Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/core-i7-5960x-uebertakten-viel-strom-hilft-viel-1411-110261.html    Veröffentlicht: 03.11.2014 12:02    Kurz-URL: https://glm.io/110261

Core i7 5960X übertakten

Viel Strom hilft viel

Intels erste Achtkern-CPU für Desktop-PCs läuft nominal nur mit 3,0 GHz bei voller Last. Schon mit recht einfachen Einstellungen sind aber 4,4 GHz machbar, dann schlägt sie teurere Xeons. Die Leistungsaufnahme steigt sprunghaft an. Auch 64 GByte RAM sind inzwischen kein Problem.

Was bei Intel ein X am Ende der Modellnummer trägt, ist ein Prozessor für Overclocking - auch der Ende August erschienene und bereits getestete Core i7 5960X folgt den früher "Extreme Edition" genannten High-End-Modellen nach. Golem.de hat in den Wochen nach dem Marktstart mit mehreren UEFI-Versionen, Mainboards und Speichermodulen experimentiert, um einen möglichst einfachen Weg zu einer vergleichsweise günstigen Workstation aufzuzeigen.

Übertakten ist nämlich schon lange nicht mehr nur ein Hobby für Technikfans oder Rekordjäger, die bei Wettbewerben antreten. Auch professionelle Anwender, die nicht Unsummen für Workstations mit großen Xeon-CPUs ausgeben können oder wollen, machen sich den Taktgewinn zunutze. Dabei geht es nicht um die höchstmögliche Frequenz, sondern um einen stabilen Betrieb unter stundenlanger Last auf allen Kernen.

Notwendig ist das nicht nur für den oft zitierten Videoschnitt - auch wenn 4K-Filme hier neue Herausforderungen bringen -, sondern auch für die Bildbearbeitung mit vielen Ebenen und Filtern, die 3D-Konstruktion und Programmentwicklung. Das Kompilieren großer Anwendungen kann von vielen Kernen, hohem Takt und viel Speicher profitieren, so dass der Entwickler schneller zum Testen seines Codes übergehen kann.

Der 5960X ist dabei besonders interessant, weil er erstmals acht Kerne mit offenem Multiplikator bietet. Sechs Kerne hatte Intel schon seit dem März 2010 im Programm, damals erschien der 980X, der später durch 3960X und 4960X abgelöst wurde - immer mit neuen Architekturen, aber nicht den längst bei den Xeons erhältlichen Octacores. War die höhere Kernzahl bisher den teuren CPUs für Server und Workstations vorbehalten, so gilt das umgekehrt für die frei einstellbaren Multiplikatoren bei den Core-Prozessoren: Xeons sind nicht fürs Übertakten vorgesehen. Sie bieten für kritische Anwendungen eine Funktion, die wiederum die Desktop-CPUs nicht haben, und zwar die Unterstützung für ECC-Speicher.

Eine andere Beschränkung hat Intel mit dem 5960X aber aufgehoben, nämlich die Begrenzung der offiziell unterstützten Speichermenge. War in Intels ARK-Datenbank mit technischen Daten der Prozessoren zum Marktstart noch die Rede von maximal 32 GByte, so stehen dort nun 64 GByte - das war offenbar ein Fehler, denn schon seit dem 3960X ist so viel RAM möglich.

Und das ist noch nicht einmal das Maximum: Waren zuerst nur DDR4-Module mit je 8 GByte verfügbar, so landen derzeit die ersten 16-GByte-DIMMs bei den Händlern. Durch die vier Speicherkanäle mit je zwei Slots auf den X99-Mainboards sind dann auch 128 GByte zu erreichen. Mit Preisen von rund 1.600 Euro kostet so viel Speicher dann aber mehr als die rund 970 Euro, die für den 5960X gefordert sind.

Was man sonst für sehr schnelle Systeme braucht, ist aber sehr viel billiger und einfacher in der Handhabung geworden: Starke Netzteile sowie vorbefüllte Wasserkühlungen und die passenden Gehäuse dafür sind jeweils unter 100 Euro erhältlich.

Was man für 4,5 GHz braucht

Golem.de hat mit einem Serienexemplar der Boxed-Version des Core i7 5960X zahlreiche Experimente mit Luftkühlern von Cooler Master, Bequiet und Noctua durchgeführt - stabile 4,5 GHz ließen sich aber mit keinem Modell erreichen. Da wir einen Bauvorschlag für eine zuverlässige Workstation machen wollen, haben wir uns letztlich für die Wasserkühlung Nepton 280L von Cooler Master entschieden.

Sie besteht aus einem Doppelradiator, auf dem zwei Lüfter mit 140 Millimetern Durchmesser angebracht sind. Sie lassen sich über einen gemeinsamen 4-Pin-Stecker ans Mainboard anschließen, an die Pins für den CPU-Kühler auf der Hauptplatine kommt ein weiteres Kabel für die Pumpe. Solche integrierten Wasserkühlungen, die sich kaum aufwendiger als Luftkühler montieren lassen, führen die Abwärme des Prozessors direkt aus dem Gehäuse ab, wenn der Radiator nach außen blasend montiert ist. Durch die Summe der Lüfterdurchmesser werden diese Geräte auch 280-Millimeter-Radiatoren genannt.

Manche Overclocker bevorzugen es, die Lüfter Frischluft ins Gehäuse saugen zu lassen. Davon raten wir für ein dauerhaft stabiles System ab, weil die deutlich 200 Watt übersteigende Wärmeleistung des übertakteten Prozessors dann den Rest der Komponenten aufheizt - auch die Spannungswandler des Mainboards, die beim 5960X Schwerarbeit leisten müssen.

Damit das System ohne Last leise bleibt, muss die Lüfterregelung des Mainboards gut arbeiten. Wir haben die Lüfter der Nepton 280L auf den Mainboards Asus Rampage V Extreme und Gigabyte X99-Gaming G1 Wifi an einen Anschluss für Gehäuseventilatoren angeschlossen. Dieser wurde in der UEFI-Oberfläche der Boards so eingestellt, dass er abhängig von der CPU-Temperatur geregelt wird.

Bei beiden Mainboards klappte das gut, Pumpe und Lüfter sind in einem Gehäuse, bei dem der Radiator im Dach sitzt, bei geringer Last hörbar, aber kaum störend. Beim dauerhaften Rechnen auf allen Kernen werden die Ventilatoren dann aber recht laut. Die Lüfterregelung des Rampage V Extreme reagiert dabei aber nicht nervös, so dass sich ein konstantes Geräusch ergibt. Wie empfindlich man darauf reagiert, ist bei jedem Nutzer individuell verschieden. Da der Klang der Lüfter wenige hochfrequente Anteile enthält, empfinden wir das Geräusch als lange nicht so störend wie bei einer voll belasteten Grafikkarte wie der Radeon R9 290X im Referenzdesign.

Als Netzteil haben wir das Powerzone von Bequiet mit 1.000 Watt verwendet, weil es eines der günstigsten Geräte dieser Leistungsklasse ist und sich in unseren Experimenten bewährt hat. Die Ergebnisse der Leistungsaufnahme sind nicht mit früheren CPU-Tests von Golem.de vergleichbar, dort kamen beim Verzicht auf Übertaktung sparsamere Netzteile zum Einsatz.

Die nominal 1.000 Watt reizt der Prozessor auch beim Overclocking bis 4,5 GHz bei weitem nicht aus, maximal 355 Watt erreicht unser Aufbau bei Last auf allen Kernen. Da wir von einer Workstation mit einer oder mehreren schnellen Grafikkarten und mehreren Massenspeichern ausgehen, ist ein Netzteil der Kilowatt-Klasse für Reserven und künftige Erweiterungen aber empfehlenswert. Diese Geräte zeichnen sich auch durch stabile Stromversorgung auf einer oder mehreren 12-Volt-Schienen aus, woraus auch die CPU gespeist wird. Nach Angaben von Mainboardherstellern können bei 4,5 GHz über 20 Ampere allein durch den ATX12V-Anschluss fließen - dafür sind auch gute Kabel gefragt. Die Leistungsaufnahme von 240 Watt liegt dabei ganze 100 Watt über der TDP der CPU - und das funktioniert trotzdem.

Nur drei Einstellungen für 4,5 GHz

Wie bereits in einem früheren Artikel beschrieben, sind die Turbo-Boost-Frequenzen von Intel-CPUs nicht auf den ersten Blick verständlich. So ist der 5960X laut Datenblatt auf einen Basistakt von 3,0 GHz ausgelegt, bei Belastung von nur einem Kern sind per Turbo 3,5 GHz erreichbar. Für unsere angepeilten 4,5 GHz unter voller Last wären also 50 Prozent mehr Takt nötig, was ohne extreme Maßnahmen wie Stickstoffkühlung und Umbauten am Mainboard, sogenannte Voltage-Mods, schwer erreichbar scheint.

Intels Werte sind aber sehr konservativ gewählt, in der Praxis erreicht der 5960X auch ohne Overclocking 3,3 GHz dauerhaft auf allen Kernen, und das mit Luftkühlung. Zudem haben die Prozessoren recht hohe Reserven, laut Daten von Mainboardherstellern sind 4,4 bis 4,5 GHz meist zu erreichen. Diese Unternehmen testen für Übertaktungswettbewerbe oft Dutzende Prozessoren, so dass diese Angaben als brauchbarer Mittelwert zu betrachten sind.

Unsere Ergebnisse beziehen sich dagegen nur auf ein einziges Exemplar des 5960X, was auch für die meisten Anwender zutreffen dürfte. Es ist zwar möglich, sich bei Hardwareversendern mehrere CPUs zu bestellen und dann die beste zu behalten und bei den anderen vom Kauf zurückzutreten. Das ist aber nicht nur unfein, sondern auch ein bei den Händlern bekannter Trick. Leser berichten uns, dass auf solche Bestellungen von Privatpersonen schon einmal rückgefragt werde, warum man denn gleich mehrere der teuren Prozessoren brauche.

Das Overclocking-Potenzial der einzelnen CPUs ist allein schon deswegen verschieden, weil die Prozessoren bei ihrer Herstellung Kennlinien und Daten für die Spannungen fest eingebrannt bekommen, daran orientieren sich die automatischen Einstellungen eines Mainboards. Diese Werte lassen sich aber bei X99-Boards übergehen, was auch wiederum per Automatik oder manuell erfolgen kann.

Beim Rampage V Extreme sorgt schon der "Ai Overclock Tuner" im UEFI für 4.0 GHz. Diese Option muss nur angewählt werden, danach startet das System neu und stellt die entsprechenden Werte ein. Von diesen ausgehend sind manuell weitere Einstellungen möglich, was aber meist gar nicht kompliziert sein muss.

Drei Werte sind für eine Übertaktung des 5960X entscheidend: der Frequenzmultiplikator, der auch für den Turbo-Takt zuständig ist, die Kernspannung und die Energiesparfunktionen. Moderne Mainboards bieten Dutzende weitere Einstellungen, mit denen man die letzten Megahertz aus dem Prozessor kitzeln kann, für ein stabiles System zum Arbeiten sind sie aber nicht nötig.

Der Base-Clock des 5960X beträgt 100 MHz, bei einem Multiplikator von 40 ergeben sich also 4,0 GHz, und für 4,5 GHz müssen 45 eingestellt werden. Diese Optionen finden sich im UEFI meist als "CPU Core Ratio" oder "Turbo Boost Multiplier". Wichtig ist dabei, dass dieser Multiplikator für alle acht Kerne eingestellt wird, was oft "Sync All Cores" genannt wird.

Eine Frage der Spannung

In einem Overclocking-Workshop auf seinem Intel Developer Forum gab der Chiphersteller im Herbst 2014 als Anhaltspunkt für die Kernspannung 1,30 Volt an. Nominal arbeiten die 5960X mit rund 1,2 Volt unter Last, in Ruhe ist es weniger als ein Volt. Die Spannung braucht also schon einen kräftigen Zuschlag für mehr Takt. Recherchen bei Mainboardherstellern und eigene Experimente mit einem zweiten 5960X ergaben, dass die CPUs oft auch 1,35 Volt aushalten - darüber, so berichtete uns ein Unternehmen, wird die Sache durchaus riskant.

Zwar sind durch Übertakten durchgebrannte Prozessoren inzwischen recht selten geworden, wer sich aber nicht schrittweise an die maximal erreichbaren Werte herantastet und die Temperaturen ignoriert, kann die Hardware trotzdem beschädigen. Mit Programmen wie HW Monitor kann die Hitzeentwicklung für jeden einzelnen Kern ausgelesen werden, auch die dort genannte Temperatur für den ganzen Prozessor - das Package - sollte man im Auge behalten.

Laut Datenblatt darf der 5960X an der Oberfläche (TCase) höchstens 66,8 Grad Celsius warm werden, aber das ist ebenso wie die Turbo-Takte sehr vorsichtig gewählt. Unsere CPU lief auch über Stunden bei Temperaturen um 80 Grad stabil, was aber nur eine gute Wasserkühlung oder ein extrem lauter Luftkühler garantieren kann. Von Herstellern übertakteter PC-Komplettsysteme werden diese 80 Grad auch als Richtwert genannt.

Da die Spannung im direkten Verhältnis zur Leistungsaufnahme und damit zur Wärmeentwicklung steht, sollte sie nur langsam erhöht werden. Ausgehend von 1,30 Volt sind Schritte von 0,05 Volt empfehlenswert. Bei jeder Veränderung sollte ein Stresstest durchgeführt werden, bewährt haben sich mehrere Durchläufe des Cinebench R15. Das geht schnell, und das Programm lastet alle Kerne aus. Wenn schon Cinebench nicht absturzfrei läuft, tun das in Regel auch nicht andere Programme.

Unser 5960X erreichte 4,5 GHz erst bei einer Spannung von 1,35 Volt, was laut den Daten von Mainboardherstellern schon im oberen Bereich dessen liegt, was man einem solchen Haswell-E mit Wasserkühlung zumuten sollte. Auf ausführliche Experimente mit einem höheren Base-Clock haben wir verzichtet, weil das System schon bei 102 MHz - und damit nur 2 Prozent mehr Takt - nicht mehr zuverlässig lief. Overclocking-Profis erreichen ihre Rekorde meist nur durch Manipulation dieses Werts, dabei können jedoch alle anderen Komponenten wie PCIe-Steckkarten und sogar Massenspeicher in Mitleidenschaft gezogen werden. Es gibt zwar neue Frequenzteiler (Straps), die diese Effekte mildern können, für eine Workstation raten wir aber von erhöhtem Base-Clock ab.

Bei 4,6 GHz und sonst unveränderten Einstellungen wollte unser Testsystem zwar manchmal noch booten, ebenso wie beim Starten von beliebigen Programmen gab es dabei aber schon Bluescreens. Für einen 12 Stunden dauernden Stresstest mit einem echten Projekt in Cinema 4D - nicht nur dem Cinebench - haben wir den Takt auf 4,4 GHz gesenkt, diesen absolvierte der Rechner ohne Absturz. Es ist ratsam, die maximal erreichbare Frequenz um eine Multiplikatorstufe abzusenken, um ein dauerhaft zuverlässiges System zu erhalten.

Für all diese Einstellungen haben wir die tiefen Schlafzustände der CPU, insbesondere den Modus C1E, abgeschaltet. Das führt auch ohne Last zu einer höheren Leistungsaufnahme.

Verdoppelte Leistungsaufnahme

Um mit Cinebench R15 ein Drittel mehr Rechenleistung zu erhalten, ist doppelt so viel elektrische Energie nötig - das ist die schlechte Nachricht. Statt 176 Watt beim Rendern nahm unser System 355 Watt auf. Die gute Nachricht ist aber: Dieser Unterschied ist nur unter Last so extrem. Selbst wenn man die C-States des Prozessors so weit abschaltet, wie die Firmware des Mainbaords das zulässt, bleibt die Absenkung des Takts, wenn wenig zu tun ist, aktiv.

Beim Core i7 5960X ist dafür ein Multiplikator von 12 vorgesehen, was 1.200 MHz entspricht. Diesen Wert erreichte der Rechner auch zuverlässig, wenn er nicht belastet wurde. Durch die Abschaltung einiger Energiesparfunktionen der CPU ist das System dann aber nicht so sparsam wie ohne die Übertaktungsmaßnahmen. Wenn wir alle Werte dem UEFI überließen, also die werksseitigen Einstellungen des Prozessors nutzten, brauchte der Rechner auf dem Windows-Desktop nur 72 Watt. Schon für 4,0 GHz Maximaltakt waren es 95 Watt, bei 4,5 GHz dann 102 Watt.

Bei manchen Mainboards lässt sich das durch eigene Energieverwaltung von Teilen des Systems wohl noch drücken, deutlich unter diesen Wert dürfte man bei übertakteten Haswell-E aber nur selten kommen. Die Grafikkarte hat in unseren Tests nur einen sehr geringen Einfluss, denn wir haben eine Radeon HD 6450 verwendet, die laut AMD ohne 3D-Last nur 7 Watt benötigt.

Je ein Watt Anteil an der Leistungsaufnahme hat jedes Speichermodul, wie wir durch Entfernen der DIMMs Stück für Stück ausprobiert haben. Mit den getesteten 4,5 GHz klappte das auch mit acht Hyper-X Predator von Kingston (DDR4-2400) bei standardmäßigen 1,2 Volt. Jedes der Module besitzt 8 GByte, wir konnten sie ohne Eingriffe an den Speichertimings zu acht betreiben, so dass auch 64 GByte mit Übertaktung als stabil gelten dürfen.

Insgesamt stellt der 5960X damit nun eine gute Basis für eine kleine Workstation dar - dass Intel den Desktop-PCs immer noch ECC-Speicher vorenthält, ist ärgerlich, aber für die meisten Anwendungen nicht tragisch. Das Übertakten ist leichter als bei früheren CPUs, woran aber auch die inzwischen ausgefeilten Automatiken der Mainboard-Firmware Anteil haben.

Wie bei allem Multi-Core-CPUs hat der Nutzer von der großen Zahl der Kerne und dem hohen Takt nur etwas, wenn seine Anwendungen gut in Threads aufgeteilt sind. Die Single-Thread-Leistung steigt zwar auch mit dem Takt, doch dafür lohnt sich der erhöhte Energiebedarf kaum. Und Spiele brauchen nur in extremen Ausnahmen die 16 Threads eines 5960X. Anders als beworben ist dieser Prozessor eher ein Gerät zum Arbeiten.  (nie)


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