Undervolting AMD Ryzen 3900x: Stock vs. PBO (EcoMode) vs. vCore Offset

[Nero Atreides]

Ich habe nun ein paar Wochen an meiner neuen CPU herumgespielt und habe hier im Forum viel Hilfe und Tipps bekommen. Dachte ich gebe was zurück und poste mal ein paar Erfahrungen hier

Mein Setup:

• AMD Ryzen 3900x
• Noctua NH-U12A (2 Lüfter)
• MSI MEG x570 Unify (A.30 BIOS)
• Trident Z DDR4-4000 (B-Die) @3600/16-16-16-32-48-320-CR1@1.36V
• Samsung SSD 970 Evo 2TB
• Creative SoundBlaster AE5 PCIe
• Corsair Carbide 400C Midi Tower: 2x140mm SilentWings2 vorne rein, 1x120mm SilentWings2 hinten raus, oben keine Lüfter und das Mesh mit einer passgenauen Tonpappe lufttechnisch "dichtgemacht".

Mein Ziel:
Der Standort meines Towers ist zugegeben etwas speziell (s. Bild). Plus: die Umgebungstemperatur im Sommer liegt je nach Wetter zwischen 25°C und 29°C. In Kombination wird es natürlich entsprechend warm da drin und was ich wollte war ein guter Kompromiss aus Leistung, Temperatur (und damit Lautstärke).

Vorgehen:
Was mir schnell aufgefallen war ist, dass der 3900x in Stock-Settings sehr schnell sehr warm wurde (bis 94°C mit Folding@home auf CPU+GPU). Also habe ich mit verschiedenen Optionen rumgespielt und dann jeweils gemessen, wie sich Leistung und Temps verändert haben. Nach jeder Einstellungsänderung (mache ich oldschool alles im BIOS) habe ich 300 Sek / 5 Min lang Cinebench R20 laufen lassen um die Leistung zu ermitteln und Spannungen, Package Power, Temperaturen mit Hwinfo gemessen. Zusätzlich jeweils nochmal AIDA64 die CPU/Latency Benchmarks um zu sehen, ob sich dort irgendwas ändert (Stichwort Clock Stretching).

Die CPU-Variablen / Einstellungen mit denen ich einzeln und in Kombination experimentiert habe sind:

• PBO on (EcoMode 95W) / off
• vCore Offset
• PBO2 Settings (unter "Mainboard")

Ergebnis:
Das mit Abstand beste Ergebnis in meinem Setting ist:

• PBO: On, ECO-Mode 95W
• PBO2-Settings ("AMD Overclocking") > PPT Limit: 120W (Standard bei ECO/95W-Konfig: 128W)
• vCore Offset -0.100V

Idle ist die CPU damit nur noch bei 39°C unter CB20-Vollast bei 71°C, bei durchschnittlich 3.983 Mhz All-Core während des Benchmarks. Leistung in CB20 ist bei ca. 7040 Punkten (inkl. Hwinfo im Hintergrund). Wenn ich alle Hintergrundtasks beende sind es ca 7180). Die Idle-Leistungsaufnahme des Gesamtsystems ist auf 83W gefallen und unter CPU-Load auf 198W.

Details:
Im Einzelnen sahen die Ergebnisse bei mir so aus.

PBO	EcoMode	PBO2	PPT Limit (W)	LLC	Vcore Offset (V)	Energy Plan	Room Temp. (°C)	CPU Fan Curve	All-core Frequency (MHz)	CPU Idle (CPU Die avg, °C)	CPU Load (CPU Die avg. max, °C)	CPU Core Voltage (SVI2 TFN avg., V)	CPU Package Power (SMU avg., W)	System Idle (W)	System Last (W)	Cinebench R20
ON	95W	-	-	auto	-0,100	sz Ryzen Balanced V4	25,8	60°@40% to 80°@100%	3975	43	73	1,160	125,5			7020
ON	95W	-	-	auto	-	sz Ryzen Balanced V4	25,5	60°@40% to 80°@100%	3925	43	74	1,181	130,5			6830
OFF	-	-	-	auto	-0,100	sz Ryzen Balanced V4	25,7	60°@40% to 80°@100%	4025	44	77	1,294	140,9			7050
OFF	-	-	-	auto	-	sz Ryzen Balanced V4	26,0	60°@40% to 80°@100%	3975	42	82	1,240	145,8	98	226	7020
ON	95W	ON	120	auto	-0,100	sz Ryzen Balanced V4	25,4	60°@40% to 75°@100%	3989	41	72	1,156	120,5	86	197	7115* Kommentar
ON	95W	ON	128	auto	-0,100	sz Ryzen Balanced V4	25,0	60°@40% to 75°@100%	3994	41	73	1,163	125,2	88	199	7060
ON	95W	ON	128	auto	-0,1125	sz Ryzen Balanced V4	25,6	60°@40% to 75°@100%	4001	40	72	1,159	124,4	83	198	7128* Kommentar
ON	95W	ON	120	auto	-0,1250	sz Ryzen Balanced V4	24,8	60°@40% to 75°@100%	4020	42	73	1,157	123,3	-	-	6979 Kommentar
ON	95W	ON	120	auto	-0,1125	sz Ryzen Balanced V4	25,6	60°@40% to 75°@100%	4004	40	72	1,154	122,7	81	199	7065* Kommentar
ON	65W	ON	90	auto	-0,1000	sz Ryzen Balanced V4	25,0	60°@40% to 75°@100%	3728	42°C	62°C	0,996	89,1	87	163	6590* Kommentar

* Alle Programme beendet bis auf HWiNFO64, AORUS Engine, NVIDIA Settings, Windows Defender

Gehäuse-Temperaturen

• Nachdem hier bei Einigen blankes Entsetzen herrschte bzgl. des Standorts meines Towers: ich habe mit den Einstellungen EcoMode 95W u. -0.100V Vcore (edit: noch ohne die o.g. PBO2-Settings) jetzt mal den 5-Min-CB R20 Durchlauf gemacht, aber der Tower stand ca. 70cm außerhalb der "Kiste", mit freiem Abzug nach oben und hinten.
  • Ergebnis: Idle 39°C (statt 43°C) und Last 71°C (statt 73°C). Ich hatte subjektiv das Gefühl, dass Idle die Temp "stabiler" bei 39°C ist, also weniger Spikes nach oben. Raumtemperatur waren 25.8°C. Es scheint also tatsächlich so zu sein, dass die "Kiste" keinen nennenswerten Effekt auf die Temperaturen hat. Ist wahrscheinlich ein Kamineffekt, so dass die heisse Luft nach oben aufsteigt, während vorne ja frische Raumluft angesaugt wird.
  • Wo es einen deutlichen Unterschied gibt, ist Folding@Home mit CPU+GPU. Da erreicht in der Freiluftvariante das System CPU 81°C und GPU 72°C (in der "Kiste" 88°C/72°C): während hier die CPU also 7°C kühler läuft, ist die GPU genau identisch warm. Stock hat dasselbe Vorgehen seinerzeit übrigens zu 94°C geführt, bei ca. 24°C Raumtemperatur (ebenfalls in der "Kiste").

Ergänzungen

• Nachtrag ECO-Mode mit 65W (letzte Zeile in der Tabelle)
• Details zum Innenaufbaus in meinem Case
• Details zu Einfluss Innenaufbau & Lüfterposition auf die Temps

 

[sz_cb]

Mit nur 67 % der Power dieselbe Performance zu erreichen, ist mal 'ne Ansage. Schön!

Das ist ein gutes Beispiel dafür, dass Zen2 zwar von Haus aus ein effizienter Prozessor ist, aber in diesem Rahmen an die Leistungsgrenze hochgezüchtet wurde.

 

[Baal Netbeck]

Danke für den Test....das sind Anpassungen die ich auch machen würde, wenn ich schon Zen2 hätte.

Du kannst dir auch mal diese Arbeit angucken:
https://www.computerbase.de/forum/threads/energiesparplan-zen2-zen3-ryzen-3000-5000.1934824/

Das geht auch das agressive single core Boosten ohne Gund an.

Das hast du bei dir ja noch nicht betrachtet...Wenn die Zen2 CPUs nur wenige Threads zu bearbeiten haben, boosten sie sehr agressiv hoch....noch viel agressiver als bei deinem Cinebench Test.
Und da sollte die Hotspot Temperatur auch höher ausfallen, als bei deinem Test mit allcore Last.

.....die Position des PCs ist ja grausig!!

Ich hoffe du lässt zumindest die Türe offen.

 

[Nero Atreides]

.....die Position des PCs ist ja grausig!!
Ich hoffe du lässt zumindest die Türe offen.

Hallo? Ja klar ist die Tür auf, ich bin ja nicht völlig verstrahlt
(Ahem....naja, also einmal, da hat unsere Kleine die Tür zugemacht und mir ist das erst nach 10 Min Zocken aufgefallen. War aber noch bei lauen 86°C und die GPU so 88°C, hätte also schlimmer kommen können)

Mit nur 67 % der Power dieselbe Performance zu erreichen, ist mal 'ne Ansage. Schön!

Das Gesamtsystem zieht mit diesen Settings unter Last (Cinebench) statt 225W nur noch 199W aus der Dose

 

[t3chn0]

Selbst mit offener Tür, wir das Dingen zum Ofen. Ich würde mir wirklich einen offenen Ort suchen. Deine Settings werde ich mal gegenchecken =)

 

[Nero Atreides]

Selbst mit offener Tür, wir das Dingen zum Ofen.

Naja, geht halt so. Meine Temps sind zwar höher als bei vielen anderen Usern, aber interessanterweise nicht so viel höher, vielleicht 5°C unter Last und 2-3°C Idle. Vergleich mal meine Leistungswerte und Temps mit anderen...da geht nicht so viel zwischen.

Hat mich auch immer gewundert, aber offenbar steigt die warme Luft nach oben in dem Kasten und dann vorne oben raus. Während vorne unten eingesaugt wird. Über der Öffnung ist es auch gut warm wenn ich zocke, im Winter ist das super, im Sommer...naja.

Ergänzung (22. Mai 2020)

Das geht auch das agressive single core Boosten ohne Gund an.

Das hast du bei dir ja noch nicht betrachtet...Wenn die Zen2 CPUs nur wenige Threads zu bearbeiten haben, boosten sie sehr agressiv hoch....noch viel agressiver als bei deinem Cinebench Test.
Und da sollte die Hotspot Temperatur auch höher ausfallen, als bei deinem Test mit allcore Last.

Den Energieparplan von sz nutze ich ja schon! (V4)
Habe jetzt mal Cinebench Single Thread gemacht: 504 Punkte bei 1,33V Vcore (SVI2 TFN) im Schnitt. Der Leistungswert ist fast exakt derselbe wie Stock (502).

 

[Kohlhaas]

.....die Position des PCs ist ja grausig!!

Was ist das für ein Gehäuse?

 

[HITCHER_I]

Dieser geschlossene Mini-Schrank für PC geht trotzdem nicht, da gibt es sicher einen Wärmestau um den PC außen herum.
Wenn den PC dort unbedingt rein stellen willst, dann mache unten eine Reihe 4 x ca. 50mm Bohrungen rein, und oben seitlich Löcher für Temperaturgeregelte 2x 120mm Lüfter.

Und wie kann man dort im Schrank hinten am PC etwas anschließen?

 

[Pizza!]

Ah interessant, ich war in letzter Zeit auch viel am testen. Vorallem ist der Verbrauch bei leichter Last nicht so toll.
90-100 Watt nur für Youtube/Twitch schauen an der Steckdose.
Da hab ich im Bios die Option "EfficiencyMode" , zusammen mit dem 1usmus Plan und UV (der gute V4 Plan funktioniert bei mir aus unbekannten Gründen nicht besser) nun so 76-84 Watt fürs Gucken.
Bei MSI heißt das eventuell anders.

Aber deine schlechen Punktzahlen irritieren ein wenig. Ist überhaupt nicht böse gemeint und ich will kein bischen angeben, ich möchte es nur mal als Vergleich zeigen.
Deine Punktzahlen finde ich teils deutlich zu wenig

z.B: (Limit in der Regel bei ca. 140 Watt, also das übliche)
stock hab ich so 7150-7200 Punkte bei über 80°C , der letzte SC stock war glaub 529, ein 3900X sollte eigentlich so 515-520 und mehr schaffen.
stock mit UV von -0,11V und PBO bekomme ich 7340-7381 Punkte, SC 530

So nochmal zum "EfficiencyMode enabled" , damit verliere vorallem beim SingelCore Test Punkte, obwohl genug Spielraum zum Stromverbrauch usw. da ist. Aber der Verbrauch sinkt in vielen Szenarien um 10-15 Watt.
Was da exakt passiert, hab ich noch nicht herausgefunden.

Mein aktuelles mit UV von -0,1375V + EfficiencyMode + 1usmus schaff ich trotzdem noch ca. 515/7290 Punkte
Jetzt hab ich noch SMT aus, spart auch nochmal ein paar Watt und habe trotz dem ganzen Zeug gleich viele oder mehr fps. Bei "Raft" verliere ich teils 20 fps durch SMT...
In Games bisher kein Leistungsverlust.

Also dein SC von 504 ist viel zu niedrig, selbst mit Eco Mode, was den SC kaum beeinflussen sollte.
Dein MC vielleicht etwas niedrig, den trotz Eco Mode und UV sind es ja trotzdem 125-130 Watt.
mit UV und E.Mode hatte ich einmal 7247 Punkte bei 108 Watt laut Ryzen Master.

Hast du sau viel Programme im Hintergrund laufen die Leistung kosten?
Den Takt bei dem SC Test mal gecheckt? Sollte ja so 4,5-4,6 GHz auf dem besten Kern werden.
Nebenbei, du hast ja die Latency getestet, wieviel war es?
Ich hab da nur 71,6 /0,9 / 2,6 / 10,2 ns, weil Power Down und Gear Down disabled ist.

 

[Kohlhaas]

Was ist das für ein Gehäuse?

Ich meinte natürlich das PC-Gehäuse und nicht das Kastl

 

[Tonks]

Was ist das für ein Gehäuse?

Corsair Carbide 400C Midi Tower: 2x140mm SilentWings2 vorne rein, 1x120mm SilentWings2 hinten raus, oben keine Lüfter, aber "offen" bzw. mit dieser Mesh-Auflage.

@Pizza!

Ich denke mal das liegt alles an der Temperatur verursacht durch das Gehäuse und des Standorts.

Zen 2 skaliert ja mit der Temperatur bei ca +25 MHz all core für alle -5°C und das ist auch messbar mit CB20. Praxisrelevant außerhalb von Benchmarks? Nicht wirklich.

Single Core hat mich aber auch verwundert. Der ist eigentlich nicht so temperaturempfindlich und da würde ich auch auf Hintergrundprogramme tippen.

 

[t3chn0]

So, ich habe das nun auch mal ausprobiert und mir fehlen mit diesen Settings im CB R20 gerade mal 30 Punkte im Multicore. Das liegt fast in der Messgenauigkeit.

 

[t3chn0]

Ich muss aber auch dazu sagen, dass sich an meinem Verbrauch nahezu gar nichts ändert. Deshalb verstehe ich diese PBO 95W Geschichte 0,0.

Selbst wenn ich das aktiviert habe, nimmt sich die CPU 115W. Einzig die Reduktion auf -0.1V macht einen Unterschied ^^.

 

[Nero Atreides]

90-100 Watt nur für Youtube/Twitch schauen an der Steckdose.
...
Deine Punktzahlen finde ich teils deutlich zu wenig
z.B: (Limit in der Regel bei ca. 140 Watt, also das übliche)
stock hab ich so 7150-7200 Punkte bei über 80°C , der letzte SC stock war glaub 529, ein 3900X sollte eigentlich so 515-520 und mehr schaffen. stock mit UV von -0,11V und PBO bekomme ich 7340-7381 Punkte, SC 530
...
Hast du sau viel Programme im Hintergrund laufen die Leistung kosten?

• Ja, 90W zieht die Kiste bei mir auch, ist aber auch noch ein SoundBlaster AE5 drin
• "Deutlich zu wenig" ist hier glaube ich relativ. Wir reden hier über 4-5% Leistungseinbuße zu deinen Werten. Wie du selbst schreibst hat ein "normaler" 3900x SC 515-520. Das reduziert den Abstand dann schon auf 2,5-3,0%. Wenn ich z.B. Hwinfo ausstelle, dann komme ich MC schon auf 7180. Das sind bald Werte im Rahmen der Messungenauigkeit bzw. weil eben doch noch hier und da ein Tool im Hintergrund läuft.
• Bei den Benches habe ich nur Hwinfo laufen eigentlich. Da laufen noch einige Systemprogramme, Dropbox, OneDrive, BoxCryptor und so, aber das dürfte nicht so viel Performance kosten

 

[Tonks]

Ich muss aber auch dazu sagen, dass sich an meinem Verbrauch nahezu gar nichts ändert. Deshalb verstehe ich diese PBO 95W Geschichte 0,0.

Vielleicht die Werte an der falschen Stelle im BIOS eingetragen? Ich glaub auf den meisten Boards gibt es die Einstellungen zweimal.

Post doch mal einen Ryzen Master Screenshot, da können wir uns angucken, ob die Limits korrekt gesetzt sind.

 

[t3chn0]

Ryzen Master kommt mir nicht auf die Platte .

 

[Nero Atreides]

@t3chn0
Also bei mir habe ich nur oben unter PBO genau deine Einstellung (EcoMode 95W) gesetzt, unten aber nicht.
Meine Vermutung ist, dass das Setting unter PBO neben den beiden Werten unten auch noch andere Parameter verändert.

 

[t3chn0]

Ich habe extra die anderen Werte noch zusätzlich gesetzt, da der reine PBO Eco Mode bei mir rein gar nichts macht ^^.

Du kannst ja mal in HWInfo gucken wie viel die CPU im Package zieht. Bei mir sind das noch immer 115W, egal ob Eco Mode oder nicht.

 

[Tonks]

@t3chn0

Zum Auslesen der Power Limits ist Ryzen Master recht gut. Solange man damit nicht versucht zu übertakten kann doch auch nichts schief gehen.

 

[Nero Atreides]

@Tonks @t3chn0 @Pizza!
Ich habe jetzt spaßeshalber mal alle Tools im Hintergrund ausgeschaltet, inkl. HWinfo64.

CB20 MC: 7120-7130; SC 519

Wenn mich nicht alles täuscht, ist das relativ genau das Erwartbare für einen 3900x Stock. Nur MC fehlen 100 Punkte, aber das sind 1,4%, das ist im Rahmen der Messfehler.

Nur: dafür verbrauche ich 26W weniger Strom und bleibe mit 73°C ganze 9°C kühler unter Vollast und das trotz meiner Kiste in diesem üblen Kabuff und 26°C Raumtemperatur

Also für mich passt das.

Ergänzung (22. Mai 2020)

Ich habe extra die anderen Werte noch zusätzlich gesetzt, da der reine PBO Eco Mode bei mir rein gar nichts macht ^^.

Weiß hier jemand Genaueres? Sprich: Was genau tut eigentlich PBO/EcoMode95W? Setzt das auch nur die PPL/cTDP Werte oder werden da noch weitere Parameter verändert?