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質問:

質問: CPU のクロックダウンはなぜ起きるのか

別のトピックの都合で高負荷時のCPU クロックダウンを観察していて不思議になったのですが、高負荷時にノートMac のCPU がクロックダウンするのは温度もさることながら消費電力などの別の問題もあるのではないでしょうか。

MacBook Pro(Retina, 15-inch, Mid 2012)Intel HD Graphics 4000, GeForce GT 650M, i7(2.30GHz) で試したのですが、

CPU + Intel HD + 650M(名称は省略して書いております。)

に同時に高負荷をかけないとクロックダウンしません。

しかもCPU の温度がCPU 単独や2 つのGPU のうちどちらかとCPU に高負荷をかけた場合は100 度から105 度ですが、3 つまとめて負荷をかけたさいには90 度前後くらいまで下がります。温度だけでクロックダウンしているなら一旦、元に戻っても良い温度です。GPU の温度が一杯なのか思ったら70 度台だったりします。

AC アダプターの消費電力はすべてに高負荷だと初期値93W くらい、時間とともに70W 後半まで下がるようです。


なお、別のトピックというのは下記です。

MacBook Pro 2016 15"のサーマルスロットリングについて。

向こうで書き込むと私が言っていた数値は、結局6 から10 パーセント程度のようです。ただしGPU の能力が高いモデルは更に小さな値になります。


macOS High Sierra 10.13.4

負荷をかけるのにLuxMark を使用

Apple Pencil, OS X Yosemite (10.10.5), null

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2018/06/18 08:37 ni_ki への返信 ni_ki への返信

しかもCPU の温度がCPU 単独や2 つのGPU のうちどちらかとCPU に高負荷をかけた場合は100 度から105 度ですが、

このCPUの温度に関しては、当然では?

CPU単独では、CPUのTJunctionの限界近くまで温度は上がるはずです。

CPU+iGPUの場合も、同じシリコンダイに載っているわけですから、性能限界近くまで上昇するはずです。

CPU+dGPUの場合は、内蔵のiGPUが休んでいる分、CPUの放熱に余力が出ますから、CPUの限界近くまで上昇するはずです。


CPU+iGPU+dGPUの場合は、消費電力も考えられますが、CPUとGPUを同じヒートシンクで放熱している都合上、放熱能力に余力が持てるように、EFI(BIOS)設定で温度限界を低めにしているのではないでしょうか?

このあたりの設定については、WIndowsPCのようにBIOSを弄る事が出来ないMacでは、Appleのエンジニアにしか判らないのではないでしょうか?


大阪方面の方々、大きな地震が起きて大変な状況だと思いますが、地震で被害に遭われていない事を祈っております。

2018/06/18 08:37

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2018/06/18 21:38 粕谷 明 への返信 粕谷 明 への返信

粕谷 明 さんによる書き込み:



CPU+iGPU+dGPUの場合は、消費電力も考えられますが、CPUとGPUを同じヒートシンクで放熱している都合上、放熱能力に余力が持てるように、EFI(BIOS)設定で温度限界を低めにしているのではないでしょうか?

なるほど。同じヒートシンクでしたか。それだと私の予想より余力が必要なのかもですね。CPU GPU 全開時で90 度を切るくらいまでCPU の温度が下がるのが不思議感があったので。

それで追加の情報ですが2GPU +CPU 全開でクロックダウンなしで120 秒の負荷に耐える事例がありました。私の消費電力説だと説明できない症状です。消費電力がギリギリなら例外なくクロックダウンするはずなので。


なお最初に記載すべきでしたがテストは26 度から27 度に達しない部屋で行いました。またこのトピックでのクロックダウンの定義ですが、今回のMac だと2.3GHz 未満になることとしております。

今の季節では私に10 度台の部屋を用意する能力はないので本格的に冷却した際の能力は測りようがないですが、何か手がないか考えてみます。

またネタですがレンダリング時のCPU とGPU の処理分担を推測するために知人のMac Pro 2013 でベンチマークを取ったら、CPU のみとGPU のみで1:10 の差が出ました。やはりGPU が高速だとCPU の影響はかなり小さいと想像されます。

2018/06/18 21:38

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2018/06/20 11:19 ni_ki への返信 ni_ki への返信

トピックの最初の書き込み、テキストエディットで書いてリッチテキストでない方でコピー&ペーストしたのですが、巨大になったのでフォントを変えました。その際、小さくし過ぎた良うです。申し訳ありません。


それで本題の余談なのですが、知人のMac Pro 2013 の消費電力について測らせてもらいました。アイドル時でも70W くらい。流石、当時のハイエンド機。食べるものは惜しげも無く食べるようです^^

CPU 全開、GPU 全開で余裕で300W を超えます。(モデルによっては400 超えるそうです。)トイレくらいなら暖房の助力ができそうなワット数です。

観察していて新たな疑問が湧きました。

このMac はCPU が温度上限を超えてもクロックダウンはしません。そんなですから負荷をかけ続けても消費電力が落ちることはなく最初からほぼ一定と想像していました。ところが実際に観察すると時間の経過とともに消費電力が明らかに増えていきます。数W なら誤差だと思いますが10W を超えて増えていきます。一瞬、ファンの消費電力かと思いましたが、10W も変わるわけありません。

ハードウェアってそう言うもん何でしょうか。もしかしてワットチェッカーの故障とか。

2018/06/20 11:19

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2018/06/20 14:13 ni_ki への返信 ni_ki への返信

暑い部屋では50W 上乗せだそうです。

Mac Pro:電力消費と熱出力 (BTU/h) 情報 - Apple サポート

ページ一番下の説明を読むとファンの電力消費と読めますが、たぶんそう言う意味でなくはないですね。それともファンで50W 消費するモデルもあるのでしょうか。

2018/06/20 14:13

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2018/06/20 14:20 ni_ki への返信 ni_ki への返信

このMac はCPU が温度上限を超えてもクロックダウンはしません。

2013年モデルの4Coreモデル(Xeon E5 1620 v2)だと、TCase温度は70度です。

製品の仕様情報 - Intel® Xeon® Processor E5-1620 v2 (10M Cache, 3.70 GHz)


でも、MacBook Proのように「TJunction」ではなく、Xeonの場合は「TCase」なので、ヒートシンク中心のセンサー温度が70度までOKなわけで、ヒートシンクの放熱設計に余裕があるのなら、CPUコア温度とほぼ同じのTJunctionは70度以上でも動作します。

https://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/support/articles/000005597/processors.html


で、熱設計に余裕があるPCの場合、Intel TurboBoost Technologyが動作しますから、CPUが定格動作クロック以上に上昇しますので、消費電力は増えます。

ただ、Xeonの場合は、Active Core数が多くなるほど、動作クロックが下がる設計ですから、動作条件によっては、この限りではありません。

https://applech2.com/archives/36482216.html

2018/06/20 14:20

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2018/06/20 19:27 粕谷 明 への返信 粕谷 明 への返信

粕谷 明 さんによる書き込み:


(前略)CPUコア温度とほぼ同じのTJunctionは70度以上でも動作します。


なるほど。確かにMac Pro の加熱試験をした際にはどこまで限界に行っているのかは確認が甘かったです。いきなり壊すわけにもいかな状況だったのもありますが。

Mac mini 2011 だったか2010 だったかでも温度を思いっきりあげたことがありますがディスクトップMac はクロックダウンは殆どしないようですね。クロックダウンを見たのは一度きりです。

で、熱設計に余裕があるPCの場合、Intel TurboBoost Technologyが動作しますから、CPUが定格動作クロック以上に上昇しますので、消費電力は増えます。


今回の高負荷中の消費電力の上昇とは関係が薄いようです。3.6GHz で安定していました。逆に3.9GHz になったのを見たことがないそうです。簡単にはブーストしないように作られているのかもです。

2018/06/20 19:27

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2018/06/21 09:05 ni_ki への返信 ni_ki への返信

今回の高負荷中の消費電力の上昇とは関係が薄いようです。3.6GHz で安定していました。逆に3.9GHz になったのを見たことがないそうです。簡単にはブーストしないように作られているのかもです。

4コアのMacPro 2013なら、3.7GHzのはずだけど…。

6コアモデルなら、定格3.5GHzなので、0.1GHz常にBoostされている事になりますが…。

Mac Pro (Late 2013) - 技術仕様


あと、MacPro 2013に搭載されているXeon E5は、4コアモデルの場合、冷却条件が良い場合でも2コアしかTurboBoostによるクロックアップをしません。

(6コアモデルでも4コアまで、12コアモデルは9コアまで、8コアモデルのみ8コア全てがBoostされる場合有り)

よって、全てのCPUコアを同時にモニタリングしないと、クロックアップしているのか確認出来ません。

また、マルチスレッドに最適化されたアプリやベンチマークでは、かえってクロックアップされにくくなりますので、シングルスレッドで動作するアプリで計測しないと、なかなか3.9GHzの表示はお目にかかれないかも…。

特に、最近のSkylake世代ならともかく、4コアのIntel Xeon 1620 v2は、IvyBrigde世代なのでクロックアップ条件が厳しいCPUですから、尚更…。


まあ、でも、MacProのXeonとMacBook Proのモバイル向けCore iシリーズの動作条件は違いますから、あまり比較しても意味は 無いかと…。

2018/06/21 09:05

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2018/06/21 22:02 粕谷 明 への返信 粕谷 明 への返信

知人のは6 コアモデルのようです。もしかするとIntel の表示用アプリケーションだと3.9GHz は表示しないのかもしれないですね。シングルコアで負荷をかけた際にどうなるか試させてもらいます。

直接比較は私も意味は無いと思っています。

ディスクトップMac の消費電力の観察をしたら予想外の結果で、これはこれで楽しいと言うだけの状況です。

2018/06/21 22:02

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2018/06/25 00:52 ni_ki への返信 ni_ki への返信

本日32 度を少し下回る部屋で試したら、Intel HD がクロックダウンしてしまい割と遅くなりました。

暑い部屋ですから当然といえば当然ですが、初めて見ました。35 度の部屋でどのくらい遅くなるのか楽しみです。

ちなみにWBGT は厳重警戒域になっていました。

2018/06/25 00:52

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2018/06/27 21:35 ni_ki への返信 ni_ki への返信

現行のMacBook Pro もクロックダウンの影響は6 から7 パーセントと予想されますがLuxMark などを使って負荷をかけると不思議な症状にでくわします。

LuxMark はCPU を85 パーセントくらいしか使わないですが、Intel HD とCPU にLuxMark を使って負荷をかけるとクロックダウンが起きているように見えます。ところがCPU に98 パーセントの別の負荷をかけてIntel HD にLuxMark で負荷をかけるとCPU はクロックダウンしません。これはLuxMark でCPU + Intel HD に負荷をかけた際は発熱によるクロックダウンではない可能性を思わせます。

2018/06/27 21:35

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2018/07/03 21:12 ni_ki への返信 ni_ki への返信

USB から電源を取るファンで風邪をかけて見ましたが、処理速度はなんら変わりませんでした。内部のクロック数などの観測にも変化なし。「この程度で変化は観測できない」とは思っていましたが、予想通りでした。

次の冷却法を考えないといけないようです。

余談ですが可能なら12 畳くらいの体積の立方体恒温室が、あるとよいのですが。

2018/07/03 21:12

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2018/07/16 22:22 ni_ki への返信 ni_ki への返信

余談です。別件でFinal Cut Pro X を使い3 時間30 分程度の動画をMac Pro 2013 でApple デバイス用に書き出したのですが、27 度くらいの部屋で内蔵ストレージが65 度程度に保たれます。

このMac のストレージはHDD ではないですがストレージが65 度は結構高い温度な気がします。ファンの回転数をあげると55 度下回るまで冷やせるので冷却能力が低いわけではなくファンの回転を上げたくない作りのようです。

2018/07/16 22:22

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