Intel Alder & Raptor Lake – Effizienz & Performance Sweet Spot
Ziel des Beitrags ist, die durch Power Limits und Turbo-Ratios beeinflusste CPU-Performance bzw. Taktraten zu beobachten, um daraus den Effizienz Sweet Spot abzuleiten.
Folgende Intel 12th und 13th Gen Modelle wurden mit Power Limits von 73W bis 283W, in je 30W Schritten, getestet:
- i5-12600K (6P + 4E = 10 Kerne / 16 Threads)
- i7-12700K (8P + 4E = 12 Kerne / 20 Threads)
- i5-13600K (6P + 8E = 14 Kerne / 20 Threads)
- i7-13700K (8P + 8E = 16 Kerne / 24 Threads)
- i9-13900K (8P + 16E = 24 Kerne / 32 Threads)
Methodik
Getestet wird jeweiliger Prozessor mit einem Power-Limit (PL1=PL2) ab 73W.
Stufenweise wird das Power Limit um 30W erhöht:
73W, 103W, 133W, 163W, 193W, 223W, 253W, 283W
Für den Test wird der Cinebench R23 Allcore Test genutzt, der alle Kerne voll auslastet, um vorgegebene Power-Limits möglichst auszureizen.
Letztlich werden wir erfahren, welche Leistung pro Watt, Taktrate und prozentuale Leistungssteigerung jeweiliger Prozessor mit anheben des Power Limits erreicht und inwiefern sich ein entsprechendes Power Limit lohnt.
Testumgebung
CPU Kühler
Für die Tests nehme ich einen der aktuell stärksten CPU-Luftkühler, den Deepcool AK620. Die beiden 120mm Deepcool-Lüfter tausche ich durch die Spitzenmodelle NF-A12x25 PWM, aus dem Hause Noctua, aus. So steigt die Performance bei gleichzeitig reduzierten Arbeitsgeräuschen.
Die beiden 120mm Noctua-Lüfter laufen ab 60°C auf relativ leisen 1650 Umdrehungen, was zugleich auch als maximale Drehzahl per BIOS-Lüfterkurve festgelegt wurde. Das heißt sobald eine Last anliegt, drehen die Lüfter des CPU-Kühlers auf der maximal eingestellten Drehzahl, sodass eine einheitliche Vergleichsbasis gegeben ist. Eine Erhöhung auf 2000 RPM bringt maximal 1-2°C Verbesserung und steht der entstehenden Lautstärke unverhältnismäßig gegenüber. 1650 RPM ist ein guter Sweet Spot für höchste Performance bei leisem Arbeitsgeräusch.
Weiteres Kühlzubehör
Außerdem wurde immer ein Thermalright LGA1700-BCF verwendet, der das Problem mit der Verbiegung durch den Standard LGA1700 Verschluss behebt. Durch diesen Helfer sinken durch die Verbiegung betroffenen Kerntemperaturen um weitere 4 bis 8°C!
Wärmeleitpaste
Zwischen jedem CPU-Wechsel wurde neue Thermal Grizzly Kryonaut Wärmeleitpaste aufgetragen.
Mainboard
Als Mainboard kommt das Gigabyte Z690 Aorus Master zum Einsatz, wo das BIOS und die Spannungswandler keine Wünsche für so einen Test offen lassen.
RAM
Beim Arbeitsspeicher greife ich auf ein G.Skill DDR5-6000 64GB CL30 Kit zurück, dessen Taktrate ich auf DDR5-6200 erhöht und primäre Timings auf CL30-37-37-28-2T-480 getuned habe.
Auch die sekundären Timings, tREFI (65535), tXP (4) tCKE (4) und tFAW (16) habe ich geschärft. Auf dem RAM sind die potenten Hynix Chips verbaut.
Das Gehäuse
Die Tests wurden auf einer Testbench ausgeführt, wobei ich den Höchstwert von 283W Leistungsaufnahme, des i9-13900K, auch im Airflow Gehäuse, Fractal Design Torrent, getestet und für möglich befunden habe.
Intel Alder & Raptor Lake - Effizienz und Performance Benchmarks
Schauen wir uns zunächst die Gesamtpunktzahl bei entsprechendem Power-Limit an, um anschließend weitere Erkenntnisse davon abzuleiten.
Hier sehen wir wo wir Punktemäßig landen, wenn wir ein entsprechendes Watt-Kontingent via Power-Limit festsetzen:
Hier finde ich zwei Punkte besonders beeindruckend.
Zunächst finde ich es großartig, dass der i5-13600K den i7-12700K aus der vorherigen Generation mit weniger Leistungsaufnahme schlagen kann.
Außerdem fällt mir auf, dass der i9-13900K in einer ganz eigenen Allcore-Liga spielt. Schon bei 133W Leistungsaufnahme erreicht der i9-13900K mehr Punkte, als der i7-13700K bei 253W.
Wow!
Performance per Watt
Nun brechen wir obige Allcore-Punktzahl auf die Leistung pro Watt herunter. So erhalten wir ein greifbaren Wert, um die Effizienz der Modelle untereinander zu vergleichen.
Umso höher die Punkte per Watt, desto besser die Allcore-Effizienz.
Folgende Kurve zeigt die Punkte pro Watt, bei entsprechendem Power-Limit. Umso höher der Punkt in der Kurve liegt, desto mehr Leistung bringt der investierte Watt.
Der i9-13900K kann sich wegen seiner vielen Effizienz-Kerne besonders gut, in Puncto Effizienz, von den anderen Modellen absetzen, sofern alle Kerne belastet werden. Das heißt der i9 kann pro Watt am meisten Arbeit erledigen, da er mehr Kerne (Arbeiter) zur Verfügung hat. Darauf komme ich gleich nochmal zurück.
Falls weniger Kerne angesprochen werden, dafür aber eine hohe Taktrate abgefragt wird, ist der Vergleich etwas schwierig, da pro Kern der gleiche Verbrauch entsteht, solange die Taktrate gleich ist.
So kommt der i9-13900K ab Werk auf 5.8Ghz Single/Dual-Core Turbo und der i5-13600K auf “nur” 5.1Ghz. Infolge zieht der i9 für die 700Mhz höheren Takt auch mehr aus der Steckdose, als der i5.
Allcore P-Core Taktrate bei entsprechendem Power-Limit
In der nächsten Grafik kannst du die Allcore-Taktraten vergleichen. Hier gilt es im Hinterkopf zu behalten, dass die Anzahl der P- und E-Kerne unterschiedlich ist und eine größere Anzahl an Kernen mehr aus der Steckdose ziehen muss, um die beworbenen Turbo-Taktraten zu fahren.
Ich finde den Vergleich zwischen den beiden i5 und i7 Modellen aufschlussreich, da es den Benefit der 13. Gen gegenüber der 12. Gen zeigt. Trotz einem Zugewinn von vier zusätzlichen E-Kernen, wird insgesamt eine höhere Taktrate, bei gleicher Leistungsaufnahme, erreicht.
Prozentualer Anstieg der Leistung bei Erhöhung des Power-Limits
In der ersten Grafik haben wir die Leistungskurven für die Cinebench R23 Allcore-Punktzahl gesehen.
Nun schauen wir uns die prozentuale Steigerung der Allcore-Leistung, mit Anheben des Power-Limits, an:
Besonders die 8P-Kern Modelle erfreuen sich merklich an der Erhöhung des Power-Limits. Bis 133W verbuche ich die größten Leistungssprünge. Danach fällt die Ausbeute von Power-Limit zu Power-Limit geringer aus, bis letztlich thermale Limits erreicht werden.
Aber es gibt drei Ausreißer, den i5-13600K, i9-13900K und i5-12600K.
Beim i5-13600K steigt die Performance nahezu linear mit anheben des Power-Limits, bis der Takt ab 193W (effektiv schon ab 185W) überproportional um 350Mhz Allcore statt um 250Mhz springt. Das gleiche Verhalten zeigt auch der i9-13900K, der ab 253W (effektiv schon ab 243W) die Taktrate der P-Kerne überproportional zum vorherigen Power Limit von 223W anhebt.
Es sieht so aus als ob die P-Kerne eine höhere Spannung erfordern, um eine gewisse Takt-Mauer durchbrechen zu können. Wenn ich in 10 oder 20W Schritten getestet hätte, wäre die Linie weiterhin Linear verlaufen, anstatt diesen Sprung zu machen, aber diese zufällige Entdeckung hat die Physik dahinter, für mich, greifbarer gemacht.
Bei dem i5-12600K halte ich 125W bis 135W Power-Limit für den Sweetspot, da der Performance-Zugewinn von ~ 2 – 5% weit unterproportional zur Leistungsaufnahme steht.
Fazit
Intel hat die Base Power (PL1) für alle K-Modelle der 12. und 13. Generation auf 125W gesetzt und wie mir obige Messungen zeigen, macht das auch Sinn. Denn wir sehen das nach dem Power Limit von 133 Watt, verhältnismäßig wenig(er) Allcore-Performance gewonnen wird.
Außerdem finde ich interessant, dass hohe Taktraten eine deutlich höhere VID (VCore) erfordern und ein niedrig angesetztes Power-Limit dem entgegenstehen kann. Schließlich erfordert eine CPU, die reich an Kernen ist, mehr Energie, um all die Kerne hoch zu takten. Dann wiederum ist eine hohe Taktrate auf bspw. allen P-Kernen oft nicht allzu lohnenswert, wie obige Messungen zeigen.
Die wenigen Single- und Dual-Core Belastungen die es gibt, ziehen beim 13900K, bei 5.8Ghz, ca. 30 Watt pro Kern, sodass eine Base Power von 125 Watt auch dieses Szenario abdeckt.
Es gibt nur wenige Gaming-Titel, die von einer hohen Multicore-Leistung profitieren. Außerhalb von Benchmark Messungen, die auf niedriger FullHD Auflösung erfolgen, limitiert zuerst die Grafikkarte.
So weiß ich unterm Strich nun, was ich auf die Frage nach dem Effizienz Sweet Spot für Intel’s 12th und 13th Gen erwidere:
125 Watt!
Dennoch wird der Performance-Snob in mir, für kurzfristige Schübe via PL2, etwas mehr Watt genehmigen. 🙂
Nun zu dir:
Wie lässt du deine CPU laufen bzw. was ist dir wichtig?
Lass es mich in den Kommentaren wissen, ich bin gespannt!
Abschließend hoffe ich, dass auch du etwas mitnehmen konntest und danke für deine Aufmerksamkeit.
Grüße,
Baris
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