[Sammelthread] Undervolting auf Comet Lake (10th Gen Intel Core)

XMG Support

Schenker Notebooks Support
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Hallo zusammen,

wir haben uns die letzten Jahre darum bemüht, Undervolting-Optionen ins BIOS zu bringen um die Energieeffizienz der Intel-CPU in euren XMG- und SCHENKER-Laptops zu erhöhen. In diesem Thread möchten wir einen Überblick die aktuelle Situation mit neuer Technik geben. Am Ende des Threads gibt es zwei Umfragen, bei welchen wir uns sehr auf eure rege Teilnahme freuen würden.


Was bisher geschah

In der Regel haben wir unseren Undervolting-Optionen im BIOS eine Obergrenze von -120mV auferlegt. Diese Grenze galt im Allgemeinen als sicher. Sicher insofern, dass dabei zwar unter Umständen bereits Bluescreens auftreten können, aber sich das Undervolting anschließend im BIOS-Setup wieder herunterregeln oder zurücksetzen lässt.

Das hat dermaßen gut funktioniert, dass manche XMG-Modelle bereits ab Werk einen Undervolt von -50mV inne hatten. Dieser Wert war keine Black Box sondern ließ sich vom Benutzer im BIOS noch weiter tunen (oder ggf. auch auf 0 zurücksetzen).

Mit diesem -50mV Factory Undervolting (CPU Core/Uncore Voltage Offset) haben wir tausende an Laptops ausgeliefert ohne auch nur einen einzigen Support-Fall zu erzeugen.


Neue Verhältnisse: Comet Lake (10th Gen) hat weniger Spielraum

Nun mit der 10ten Generation Intel Core verändert sich die Lage. Intel fährt die neuen CPUs offenbar bereits selbst deutlich härter an der Idealline, so dass für Undervolting nicht mehr so ein großer Spielraum herscht. In breit angelegten Tests zusammen mit unserem ODM haben wir folgende Quoten festgestellt:

CPUCPU Core/Uncore Voltage OffsetAnzahl getesteter GeräteAusfallquoteArt des Ausfalls
i7-8750H, i7-9750H-50mV>10000%-
-120mVanekdotischsehr niedrigBluescreens
i7-10750H, i7-10875H-50mV1005%Bluescreens
-120mVStichprobensehr hochNo boot, RMA

In anderen Worten:
  • Beim Wechsel von Coffee Lake zu Comet Lake ist die Ausfallquote bei -50mV von Null auf 5% angewachsen.
  • Mit unserem bisherigen Grenzwert von -120mV hatten wir bei Coffee Lake keine ernsthaften Probleme, bei Comet Lake hingegen können wir damit sehr zuverlässig ein "No boot"-Szenario erzeugen
5% Ausfallrate in dem Test mit 100 Geräten bedeutet: 5% der Laptop-Exemplare haben im Idle oder im 3DMark mindestens einen Bluescreen erzeugt. Setzt man den Test länger an, ggf. über mehrere Wochen, kann diese Quote ggf. auch noch steigen. Also selbst ein bisher als moderat geltender Wert von -50mV ist kein Rundum-Sorglos-Paket. Man muss es am individuellen System testen.

Die alten Regeln gelten nicht mehr!

Wer bei Comet Lake (Intel Core 10th Gen) und ggf. zukünftigen Intel-Platformen undervolten möchte, muss sehr vorsichtig sein. Bitte stellt nicht einfach willkürliche Werte ein, sondern tastet euch langsam nach vorne. Unsere BIOS-Undervolting-Optionen sind in Zehner-Schritten gestaffeln, von 0 zu -10 zu -20 usw. - bitte nutzt diese Schritte! Lasst euren Undervolt mindestens eine Woche laufen, um zu sehen, ob er stabil läuft.

Positive Ergebnisse sind nicht garantiert! Wer es übertreibt, riskiert "No Boot"-Problem.

Abseits von dem 100-Stück-Massen-Test mit -50mV und den Stichproben und anekdotischen Erfahrungen mit -120mV sind unsere Erfahrungen mit Undervolting auf Comet Lake bisher noch sehr begrenzt. Wie immer gilt: unterschiedliche CPU-Exemplare werden unterschiedliche Sweet Spots haben.


Ausführlicher Einzeltest: 0mV vs. -50mV

-50mV ist zwar jetzt bereits in der Stabilitäts-Grauzone, liefert aber dennoch beeindruckende Resultate. Wir veröffentlichen hier unsere Ergebnisse einen Einzeltest.

Konfiguration und Umgebung
  • XMG NEO 15
  • Intel Core i7-10875H (8 Kerne, 16 Threads)
  • NVIDIA GeForce RTX 2070 SUPER
  • 2x 8GB DDR4-2933
  • Windows 10, v1909
  • CPU-Kühlung mit Flüssigmetall ab Werk
  • Lüftersteuerung Original vom ODM
  • Sommerliche Raum-Temperatur von ca. 28°C
Alle Tests sind im höchsten Performance-Profil des Systems durchgeführt. Das ist das Profil wo die Power Limits von CPU und GPU am Maximum sind und wo auch die Fan Table recht zackig reagiert. Daher nicht wundern, wenn in Tests mit niedriger Last (z.Bsp. manche PCMark-Segmente) die Lüftergeschwindigkeit ein wenig fluktuiert. In anderen Profilen (Silent, Balanced) und im Idle ist das System natürlich deutlich entspannter.


Methodologie

Wir haben jeden Benchmark 3x ausgeführt und das jeweils beste Ergebnis notiert. Zwischen jedem Durchlauf wurde das System mit manuell maximaler Lüfterdrehzahl ausreichend abgekühlt. Ausnahmen sind hierbei die Game-Benchmarks, welche bereits im Menü (vor Beginn des Benchmarks) das System voll auslasten. Dies ist jeweils unter den Diagrammen notiert.


Ergebnisse nach Punkten

Die Punkte-Tabelle liegt erstmal innerhalb der Erwartungen. CPU-konzentrierte Benchmarks zeigen eine deutliche Verbesserung durch Undervolting. Bei den Grafik-lastigen Benchmarks von 3DMark liegen fast alle Undervolt-Ergebnisse leicht unterhalb dem Ergebnis ohne Undervolting. Da die Benchmarks von 3DMark (bis auf Physics und CPU Score) GPU-limitiert sind, war dort auch keine Steigerung zu erwarten.

0mV
-50mV
Verbesserung
Cinebench R20
Single
486​
516​
6%​
Multi
4196​
4338​
3%​
Cinbebench R15
Multi 5x Batch Run, Average
1780​
1800​
1%​
Blender 2.79, BMW27
CPU Render Time (weniger ist besser)
201​
193​
4%​
Geekbench 5.2
CPU 64-bit Single
1351​
1367​
1%​
CPU 64-bit Multi
7962​
8006​
1%​
PCMark10 Express
Essentials
9428​
9744​
3%​
Productivity
8041​
8662​
8%​
3DMark Fire Strike
Score
19150​
19129​
0%​
Graphics
21866​
21775​
0%​
Physics
21727​
21944​
1%​
Combined
9079​
9093​
0%​
3DMark Time Spy
Score
8186​
8157​
0%​
Graphics
8002​
7982​
0%​
CPU
9416​
9316​
-1%​
3DMark Port Royal
4935​
4733​
-4%​
Assassin's Creed Origins
9984​
10132​
1%​
Batman Arkham Knight
Maximum FPS
225​
227​
1%​
Monster Hunter Online
Frames Rendered
22779​
23031​
1%​
Minimum FPS
58,4​
60,1​
3%​
Shadow of the Tomb Raider
Frames Rendered
15426​
15679​
2%​
CPU Render Min
97​
99​
2%​
CPU Render Average
145​
148​
2%​

Der 4% Abfall bei Port Royal überrascht erstmal. Da Port Royal komplett auf GPU-Ray Tracing setzt, hat die CPU hier relativ wenig zu tun. Dabei sorgt die niedrige CPU-Temperatur dafür, dass die Lüfter langsamer drehen, was wiederum die GPU wärmer laufen lässt und den GPU Boost ein wenig einschränkt. Die Lüfterkurve ist nicht für solche einseitige GPU-Last optimiert. Weitere Informationen dazu gibt's weiter unten im Diagramm.

Zum Schluss gibt es hier noch vier Spiele, welche ordentlich CPU-Last erzeugen. Dort liegt die Performance-Steigerung von ca. 1-2% mittels CPU-Undervolting innerhalb der Erwartungen.


Verlaufsdiagramm: CPU Temperatur und Lüfter-Drehgeschwindigkeit

Für einige der o.a. Benchmarks haben wir Lüfterdrehzahl, CPU- und GPU-Temperatur mitgeloggt. Wir vergleichen hier die Resultate ohne Undervolting und mit -50mV auf CPU Core/Uncore. Auf unserem Testsystem aus der Serienproduktion hat es zu keinem Zeitpunkt (weder im Idle noch bei den Durchläufen) einen Bluescreen oder einige sonstige Instabilität gegeben. Dennoch kann nicht garantiert werden, dass jedes Exemplar einen -50mV Undervolting-Dauerlauf so gut übersteht wie unser Test-System.

Für alle Diagramme gelten folgende Achsenbeschriftungen:
  • X = Zeit in Sekunden
  • Y = Temperatur in °C und Drehzahl in %
Die GPU-Temperatur hat sich erwartungsgemäß durch Undervolting kaum verändert und wurde daher in den Diagrammen ausgeblendet. Zum Vergrößern der Diagramme bitte die Bilder anklicken.


Blender 2.79 - BMW27 CPU

neo15_10875H_undervolting_blender-bmw.png


Blender lastet die 8 Kerne der CPU komplett aus und bildet deshalb einen Idealfall für Undervolting. Das Resultat (Zeitgewinn) hat sich um 4% verbessert. Im Diagram sehen wir, dass CPU-Temperatur und Lüfterdrehzahl in beiden Fällen (mit ohne ohne Undervolting) auf der Obergrenze liegen, aber dass der Benchmark mit Undervolting deutlich früher fertig ist, was entsprechend mit einem früheren Absinken von Temperatur und Lüfterdrehzahl quittiert wird.


Geekbench 5.2

neo15_10875H_undervolting_geekbench.png


Geekbench stellt ein sehr diverses Profil an praxisrelevanten CPU-orientierten Aufgaben dar. Im Score lagen wir mit Undervolting nur 1% besser. Aber die Punktzahl ist nur die halbe Wahrheit. Im Diagramm sehen wir, wie sich mit der Zeit die Undervolting-Temperatur immer weiter von der Temperaturkurve ohne Undervolting absetzt. Mit Undervolting erreichen wir eine Spitzen-Lüftergeschwindigkeit von 62%, ohne Undervolting liegt die Spitze bei 70%.


PCMark 10 Express

neo15_10875H_undervolting_pcmark10.png


Der mit Abstand längste Benchmark in unserer Reihe: PCMark 10 "Express" mit allen Einstellungen auf Default dauert über 16 Minuten pro Durchlauf. Die Lastszenarien fluktuieren stark zwischen hoher und niedriger Last. Es fällt auf, dass mit -50mV die Lüfterdrehzahl kontinuierlich niedriger ist als ohne Undervolting. Gegen Ende des Benchmarks sieht man eine horizontale Verschiebung der beiden Kurven: der Benchmark kommt mit Undervolting ca. eine Minute eher zum Schluss als ohne Undervolting.


PCMark 10 Express im Akku-Modus

In diesem Lauf wurde der Laptop auf den Balanced-Modus gestellt, das Netzteil herausgezogen und der Stromverbrauch minimiert: Flugzeugmodus, niedrigste LCD-Helligkeit, deaktivierte Tastaturbeleuchtung. Mit einem Tool loggen wir den Gesamtverbrauch des Systems während knapp 3 Minuten von PCMark 10 Express.

neo15_10875H_undervolting_pcmark-battery.png


Hier zeigt sich in den meisten Abschnitten ein messbarer Unterschied von 1W im Gesamtverbrauch, in einigen Spitzen ist der Unterschied noch größer. Addiert man alle Werte zusammen, kommt der Run mit -50mV Undervolting auf einen etwa 2% geringeren Stromverbrauch - was im Umkehrschluss eine um immerhin 2% verlängerte Akkulaufzeit bedeutet. Das ist allerdings unter Idealbedingungen. Bei erhöhter Bildschirmhelligkeit, WLAN-Nutzung treten die Undervolting-Ersparnisse etwas weiter in den Hintergrund.


3DMark Fire Strike, Time Spy, Port Royal

neo15_10875H_undervolting_3dmark-firestrike.png


neo15_10875H_undervolting_3dmark-timespy.png


neo15_10875H_undervolting_3dmark-portroyal.png


Hier ergeben sich bei allen drei Benchmarks ähnliche Bilder. Die CPU-Temperatur mit Undervolting ist stets niedriger als ohne. Auf die Lüfterdrehzahl hat das in Regel keine keine Auswirkung, da der Lüfter hier maßgeblich von der GPU-Temperatur gesteuert wird. Ausnahmen bilden die Segmente des Benchmarks, welche sich komplett auf die CPU konzentrieren, so z.Bsp. der Physik-Test in Fire Strike gegen Ende des Durchlaufs.

Port Royal ist ein spezieller GPU Ray Tracing-Benchmark, bei welcher die GPU komplett ausgelastet ist, während die CPU noch viele Reserven übrig hat. Hier gibt es das paradoxe Phänomen, dass die durch Undervolting reduzierte CPU-Temperatur dazu führt, dass die Lüfter insgesamt weniger agressiv arbeiten. Das wirkt sich dann auf die unter Volllast liegende GPU-Temperatur aus, wodurch die GPU ihren Boost über den gesamten Lauf verteilt nicht komplett ausfährt. Dieser GPU-fokussierte Benchmark ist also deutlich leiser, aber deshalb eben auch 4% langsamer.

Insgesamt zeigt sich hier wieder die alte Crux von generischen 3D-Benchmarks: diese Benchmarks erzeugen während ihrer 3D/GPU-Szenen einfach nicht genügend CPU-Last und eignen sich daher nur bedingt für einen direkten Vergleich mit richtigen Gaming- und Rendering-Szenarien.


Assassin's Creed: Origins

neo15_10875H_undervolting_ac-origins.png


Der Benchmark von AC: Origins ist relativ kurz und pendelt sich nach etwa der Hälfte des Runs auf Maximalwerten ein. Aber in den ersten drei Minuten lässt sich wieder dasselbe Schema erkennen: die CPU-Temperatur ist niedriger und die Lüfter kommen erst etwas später zum Einsatz.


Batman: Arkham Knight

neo15_10875H_undervolting_arkham-knight.png


Dieser Benchmark läuft etwa zwei Minuten und zeigt ein deutliches Bild: die CPU Temperatur mit -50mV Undervolting liegt über längere Zeit 2°C unterhalb des Normalwertes. Nach 80 Sekunden tritt die CPU-Temperatur ohne Undervolting in einen Bereich, welcher den Lüfter von 90 auf 100% eskalieren lässt. Mit Undervolting hingegen wird die 90%-Marke nicht überschritten.


Monster Hunter Online

neo15_10875H_undervolting_monster-hunter-online.png


Dieses Spiel und der offizielle, kostenlos erhältliche Benchmark ist aus dem Jahr 2013. Da das Spiel auf Single Core Leistung optimiert ist, bringt es auch moderne, auf Multi-Core-Leistung optimierte 8-Kern-CPUs ins Schwitzen. Die CPU läuft ins Temperatur-Limit und die GPU pendelt sich bei etwa 82°C ein, also noch unterhalb des 87°C GPU Temp Target. In den Temperaturen ist zwischen mit und ohne Undervolting kein großer Unterschied zu sehen. Aber da die CPU mit Undervolting auch beim Treffen des Temperatur-Limits noch etwas höher takten kann, haben wir mit Undervolting im Benchmark einen Performance-Gewinn von 1% mit bis zu 3% Gewinn bei den "Minimum FPS" Drops.


Shadow of the Tomb Raider

neo15_10875H_undervolting_shadow-of-the-tomb-raider.png


Der interne Benchmark von Shadow of the Tomb Raider dauert ca. 4 Minuten. Die GPU wird bereits durch die Menü-Hintergrundgrafik komplett ausgelastet, deshalb haben wir das System vor dem Start des Benchmarks erstmal warm laufen lassen. Im Diagramm ist zu sehen, dass die CPU-Temperatur bereits zum Start des Benchmarks mit Undervolting 3°C tiefer liegt. Dieser Trend setzt sich dann fort. In diesem Run sehen wir auch einen deutlichen Unterschied in der GPU-Temperatur. In beiden Tests drehen die Lüfter mit höchster Geschwindigkeit, aber die CPU- und GPU-Temperaturen bleiben mit Undervolting stabil während sie ohne Undervolting bis in ein Thermal Throttle Limit laufen. Da dieser Benchmark sowohl CPU als auch GPU komplett auslasten und das System bereits zum Start des Benchmarks thermal gesättigst ist, wird hier der Vorteil von Undervolting besonders deutlich. Da die Heatpipes von CPU und GPU sind miteinander verbunden, so dass stabilere CPU-Temperaturen sich auch positiv auf GPU-Temperaturen auswirken können. Unterm Strich haben wir hier 2% höhere Performance durch einen -50mV CPU-Undervolt mit bis zu 9°C Unterschied in der GPU-Temperatur.


Undervolting-Stabilitätsgrenzen des Test-Systems

Das zufällig aus der Serienproduktion ausgewählte Test-System aus den o.a. Vergleichstests beginnt ab -80mV Undervolt bereits, nach wenigen Sekunden einen Bluescreen in Prime95 zu erzeugen. Damit bestätigt sich wieder, dass bishere Undervolting-Erfolge von bis zu -130mV auf i7-9750H sich in der Masse mit dem i7-10875H nicht mehr wiederholen lassen.

Mit -70mV auf CPU Core/Uncore hingegen läuft das System jetzt seit ca. 24h stabil durch, sowohl mit Benchmarks als auch im Idle. Wir werden das noch eine Weile beobachten.

Parallel hierzu testen wir auch das Oberlimit von Intel Graphics (iGPU) Undervolting. Im Test-System bekommen wir Grafik-Artefakte ab einem iGPU-Undervolt von -90mV (in Kombination mit -70mV auf der CPU). Danach ließ sich das System erstmal nicht mehr Booten, bis wir es mit einem Ventilator abgekühlt haben. Nachdem das System wieder booten konnte, haben wir die iGPU wieder auf -80mV gestellt und wurden von einem Code 43 auf der Intel GPU im Device Manager begrüßt. Deaktivieren und Reaktivieren half hier nicht. Nach einem erneuten Neustart und einem Wechsel auf -70mV iGPU läuft die Intel-Grafik wieder.

Vorläufiges Zwischenergebnis des i7-10875H in unserem Test-System:

Intel CPUIntel Grafik
Stabil im Kurztest-70mV-70mV
Bluescreen/Crash-80mV-80/90mV

Das System befindet sich jetzt mit -70mV auf CPU und iGPU im Dauertest mit zwei Instanzen von Furmark (1x Intel, 1x NVIDIA) und Prime95 (Blend) parallel.


Fazit und Umfrage

Undervolting ist nach wie vor lohnenswert und lässt die CPU kühler laufen. Vor allem in CPU-intensiven Anwendungen sind die Unterschiede deutlich. Jedoch haben sich mit Intel Comet Lake die Verhältnisse verschoben und man muss wieder ganz von vorne anfangen.

Zusätzliche Informationen zu Ergebnissen auf Comet Lake U (z.Bsp. i7-10510U) und Comet Lake S (Desktop-CPU) wollen wir hier bald noch nachliefern.

Nochmals zur Erinnerung: Steigt bei Undervolting nicht gleich ganz oben ein, da dies mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu führen kann, dass euer System nicht mehr bootet. Tastet euch in kleinen Schritten an euer Ideal-Niveau heran.


Umfrage #1: Undervolting Community Feedback

Diese Umfrage ist nicht spezifisch auf Comet Lake bezogen sondern kann von jedem ausgefüllt werden, egal ob XMG/SCHENKER-Besitzer oder nicht und egal ob eigene Erfahrungen mit Undervolting vorliegen. Mit dieser Umfrage wollen wir herausfinden, wie breitgefächert die Erfahrungen mit Undervolting in der Community wirklich sind und wie eure Erfahrungen (sofern vorhanden) sich unterscheiden zwischen Undervolting via Software-Tools und Undervolting via BIOS.

Zur Umfrage

Vielen Dank für eure Teilnahme!


Umfrage #2: Comet Lake Undervolting Report

Die zweite Umfrage ist nur für Besitzer von Intel Comet Lake CPUs - egal ob mit XMG- oder SCHENKER, Desktop-PC oder mit Produkten anderer Hersteller - Hauptsache es steckt eine Intel Comet Lake CPU drin. Dies wird eine länger angelegte Feldstudie um herauszufinden, wo die Sweet Spots und Stabilitäts-Grauzonen von Comet Lake liegen. Hier kommt also die Schwarmintelligenz zum Einsatz.

Zur Umfrage

Bitte füllt diese Umfrage nur aus, wenn Ihr Erfahrungen mit Undervolting auf Comet Lake habt. Wer noch ganz neuer Besitzer ist, noch auf sein Gerät wartet oder die Anschaffung erst plant, bitte wartet noch mit dem Ausfüllen dieser Umfrage.

Aufbereitete Ergebnisse beider Umfrage werden veröffentlicht, sobald jeweils mindestens 100 Antworten vorliegen. Vielen Dank für eure Teilnahme!


Zur Diskussion


Für weitere Fragen, Anregungen und Erfahrungsberichte dient euch dieser Thread. Schreibt hier gern ausführliche Berichte zu Undervolting auf Comet Lake oder sonstige Tipps und Tricks rund ums Thema Undervolting.

Viele Grüße,
Tom
 
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