Co to jest throttling?

Co to jest throttling, czy też thermal throttling? Jest to - zwykle niepożądane - zjawisko polegające na obniżeniu taktowania procesora (CPU) lub układu karty graficznej (GPU). Zwykle spowodowane jest ono przekroczeniem ustalonej granicy maksymalnej temperatury w jakiej powinien pracować układ bądź poboru mocy. Z throttlingiem często można się spotkać w konstrukcjach o ograniczonych możliwościach odprowadzania ciepła - np. w gamingowych laptopach.

Obecnie w praktycznie każdym przypadku CPU i GPU producent podaje ich taktowanie bazowe oraz maksymalne (tryb Turbo czy Boost). Na przykład procesor może działać z bazowym taktowaniem 3 GHz, ale w trybie Turbo/Boost może ono wzrosnąć do 4 GHz. Dodatkowo w przypadku CPU należy brać pod uwagę fakt, że maksymalne taktowanie Turbo może odnosić się wyłącznie do jednego lub dwóch rdzeni (podczas gdy procesor posiada ich na przykład osiem).

Sęk w tym, że taktowanie procesora ograniczone jest przez rezerwę energetyczno-cieplną. Innymi słowy dany model może pobierać określoną ilość watów i nagrzewać się do danej temperatury. Jeśli temperatura lub pobór energii będą zbliżały się do maksymalnej wartości, procesor zmniejszy taktowanie by zmieścić się w określonym budżecie energetyczno-cieplnym.

Najprostszy przykład - po uruchomieniu gry karta graficzna (a konkretnie GPU) zwiększa swoje taktowanie do 2 GHz. Po kilkunastu minutach rozgrywki temperatura układu osiąga maksymalną, system chłodzenia przestaje się wyrabiać z odprowadzaniem ciepła i taktowanie automatycznie spada. Może to być zjawisko normalne (granica możliwości układu), bądź też zdecydowanie alarmujące (przegrzewanie się).

Throttling mocno wpływa na możliwości laptopów, bowiem dwa modele oparte na tych samych podzespołach mogą charakteryzować się różną wydajnością - producenci  bowiem prześcigają się w odchudzaniu konstrukcji co wpływa właśnie na chłodzenie, limity mocy, a w konsekwencji na wydajność.

Throttling ma na celu ochronę przed przegrzaniem układu jak i pobieraniu zbyt dużej ilości energii (wykraczającej poza specyfikację producenta). Jest to więc zjawisko jak najbardziej normalne, ale jeśli system chłodzący z różnych powodów nie działa z pełną sprawnością, ciągłe przegrzewanie się może doprowadzić nawet do uszkodzenia układu. W teorii przegrzany układ (jeśli zmniejszanie taktowania nie daje oczekiwanych rezultatów) powinien się po prostu wyłączyć, ale w praktyce... różnie to bywa.

Można posiłkować się takimi aplikacjami jak HWMonitor, GPU-Z, czy też CPU-Z. W przypadku laptopów pierwszą oznaką kłopotów jest na przykład włączenie systemów chłodzących w stanie spoczynku, co wcześniej nie miało miejsca.

W przypadku kart graficznych najprościej jest uruchomić test w GPU-Z, ale niestety nie daje on całkowitej pewności co do poprawności działania. Jeśli jednak już w tym teście temperatury szybko rosną (np. powyżej 90 stopni), a taktowanie jeszcze szybciej spada to znak, że mamy problem.

Bardziej realnym testem będzie na przykład uruchomienie wymagającej gry w oknie i monitorowanie na bieżąco temperatur i czestotliwości pracy CPU i GPU za pomocą aplikacji diagnostycznych. W ten sposób szybko powinniśmy stwierdzić, gdzie leży problem.

Obniżenie taktowania CPU i GPU jest oczywiście równoznaczne ze zmniejszeniem wydajności. Czy można walczyć z tym zjawiskiem? Istnieją sposoby by je zminimalizować.

• wyczyść elementy systemów chłodzących w laptopie za pomocą sprężonego powietrza
• sprawdź wentylację obudowy i zadbaj o odpowieni przepływ powietrza np. instalując dodatkowy wentylator
• sprawdź system chłodzący CPU i GPU - może jakiś kabel blokuje któryś z wentylatorów
• wymień pasty termoprzewodzące na CPU (proste) i GPU (nieco bardziej skomplikowane)
• wymień cooler na wydajniejszy lub zainwestuj w chłodzenie wodne
• sprawdź czy w systemie nie działa niepożądany program, który obciąża podzespoły zwiększając ich temperatury
• zastosuj undervolting

Warto również zaznaczyć, że jeśli problemem nie jest ani temperatura, ani pobór mocy, a samo ograniczenie producenta (tzw. kaganiec TDP) można po prostu zwiększyć limity poboru mocy przez układ. W przypadku CPU możemy zrobić to w UEFI BIOS (zwiększając maksymalny pobór mocy), a w przypadku GPU za pomocą takich narzędzi jak MSI Afterburner (Power Limit). Oczywiście należy liczyć się z tym, że wzrośnie nam nie tylko pobór mocy, ale i temperatura układu. W zamian CPU lub GPU będą mogły dłużej pracować z maksymalnym turbo.

Co do undervoltingu, czyli zmniejszaniu napięcia na CPU lub GPU, to trzeba pamiętać, że każdy układ jest inny. Owszem te same modele działają w oparciu o pewne standardy zasilania, częstotliwości pracy i temperatur, ale w żadnym wypadku możliwości procesorów nie są identyczne, o czym przekonamy się na przykład próbując podkręcać dwa takie same modele procesora czy karty graficznej.

Można więc pójść w drugą stronę i spróbować zmniejszyć zasilanie układu (w przypadku MSI Afterburner jest to opcja Core Voltage), co oczywiście przełoży się na niższe temperatury i sprawdzić, czy będzie on pracował stabilnie. Wymaga to trochę czasu na eksperymenty, ale efekty mogą być bardzo obiecujące.

W przypadku throttlingu w laptopie, a konkretnie przegrzewającego się laptopa, można również rozważyć opcję zakupu podstawki chłodzącej, chociaż trzeba zaznaczyć, że nie sprawdzi się to we wszystkich przypadkach.