Ylikellotustesti ilmalla: Ryzen 7 1800X & 1700X

AMD:n lupasi jo hyvissä ajoin, että kaikki Ryzen-prosessorit tulisivat olemaan tehokäyttäjille suunnattuja ja kerroinlukottomia. Yritys pyrkii avoimesti hyödyntämään Ryzenin markkinoinnissa yli 10 vuoden takaisia Athlon- ja Duron-prosessoreiden kulta-aikoja, jolloin harrastajat pääsivät käsiksi prosessoreiden ylikellotusominaisuuksiin kunnon tee-se-itse-meiningillä.

Esimerkiksi Slot A -kantaisten Athlon-prosessoreiden kerrointa ja käyttöjännitettä sai nostettua juottamalla prosessorin piirilevyltä pintaliitosvastuksia eri paikkoihin. Lisäksi prosessorin piirilevyn ylänurkasta löytyi liitin, johon oli mahdollista kytkeä erillinen kytkimillä tai jumppereilla varustettu ylikellotuspalikka, jonka avulla pystyi vaihtamaan kerrointa ja käyttöjännitettä helposti ilman vastusten juottamista.

Myöhemmin Socket A -kantaisissa prosessoreissa kerroinlukko saatiin avattua yhdistämällä keraamisen koteloinnin päältä löytyneitä kullattuja pisteitä sähköä vähän johtavalla lyijykynällä. Orgaanisiin kotelointeihin siirryttäessä sama temppu täytyi toteuttaa esimerkiksi hopealakalla.

Sen lisäksi, että kaikki Ryzen-mallit ovat kerroinlukottomia, ylikellottaminen onnistuu suurimmalla osalla emolevyjä eli kaikilla X370-, X300- ja B350-piirisarjaan perustuvilla emolevymalleilla. Kyseessä on hyvä markkinointikikka, sillä Intel on viime vuosina rajoittanut ylikellottamisen ainoastaan mallistojen suorituskykyisimpiin ja kalleimpiin K- ja X-malleihin, joten edullisemmista prosessoreista ei ole pystynyt enää pitkään aikaan repimään irti lippulaivamallien tehoja ja säästämään kukkaroa.

Ryzen-prosessoreissa lämmönlevittäjä on juotettu piisiruun eli käyttäjien ei tarvitse huolehtia heikkolaatuisesta tahnasta tai kontaktista, kuten Intelin kuluttajaluokan prosessoreilla. Lämmönlevittäjän juottamisessa ei kuitenkaan ole kyse harrastajien miellyttämisestä, vaan AMD on joutunut ottamaan kaikki keinot käyttöön saadakseen Ryzenin lämpötilan kuriin ja prosessorin kellotaajuuden mahdollisimman ylös paremman kilpailukyvyn saavuttamiseksi.

Ryzenin ylikellotusominaisuudet

Ryzen-prosessorin kokonaiskellotaajuus muodostetaan kertoimella ja 100 MHz:n Ref_clk-taajuudella, johon ovat sidoksissa myös muistitaajuus, muistiohjain ja prosessorin sisäisestä tiedonsiirrosta CPU-kompleksien välillä huolehtiva Infinity Fabric -yhteysväylä. Ref_clk-taajuutta pystyy säätämään noin 85-145 MHz:n välillä, jota korkeammalle PCI Express -väylät ja X370-piirisarja eivät enää taivu. Prosessorin kerrointa on mahdollista vaihtaa 0,25x askelin, joka tarkoittaa 25 MHz:n muutosta kellotaajuuteen. Suurin mahdollinen käyttäjän säädettävissä oleva kerroin on 63,5x ja pienin 30x.

CPU-Z-kuvankaappauksessa näkyvä Northbridge tarkoittaa käytännössä DDR4-muistiohjainta (UMC, Unified Memory Controller), joka toimii samalla kellotaajuudella kuin muistit. Muistiohjaimen kellotaajuutta ei pysty erikseen säätämään, vaan se kulkee käsi kädessä muistien kellotaajuuden kanssa.

Ryzenissa korkein muistikerroin mahdollistaa DDR4-3200-nopeuden ja korkeampien muistinopeuksien saavuttamiseksi on nostettava Ref_clk-taajuutta. Teoriassa maksimi muistitaajuus Ryzen-alustalla on noin 2300 MHz eli DDR4-4600-nopeus (32x muistikerroin x 145 MHz Ref_clk). Toistaiseksi Ryzenin muistiohjaimen latensseja ja asetuksia on säädettävissä vain viisi kappaletta (TCL, TRCRDD, TRCWRD, TRPT ja TRAS) ja Command Rate -arvo on aina 1T. Loput muistien asetuksista avautuvat säädettäväksi mahdollisesti myöhemmin emolevyjen BIOS-päivitysten myötä.

Prosessoreilla ei ole varsinaisesti tiettyä kiinteää vakiokäyttöjännitettä, vaan käyttöjännite elää prosessorin kuormasta riippuen 1,2-1,3625 voltin välimaastossa. Poikkeustapauksia ovat lepotila, jolloin käyttöjännite laskee noin 0,85 volttiin ja XFR-tila, jolloin käyttöjännite voi nousta yli 1,4 volttiin. CPU-Z-ohjelmalla prosessorin käyttöjännite näyttäisi heittelevän runsaasti rasituksessa, mutta tarkan käyttöjännitteen mittaamiseksi suositellaan yleismittaria.

AMD:n oman yleisen suosituksen mukaan 1,35 voltin käyttöjännite on hyväksyttävä jokapäiväiseen käyttöön. 1,45 voltin käyttöjännite on AMD:n mukaan myös käyttökelpoinen, mutta mallinnusten mukaan voi vaikuttaa prosessorin elinikään.

Ryzen-prosessoreiden yhteydessä AMD julkaisi uuden Ryzen Master -ylikellotusohjelman, jonka avulla pystyy säätämään muun muassa ytimien kerrointa, väylätaajuutta ja muistien kellotaajuutta, käyttöjännitteitä, muistiasetuksia ja kytkemään ytimiä pois käytöstä. Lisäksi mukana on alkeellinen monitorointityökalu, jolla pystyy seuraamaan ytimien kellotaajuuksia ja lämpötilaa.

Kun Ryzen Master -ohjelmalla nostetaan prosessorin kerrointa, alusta siirtyy automaattisesti manuaaliseen ylikellotustilaan. Käytännössä tämä tarkoittaa, ettei XFR- ja virransäästöominaisuudet eivät ole enää käytössä ja prosessorin käyttöjännite nousee automaattisesti 1,3625 volttiin. Tämän jälkeen käyttöjännitettä voi säätää manuaalisesti haluamalleen tasolle. Asuksen Crosshair VI Hero -emolevyllä debug-ledeihin ilmestyy OC, kun järjestelmä siirtyy ylikellotustilaan.

Testikokoonpano

Testasimme 8-ytimisten Ryzen 7 -sarjan 1800X- ja 1700X-mallien ylikellotuspotentiaalin, kun prosessoreita jäähdytettiin kahdella 140 mm:n tuulettimella varustetulla Noctuan NH-D15-coolerilla. Kokoonpano oli asennettuna NZXT:n S340-kotelon sisuksiin ja kylkipaneeli oli testien ajan kiinni.

Alustana testeissä oli käytössä Asuksen X370-piirisarjaan perustuva ROG Crosshair VI Hero -emolevy ja 16 gigatavua Corsairin DDR4-muistia, jotka jätettiin toimimaan prosessorien ylikellotustesteissä DDR4-2667-nopeudella.

Noin 300 euron hintaisen emolevyn UEFI BIOSista löytyy kattavat ylikellotusominaisuudet, kuten jännitteiden sekä Digi+-virransyötön parametrien säädöt.

• AMD Ryzen 7 1800X (8/16 ydintä/säiettä, Boost 4,0 GHz)
• AMD Ryzen 7 1700X (8/16 ydintä/säiettä, Boost 3,8 GHz)
• Asus Crosshair VI Hero (X370)
• 16 Gt Corsair Vengeance LPX DDR4-3000 & DDR4-3600
• NVIDIA GeForce GTX 1080 Founders Edition (378.49-ajurit)
• Kingston 480 Gt HyperX Predator PCIe
• Corsair HX1000 (1000W)
• Microsoft Windows 10 Pro 64-bit

Ylikellotustestit

Ryzen 7 1800X

Vakiona Ryzen 7 1800X toimii kaikkien 8 ytimen rasituksessa 3,7 GHz:n kellotaajuudella ja XFR-ominaisuuden avulla 1-2 ytimen rasituksessa kellotaajuus vaihtelee lämpötilasta ja tehonkulutuksesta riippuen 4,0-4,1 GHz:n välimaastossa.

Kun vakautta haettiin HandBrake-ohjelmalla noin 10 minuutin 4k-videon H.264-enkoodauksella ja muilla testiohjelmilla, saatiin kokoonpano ilman suurempia ongelmia toimimaan 4000 MHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,4 volttia. Prosessorin lämpötila nousi ylikellotettuna 80 asteeseen.

Tämän jälkeen edessä oli täydellinen seinä.

Kerrointa ei saatu nostettua edes yhdellä 0,25x askeleella 4025 MHz:iin, vaikka käyttöjännitettä kokeiltiin nostaa 1,45 volttiin asti. Samalla havaittiin, että yli 1,4 voltin käyttöjännitteillä prosessorin lämpötila nousi herkästi yli 80 asteeseen ja 1,45 voltin käyttöjännitteellä 95 asteeseen.

Ryzen 1800X:n tapauksessa 4 GHz:n ylikellotustulos tarkoittaa samalla sitä, että kun XFR-ominaisuus kytkeytyy automaattisesti ylikellottaessa pois päältä, ei 1-2-ytimen rasituksessa kellotaajuus nouse enää rasituksessa 4,1 GHz:iin.

Liukulukulaskentaa nopeuttavia Advanced Vector Extensions 2- eli AVX2-käskyjä käyttävä Prime95-testi saatiin rullaamaan vakaasti 50 MHz alhaisemmalla 3950 MHz:n kellotaajuudella samalla 1,4 voltin käyttöjännitteellä, jolloin prosessorin lämpötilaksi mitattiin 92 astetta.

Huom! Nykyiset versiot Prime95-ohjelmasta eivät vielä tue kunnolla Ryzen-prosessoreita, joten lämpötila ja tehonkulutus edusta pahinta mahdollista skenaariota. Kunhan Prime95-ohjelma päivitetään ja optimoidaan Zen-arkkitehtuurille kunnolla, testaamme vakauden uudelleen.

Ryzen 1700X

Vakiona Ryzen 7 1700X toimii kaikkien 8 ytimen rasituksessa 3,5 GHz:n kellotaajuudella ja XFR-ominaisuuden avulla 1-2 ytimen rasituksessa kellotaajuus vaihtelee lämpötilasta ja tehonkulutuksesta riippuen 3,8-3,9 GHz:n välimaastossa.

Kun vakautta testattiin HandBrake-ohjelmalla noin 10 minuutin 4k-videon H.264-enkoodauksella ja muilla testiohjelmilla, saatiin kokoonpano ilman suurempia ongelmia vakaaksi 3950 MHz:n kellotaajuudella, kun käyttöjännitettä syötettiin 1,425 volttia. Prosessorin lämpötila nousi ylikellotettuna 86 asteeseen.

4000 MHz:n kellotaajuutta ei saatu vakaaksi, vaikka käyttöjännitettä kokeiltiin nostaa 1,45 volttiin asti. Käytännössä siis 599 euron hintaisen Ryzen 7 1800 X:n saavuttamasta 50 MHz korkeammasta 4000 MHz:n kellotaajuudesta täytyy maksaa kaupassa noin 150 euroa enemmän.

Kuten 1800X:llä myös 1700X:llä Prime95-testi saatiin rullaamaan vakaasti 50 MHz alhaisemmalla kellotaajuudella. 3900 MHz:n kellotaajuudella prosessorin lämpötilaksi mitattiin 89 astetta.

DDR4-muistien ylikellotus

Testasimme Ryzen 7 -prosessorin muistiohjaimen toimintaa Corsairin 16 gigatavun Vengeance LPX DDR4-3000- ja DDR-3600-muistiseteillä. Kunhan muistit ovat speksattu riittävän korkealle, ei Asuksen Crosshair VI Hero -emolevyllä ilmennyt ongelmia millään muistikertoimella. Testasimme muistitaajuuden vaikutusta suorituskykyyn AIDA64:n muistitestillä ja 3D-suorituskykyyn ARMA 3-pelitesteillä.

Kun Ryzen 7 -prosessorilla muistien kellotaajuus nostettiin 1200 MHz:stä eli DDR4-2400-nopeudesta 1600 MHz:iin eli DDR4-3200-nopeudelle, luku-, kirjoitus- ja kopiointinopeus parani noin 33 %.

DDR4-3200-nopeudella ruudunpäivitysnopeus parani ARMA 3 -testissä 3 FPS:llä eli noin 8 % verrattuna DDR4-2400-nopeuteen.

Lopuksi kokeilimme Crosshair VI Hero -emolevyn UEFI BIOSista löytyvää DDR4-3600-profiilia, joka nostaa Ref_clk-taajuuden 135,2 MHz:iin. Saimme kokoonpanon toimimaan DDR4-3600-nopeudella Windowsissa ja AIDA64:n muistitestissä, mutta 3D-rasituksessa kokoonpano kaatui mahdollisesti liian korkean PCI Express -väylän takia. Suorituskyky AIDA64:n muistitestissä DDR4-3600-muistinopeudella jäi kuitenkin heikommaksi kuin DDR4-3200-nopeudella johtuen löysemmistä muistiasetuksista (CAS 16 vs 18).

Suorituskyky ylikellotettuna

Testeissä Ryzen 7 -prosessoreilla muistit toimivat DDR4-2667-nopeudella.

Cinebench R15:ssä 1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 11 % ja 1800X:n 7 %.

Blenderissä 1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 11 % ja 1800X:n 9 %.

ARMA 3 -testissä 1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 9 % ja 1800X:n 7 %.

GTA V -testissä 1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 8 % ja 1800X:n vain yhden prosentin.

Yhteenveto

AMD:n uusien Ryzen-prosessoreiden ylikellotuspotentiaali on suoraan sanottuna pienoinen pettymys. On kuitenkin muistettava, että kyseessä on täysin uuteen arkkitehtuuriin perustuva prosessori, joka valmistetaan ensimmäistä kertaa Globalfoundriesin 14 nanometrin prosessilla. Vertailun vuoksi Intelin Kaby Lake -prosessoreissa on käytössä jo kolmeen kertaan optimoitu vastaavan viivanleveyden prosessi.

Molemmilla 1800X- ja 1700X-prosessoreilla ytimien kellotaajuus saatiin nostettua helposti 4 GHz:n tuntumaan, jonka jälkeen edessä oli pystysuora seinä, jonka yli ei päästy edes käyttöjännitettä reilusti nostamalla. Kellotaajuus ei käytännössä skaalaudu tietyn pisteen jälkeen lainkaan, eikä ilmeisesti nestejäähdytyskään auta asiaan kuin marginaalisesti. Ilmajäähdytyksellä 1,4 voltin käyttöjännitteellä lämpötila pysyi vielä kurissa reilun 80 asteen tuntumassa, mutta 1,45 voltilla lämpötila karkasi käsistä yli 90 asteeseen.

Cinebenchissä 1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 11 % ja 1800X:n 9 %. ARMA 3 -testissä  1700X:n suorituskyky parani ylikellotettuna 9 % ja 1800X:n 7 %.

Alustana Asuksen Crosshair VI Hero -emolevy ja UEFI BIOS tuntuivat yllättävän valmiilta, eikä mihinkään kummallisuuksiin törmätty.  Emolevyn kattavista ylikellotusominaisuuksista ei ollut juurikaan hyötyä, sillä maksimitaajuudet saavutettiin Auto-asetuksilla. Korkeammalle ei päästy, vaikka mitä virransyötön asetuksia kokeiltiin säätää. Uusi Ryzen Master -sovellus hoiti hommansa hyvin ja ylikellottaminen sujui Windowsista käsin näppärästi, mutta monitorointityökalu on ainakin toistaiseksi varsin alkeellinen.

Kunhan Ryzenin kellotaajuus on saatu nostettua ilmalla tai vedellä 4 GHz:iin, lisää suorituskykyä kannattaa lähteä hakemaan vielä muistitaajuutta nostamalla. Kun DDR4-muistien kellotaajuus nostettiin 1200 MHz:stä 1600 MHz:iin eli DDR4-3200-nopeuteen, luku-, kirjoitus- ja kopiointinopeus parani AIDA64:n muistitestissä noin 33 % ja ARMA 3 -testissä ruudunpäivitysnopeus parani  3 FPS:llä eli noin 8 %.

Kun jäähdytys vaihdetaan ilmasta ja vedestä -196-asteiseen nestemäiseen typpeen ja lämpöongelmista päästään kokonaan eroon, Ryzen 7 1800X ylikellottuu 5,3-5,4 GHz:iin noin 1,8 voltin  käyttöjännitteellä. Prosessorin ytimissä ei ole kylmäbugia eli ne toimivat ongelmitta täydellä LN2-kulholla tai jopa nestemäisellä heliumilla jäähdytettynä, mutta prosessorin muisti- ja PCI Express -ohjaimien kanssa kylmissä lämpötiloissa saattaa törmätä vakaus- ja boottausvaikeuksiin korkeilla Ref_clk-taajuuksilla.

Seuraavaksi io-techin testiin saapuu Ryzen 7 -sarjan edullisin 1700-malli ja testaamme myös sen ylikellotuspotentiaalin. Jos noin 380 euron hintainen 1700-malli ylikellottuu samalle noin 4 GHz:n kellotaajuudelle kuin 1800X- ja 1700X-mallit, se on ainoa Ryzen 7 -prosessori, joka kannattaa ostaa, koska kaikkien Ryzen 7 -prosessoreiden ominaisuudet ovat muuten vastaavat.