenn es absolut ruhig ist. Das liegt aber wohl hauptsächlich an der schlechten Verarbeitung des Gehäuses und dem könnte man mit ner vernünftigen Entkoppelung entgegenwirken.

Trotzdem hätte ich, als ich den PC zusammengestellt habe, nicht gedacht, dass mir die Lautstärke der Festplatte die meisten Sorgen bereitet

nabend,

zu deinem RMClock problem. das selbe habe ich mit meinem 5000 BE auch beobachtet, und deiner schlussfolgerung würde ich mich anschließen, aber ich habe eine andere möglichkeit gefunden.
unter "managment" ist die option "P-states transitions methods" zu finden, da dann auf "Perform single-step transitions only " stellen, und er nimmt die zwischen multis vernünftig mit


edit: verdammt, zu langsam .....

AK_MK_FG schrieb:

unter "managment" ist die option "P-states transitions methods" zu finden,

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Genau die mein ich, die multi-step-transition oder wie die heißt muss man deaktivieren.

Hallo,

ich habe ein Asus M2A-VM Mainboard und eine 4450e CPU als System für meine Tochter zusammengestellt, alles läuft bestens.
Doch nun möchte das System gerne undervolten, da doch noch was geht.
Allerdings stürzt mir das System ab, sobald RMClock zwischen verschiedenen Multiplikatoren springt, obwohl "Perform single-step transitions only" aktiviert habe und die Spannungen erstmals kaum bis gar nicht reduziert habe.
Weiß jemand, was das Problem sein kann?

Thorsten

Lass die Spannung erstmal auf Standard und lass den Multiplikator mal springen, mit dem Hardwaremonitor von RMClock kannst du das ja ganz gut überwachen. Wenn das ohne Abstürze funktioniert, dann gibt es mit Hardware und RMClock schonmal keine Probleme.

Falls es dann mit einer niedrigeren Spannung Abstürze gibt, dann hast du wohl ziemliches Pech mit der CPU oder dem Mainboard gehabt. Ein BIOS Update könnte da vielleicht noch helfen, sonst weiß ich leider auch nicht. Ungewöhnlich ist das aber schon. Um die 1,000 Volt sollte wirklich jeder X2 aus der 4000e-Serie schaffen.

Chipsatz Treiber, BIOS und RMClock selbst solltest du mal auf Aktualität überprüfen.

HI,

danke für die Info.
Spannung auf Standard - welche wähle ich da oder soll ich RMClock dies selbst auswählen lassen?

Thorsten

Die Spannung mit der die CPU ausgeliefert wird, beträgt 1,25 Volt. Eigentlich viel mehr als nötig, aber damit muss die CPU auf jeden Fall laufen.

Wähl bei RMClock einfach mal bei "Profiles" den Multiplikator 5x und die Spannung 1,25 V. Dann sollte automatisch bei allen höheren Multis auch 1,25V drinstehen (falls nicht manuell nachhelfen).
Dann das Profil "Performance on demand" aktivieren und schauen obs klappt.

Wenn nicht, wie gesagt, BIOS Update oder ggf. CPU zurückschicken.
Wenn ja, dann langsam nach unten Tasten, höchstens in 0,05V Schritten und austesten wo die Grenze ist.

Kann mir einer sagen welcher Chipsatz besser oder welche Unterschiede es gibt: 790Gx vs 790Fx?

Kannst auch danach mal googlen, oder einfach mal hier auf Wikipedia gucken^^

ps. falscher Thread

mfg Vita

Klamann schrieb:

Die Spannung mit der die CPU ausgeliefert wird, beträgt 1,25 Volt. Eigentlich viel mehr als nötig, aber damit muss die CPU auf jeden Fall laufen.

Wähl bei RMClock einfach mal bei "Profiles" den Multiplikator 5x und die Spannung 1,25 V. Dann sollte automatisch bei allen höheren Multis auch 1,25V drinstehen (falls nicht manuell nachhelfen).
Dann das Profil "Performance on demand" aktivieren und schauen obs klappt.

Wenn nicht, wie gesagt, BIOS Update oder ggf. CPU zurückschicken.
Wenn ja, dann langsam nach unten Tasten, höchstens in 0,05V Schritten und austesten wo die Grenze ist.

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Hallo,

ich glaube, ich habe die Ursache gefunden - im Bios war Cool n Quiet aktiviert.
Habe dies deaktiviert, die Spannung für den kleinsten Multiplikator auf 1V, den größten auf 1,25V und bislang läuft der Rechner.
Ich halte das mal im Auge und melde mich dann wieder.

Thorsten

Mit Coll'n'Quiet dürfte das eigentlich wenig zu tun haben, da die Funktion hauptsächlich für die Lüftersteuerung zuständig ist, aber wenn es dann funktioniert - umso besser. Hauptsache der CPU Lüfter dreht dann nicht unangenehm auf.

Wenn es jetzt klappt und du Zeit hast, dann kannst du dich ja mal vorsichtig in 0,025V Schritten den 0,8V nähern, die ich ja auch geschafft habe. Mich würden Vergleichswerte von anderen CPUs schon interessieren.

CnQ hat nichts mit der Lüftersteuerung zu tun, sondern verändert ja nach CPU-Last -Multi und -Spannung. 1GHz hat jeder Athlon64 mit 0,8V zu schaffen. Wenn nicht, muss der Fehler irgendwo anders liegen.

darko2 schrieb:

CnQ hat nichts mit der Lüftersteuerung zu tun, sondern verändert ja nach CPU-Last -Multi und -Spannung. 1GHz hat jeder Athlon64 mit 0,8V zu schaffen. Wenn nicht, muss der Fehler irgendwo anders liegen.

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Ok, da hatte ich das doch richtig in Erinnerung.
Nur wenn CnQ und RMClock takten, kann es zu meinem Problem kommen.
Denn der PC läuft bislang noch, minimal 0,95V und maximal 1,1V.
Bin noch nicht am Ende, geht die Tage noch weiter.

Thorsten

Hallo,

wollte auch mal hier mitmachen,
Habe meinen 5200ee mit Crystal CPUID auf

5,5x0,8V=1226Mhz
10,5x1,05V=2341Mhz
13,5x1,325V=3010Mhz

gebracht.

HT-Takt 223Mhz

Sumo

@Sumo

Du könntest mal RMClock ausprobieren, da sind einzelne Multisprünge möglich, die u.U. eine geringere Spannungserhöhung erlauben. Spannung und Multi werden ja gleichzeitig erhöht und der höhere Multi muss kurzzeitig mit der niedrigeren Spannung zurechtkommen. Oft kommt es dann zu abstürzen sofort bei einem Taktsprung kommen, obwohl die CPU eigentlich stabil laufen würde, wenn sie sofort die höhere Spannung bekäme. Mit kleineren Multiplikatorsprüngen umgeht man das Problem, da man Takt und Spannung jeweils nur minimal erhöht.
Der Nachteil wäre, dass das Hoch- und Runtertakten bis zu 3 Sekunden (je nach Einstellung) dauern kann, da du ja insgesamt um die 20 halbe Multisprünge machst

@darko2
OK, CnC verringert Takt und Spannung, das wusste ich nicht weil es bei mir seltsamerweise noch nie funktioniert hat (hab schon an ca. 5 AMD CPUs rumgebastelt und jedesmal manuell mit RMClock gearbeitet). Aber das mit der Lüftersteuerung stimmt auch:

Wikipedia schrieb:

Durch die geringere Verlustleistung können temperaturgeregelte Prozessorlüfter die Drehzahl drosseln oder gar ganz abschalten

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Heute ist ja fast jeder CPU Lüfter temperaturgeregelt, von daher hängt das zumindest indirekt zusammen.

@Klamann
Wegen den viele Mutlis muss man aufpassen, wenn man übertreibt steicht der Verbrauch sogar an durch das umschalten.

Ansonsten kann man in deinem Vergleich sehr gut sehen wie sich die CPU mit verschiedenen Einstellungen verhält.

Hab meinen normalen X2 4400 auch mit Crystal CPUID gesteuert läuft bei 1GHz@0,825V bei 1,5GHz@0,85V und bei 2GHz bei 0,95V, die vollen 2,3GHz brauche ich nicht.

Mich würden Vergleichswerte von anderen CPUs schon interessieren.

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Bei meinem HTPC läuft der AMD BE2300 (Default mit 2x 1,9 GHz@1,2V) auf dem Gigabyte MA78GM-S2H mit RMClock auf min. Multi 5 mit 0,5V und max. Multi 9,5 mit 0,9V, obwohl er auf 2,1 GHz per FSB 220 MHz übertaktet ist. Ich weiß nicht, ob ich noch mehr übertakten kann, aber 2,1 GHz reichen mir, um FullHD mit Postprocessing ruckelfrei + Puffer abzuspielen.