PL1, PL2, TAU, EWMA erklärt

Seit der Sandy-Bridge-Generation von 2011 und deren Turbo Boost 2.0 definiert Intel auch Power-Limits, welche die Energieaufnahme und damit die Geschwindigkeit der CPUs begrenzen oder auch steigern (siehe PDF auf Seite #16).

Intel betont, dass es sich bei den Power-Limits nur um Richtwerte handelt, es steht Mainboard-Herstellern und OEM-Partner also frei, diese zu verändern. Das Erhöhen der Targets ist demzufolge kein Overclocking, sofern die von Intel spezifizierten maximalen Frequenzen je nach Anzahl der ausgelasteten Kerne nicht überschritten werden. Erst wenn eine Platine so voreingestellt ist, dass diese Taktraten ausgehebelt werden, handelt es sich genau genommen um eine Übertaktung.

Die thermische Verlustleistung, die Thermal Design Power (TDP), des Core i9-10900K etwa beziffert Intel mit 125 Watt. Damit entspricht sie dem PL1, also dem Power-Limit, welches unter dauerhafter Last seitens des CPU-Herstellers empfohlen wird. Bei älteren Chips wie dem Core i9-9900K hingegen nennt Intel eine TDP von 95 Watt und listet diesen Wert auch als Empfehlung für das PL1.

	Kerne /Threads	Takt	PL1	PL2	TAU
Core i9-10900K(F)	10C/20T	3,7 bis 5,3 GHz	125 Watt	250 Watt	56 sec
Core i9-10900(F)	10C/20T	2,8 bis 5,2 GHz	65 Watt	224 Watt	28 sec
Core i9-10900T	10C/20T	1,9 bis 4,6 GHz	35 Watt	123 Watt	28 sec
Core i7-10700K(F)	8C/16T	3,8 bis 5,1 GHz	125 Watt	229 Watt	56 sec
Core i7-10700(F)	8C/16T	2,9 bis 4,8 GHz	65 Watt	224 Watt	28 sec
Core i7-10700T	8C/16T	2,0 bis 4,5 GHz	35 Watt	123 Watt	28 sec
Core i5-10600K(F)	6C/12T	4,1 bis 4,8 GHz	125 Watt	182 Watt	56 sec
Core i5-10600	6C/12T	3,3 bis 4,8 GHz	65 Watt	134 Watt	28 sec
Core i5-10600T	6C/12T	2,4 bis 4,0 GHz	35 Watt	92 Watt	28 sec
Core i5-10500	6C/12T	3,1 bis 4,5 GHz	65 Watt	134 Watt	28 sec
Core i5-10500T	6C/12T	2,3 bis 3,8 GHz	35 Watt	92 Watt	28 sec
Core i5-10400(F)	6C/12T	2,9 bis 4,3 GHz	65 Watt	134 Watt	28 sec
Core i5-10400T	6C/12T	2,0 bis 3,6 GHz	35 Watt	92 Watt	28 sec
Core i3-10320	4C/8T	3,8 bis 4,6 GHz	65 Watt	90 Watt	28 sec
Core i3-10300	4C/8T	3,7 bis 4,4 GHz	65 Watt	90 Watt	28 sec
Core i3-10300T	4C/8T	3,0 bis 3,9 GHz	35 Watt	55 Watt	28 sec
Core i3-10100	4C/8T	3,6 bis 4,3 GHz	65 Watt	90 Watt	28 sec
Core i3-10100T	4C/8T	3,0 bis 3,8 GHz	35 Watt	55 Watt	28 sec

Comet Lake S - PL1, PL2, TAU laut Intel

Neben dem PL1 gibt es noch das PL2, welches für kurzfristige Lasten ausgelegt ist, sprich Burst-Workloads. Darunter fallen neben dem Starten von Anwendungen auch Bearbeitungsschritte beim Editieren von Fotos, da hier selten alle Filter direkt hintereinander angewendet werden. Zudem diesen Zweck ist das PL2 an einen Zeitwert gebunden, den sogenannten TAU (Turbo Time Parameter).

Bisher war üblich, dass PL2 dem Faktor 1,25 von PL1 entspricht und TAU auf 28 Sekunden festgelegt ist. Bei 95 Watt PL1 sind das also rund 119 Watt für knapp eine halbe Minute, danach wird die Leistungsaufnahme des Chips wieder gedrosselt. Das klappt deshalb problemlos, weil die thermische Trägheit dafür sorgt, dass der Prozessor samt Kühler in dieser kurzen Zeit nicht überhitzt, weil sich Wärme nicht schlagartig ausbreitet.

Mit den Comet Lake S empfiehlt Intel allerdings das PL1, das PL2 und den TAU deutlich aggressiver einzustellen: Beim Core i9-10900K liegt das PL1 bei 125 Watt, das PL2 bei satten 250 Watt und der TAU beträgt 56 Sekunden. Keines der drei von uns verwendeten Mainboards war jedoch in der Lage, den PL2-Wert so lange zu halten. Der Grund dafür ist keineswegs eine zu schwache Spannungsversorgung, sondern vielmehr der EWMA.

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Ein EWMA beeinflusst TAU und PL2. (Bild: Intel)

Das steht für Exponentially Weighted Moving Average, also einen exponentiell gewichteten gleitenden Mittelwert. Der aus mehreren Faktoren ermittelte EWMA wird mit dem TAU verrechnet und reduziert daher die Zeitspanne, in welcher das kurzfristige PL2 anliegen kann. Je häufiger hohe oder lange Last auf dem Prozessor anliegt, desto eher verringert der EWMA den TAU; viel Leerlauf verbessert ihn. In unserem Fall waren die 56 Sekunden - egal mit welcher Z490-Platine - allerdings schlicht nicht erreichbar. Je nach Board und Benchmark war nach einer halben Minute, teils sogar schon nach wenigen Sekunden die TAU-Zeit und damit das PL2 erschöpft.

Wir haben daher unsere Tests einmal mit der Intel-Empfehlung von 125/250 Watt sowie (bis zu) 56 Sekunden erstellt und zudem noch das PL1 auf 4.096 Watt gestellt, damit der Core i9-10900K nicht durch ein Power-Limit beschränkt wird. Bei Asus' Z490 ROG Maximus XII Hero WiFi können wir beim Boot-Vorgang per F1 und F3 auswählen, ob wir Intel-Spec oder Unlimited nutzen wollen. Gigabytes Z490 Aorus Master und MSIs Z490 Ace legen 4.096 Watt an - was real grob 250 Watt entspricht. Der Core i5-10600K hingegen bleibt unter 125 Watt, nur im y-Cruncher (Berechnung von Pi mit AVX[2]-Code) oder per Prime95 liegt er darüber.