AMD Ryzen 7000, potencia, temperatura y rendimiento: “95º C es seguro”

Llega un nuevo capítulo por parte de AMD, donde en esta ocasión se centran en sus Ryzen 7000 y en tres términos que van ligados: potencia, temperatura y rendimiento. El objetivo del artículo publicado por los de Lisa Su es intentar explicar los motivos por los que esos 95º C que alcanzan todas sus CPU son totalmente seguros, pero ¿es esto realmente así?

Comenzar hablando de orgullo en un artículo de este calibre no es lo más óptimo desde nuestro punto de vista, pero así lo ha enfocado AMD. Los rojos hablan de traspasar los límites, de romper con lo convencional, de no quedarnos en la zona de confort, pero ver tu CPU a 95º C de forma constante es algo que choca y va a chocar siempre, por eso el equipo de ingenieros de AMD lanza la siguiente pregunta: ¿es esta temperatura demasiado caliente para una CPU?

AMD Ryzen 7000, la temperatura de 95º C es válida y óptima

El artículo comienza afirmando que todo el análisis de calidad de sus procesadores Ryzen 7000 se ha hecho a la tan comentada temperatura de 95º C, donde además cada chip ha sido diseñado para vivir su vida al completo funcionando a esta temperatura sin que esto merme su longevidad o su confiabilidad. Esto lo pondremos ahora en duda, pero antes el argumento prosigue afirmando que esto ha sido así desde hace varias generaciones, las cuales también tenían un Tjmax de 95 ºC.

Estos argumentos son verdades a medias, de un tarado parcialmente parecido a lo que vimos ayer con el llamado “argumento sesgado”. Comenzando por el final, un Ryzen 5000 puede tener un Tjmax de 95º C, como el 5950X, por ejemplo. Las diferencias son simples: por norma general la CPU no llega a escalar a esa temperatura y cuando se acerca desciende la frecuencia y el voltaje para no degradar el silicio, y aquí viene la parte teórica y técnica del asunto.

Desde que es grabado en una oblea y tiene una tensión mecánica, cualquier chip en el mundo comienza el proceso llamado Migración de materiales, o comúnmente conocido como Electromigración.

Calentamiento-de-Joule

Este proceso se divide en cuatro apartados clave, que, para no extendernos más de lo debido no detallaremos, pero sí que trataremos el que nos interesa explicar para rebatir a AMD: la migración por gradientes de temperatura, algo de lo que hablé bastante en el pasado.

La migración, o electromigración cuando se asocia a componentes eléctricos, es un proceso irreversible e imparable, pero dentro del gradiente de temperatura hay que entender qué está ocurriendo dentro de un chip para que se produzca. La explicación simple y llana para todo el mundo es que al pasar una corriente eléctrica por un material conductor esta produce un aumento de la temperatura del material, o materiales (aquí da para dos artículos más según las nuevas aleaciones en los últimos nodos de TSMC, Intel y Samsung).

Este aumento de temperatura tiene un problema, y es que los electrones a mayor temperatura producen un efecto de dispersión en el material, también llamado Unión P-N, donde esta se va rompiendo conforme aumenta el calor generado. Es decir, cuesta mucho más pasar electrones por un material muy caliente que por uno más frío. Este efecto termoeléctrico se conoce como el “Efecto Joule”, y en cualquier semiconductor es inevitable y hay que lidiar con él.

Efecto Joule

El problema de este Efecto Joule es que a mayor calor se pierde potencia y hay una caída de tensión, por lo que para alcanzar mayores frecuencias en un semiconductor se requiere compensar esas caídas aumentando sus valores, lo cual produce más calor y vuelta a empezar. La manera de romper el bucle es con materiales menos resistivos al paso de corriente, de manera que podamos aumentar la potencia y la tensión en mayor medida de lo que lo hace el calor, generando así más frecuencia y voltaje, aumentando el rendimiento y pudiendo mantener a raya la temperatura. Aquí entra TSMC y sus 5 nm, pero en cualquier caso y sin desviarnos más del tema, al final lo que se produce a mayor calor es una electromigración también en mayor grado.

O lo que es igual, cualquier semiconductor tendrá una mayor vida útil a menor temperatura por realizar una electromigración más lenta, o dicho de otra manera, los Ryzen 5000 tendrán una mayor vida útil que los Ryzen 7000, pese a que están fabricados en procesos litográficos distintos. Comentado todo esto, ¿miente AMD? Pues no lo sabemos porque no ofrecen las cifras de horas de funcionamiento de sus procesadores. Seguramente cambies 3 o 4 veces antes de procesador de que muera un Ryzen 5000 o Ryzen 7000, o cualquier CPU Intel, pero es innegable que la serie 5000 durará más décadas que la serie 7000 por todo lo comentado.

El cambio de funcionamiento en el algoritmo Precision Boost 2

AMD-Precision-Boost-2

Volviendo a los argumentos de AMD, esta hace referencia al hecho de que el algoritmo ahora es más inteligente y lee más sensores dentro de cada CPU Ryzen 7000. Ahora el objetivo es impulsar el rendimiento lo máximo posible y para ello usa 5 parámetros diferentes:

  • Max Socket Power o PPT (Package Power Tracking)
  • Termal Design Current o TDC 
  • Electrical Design Current o EDC
  • Temperatura o TjMax
  • Voltaje

Pero si estás al tanto de cómo funcionaba en los Ryzen 5000, te estarás preguntando ¿qué hay de nuevo? Pues la variable es el enfoque del algoritmo en base a un nuevo parámetro: el TDP de 170W. Para hacerlo más visual os dejamos la tabla que ha facilitado AMD:

TDP Límite de PPT Límite TDC EDC Rango de voltaje CPU TjMáx.
65W 88W 75A 150A .0650-1.45 95C
105W 142W 110A 170A .0650-1.45 95C
170W 230W 160A 225A .0650-1.45 95C

Entonces, ¿por qué los Ryzen 5000 no llegaban a 95º C de manera tan sencilla y sin importar la refrigeración? Porque el algoritmo estaba escrito pensando en el hecho de intentar no superar los 70 ºC, lo que limitaba la frecuencia y el voltaje, y por ende el rendimiento. También hay que añadir que los valores de TDP, PPT, TDC y EDC eran más bajos, lo que ayudaba lógicamente a cumplir esto en más situaciones y siempre que la refrigeración acompañase.

AMD Precision Boost Overdrive 2 (2)

Por lo tanto, aumentar estos valores da lugar a un desbloqueo del rendimiento, justo lo que hacían muchos fabricantes cuando en BIOS deshabilitábamos el límite de 142W en PPT para los Ryzen 5000, solo que ahora ese límite no existe y además se ha pasado a 230W. Esa diferencia de consumo da margen a mayores frecuencias, voltajes y por omisión, mayores temperaturas.

En otras palabras, AMD ha tenido que desbloquear el límite anterior fijando uno nuevo porque si no no conseguiría aumentar el rendimiento al nivel de Intel y poder así competir en igualdad de condiciones, porque los azules ya lo habían hecho antes y les estaba funcionando. Además y para finalizar este apartado, el algoritmo PB2 se beneficiará de una mejor refrigeración, aumentando el rendimiento, pero como vamos a ver a continuación, no en la medida de lo que se esperaría por el desembolso económico que ello puede llegar a suponer.

A mayor refrigeración, ¿mejor rendimiento?

Es un tema controvertido por lo que acabamos de explicar, así que dejaremos que AMD dé sus argumentos y luego daremos los nuestros:

Se recomienda refrigeración líquida para los procesadores de la serie AMD Ryzen 7000, como Ryzen 9 7900X y Ryzen 9 7950X, para obtener el máximo rendimiento multiproceso posible, especialmente cuando la temperatura interior de la caja del PC es alta. Pero eso no significa que no se puedan usar con soluciones comunes de refrigeración por aire. En los siguientes gráficos podemos ver lo que sucede con el Ryzen 9 7950X con diferentes soluciones de enfriamiento, desde un enfriador líquido todo en uno de alto rendimiento hasta un enfriador de aire AMD Wraith Prism estándar incluido con los procesadores AMD Ryzen de última generación:

La pequeña diferencia promedio en el rendimiento entre los enfriadores de aire estándar y líquidos de gama alta habla de la eficiencia de los procesadores de la serie Ryzen 7000. Tenga en cuenta que en cargas de trabajo con muchos subprocesos múltiples, existe una diferencia de rendimiento con los diferentes enfriadores, pero es menor de lo que cabría esperar. Además, prácticamente no hay diferencia en el rendimiento del juego.

Una vez más, 95 grados es el objetivo de este procesador en una carga de trabajo de subprocesos múltiples. Independientemente del enfriador o el grosor del IHS, este es el objetivo del chip para lograr el mejor rendimiento.

Lo que podemos ver aquí, como bien dice AMD, es la eficiencia del 7950X según su refrigeración vs aumento o descenso de rendimiento. El problema es que esto no es un argumento para “sacar pecho”, es más bien lo contrario. Las diferencias en cuanto a rendimiento térmico del NZXT Kraken X63 vs Wraith Prism es de casi 4 veces a favor de la AIO, o lo que es igual, la refrigeración líquida de NZXT es capaz de absorber, traspasar y expulsar casi 4 veces más calor que el disipador de gama baja de AMD.

Pero las diferencias son mínimas:

  • Cinco grados menos jugando a un juego poco exigente desde el punto de vista de la CPU.
  • Tres grados menos en CB en Single Core.
  • Ninguna diferencia en CB Multi Thread.

¿Por qué ocurre esto? Es realmente complejo de explicar, y sobre todo largo, así que resumiremos. En gaming no vemos mejora porque el juego, aunque paraleliza bien los hilos y reparte decentemente la carga para ser un título de 2015, no es ni excesivamente dependiente del número de Cores, ni de la frecuencia, ni siquiera de la RAM. Está bien balanceado, pero habría que haber escogido otro juego para ver que en distintos motores y optimizaciones sí que habría diferencia, aquí se cierne todo sobre la GPU dejando a la CPU en un segundo plano y muy relegada.

En CB a un hilo lo que vemos es solamente un 1% de mejora, lo que evidencia que al estar más frío el algoritmo puede empujar la frecuencia y el voltaje algo más, seguramente algunos pocos MHz. El mismo escenario se repite cuanto cargamos la CPU al completo, pero las diferencias no son palpables como cabría esperar, con solo un 4% de mejora. Seguramente la frecuencia ha escalado sobre 75 o 100 MHz para lograr esta cifra.

Lo que parece claro aquí es que la inversión en refrigeración no compensa, algo que ya sabíamos. El algoritmo no es tan bueno como el anterior PB2, porque no se prima la temperatura como un factor decisivo para empujar el rendimiento, es simplemente un factor más y sobre todo, un límite, como era de esperar. AMD aquí habla de que el objetivo de cada chip es el rendimiento, conseguir lo mejor, pero esto no se cumple cuando puedes empujar mucho más alto la frecuencia porque tienes margen térmico y no lo haces. De hacerlo, seguramente habría batido a Intel en gaming, pero ¿por qué? Pues es difícil de creer, pero los datos no mienten… Por pura segmentación de gama.

Si tienes margen térmico y no subes la frecuencia aprovechándolo, y en cambio sí lo haces cuando la carga es mucho mayor y el esfuerzo térmico también lo es, entonces es que no te interesa hacerlo, no es que no puedas, es que no quieres. Esto se aprecia perfectamente en las gráficas suministradas por la propia AMD y tiene un motivo muy sencillo de comprender: los Ryzen 7000X3D que están por salir.

Estos nuevos procesadores con más caché L3 tendrán más problemas térmicos para poder subir la frecuencia. La teoría es que serán más calientes, sus MHz serán más bajos, pero tienen un plus con su mayor caché, lo que impulsará el rendimiento en juegos como hace el 5800X3D.

Permitir 200 MHz o 300 MHz (o incluso más en CPU como el Ryzen 5 7600X) dinamita el rendimiento de los Ryzen 7000X3D y lo reduce, por lo que no tendrían sentido comercial realmente. Es lo que pasó con el Ryzen 5800X3D y estos Ryzen 7000, ¿por qué AMD lo capó? Porque ya sabía que el rendimiento del primero sería mayor que en los nuevos si no ponía límites en temperatura, frecuencia y overclock,

Limitó este último (y curiosamente no el overclock a la caché, sino a toda la CPU en general) porque el 5800X3D con overclock hubiese dilapidado sin problema, incluso con PBO y una buena refrigeración líquida, sin tocar parámetro alguno, a toda la gama Ryzen 7000, y eso en ventas es un mal negocio.

El calor, el consumo y la temperatura

Aquí los argumentos de AMD no son los mejores, sin duda:

Considere la siguiente pregunta: ¿qué genera más calor?

  • Un procesador que esté a 90 grados usando 150 W de potencia en el socket.
  • Un procesador que esté a 85 grados usando 250 W de potencia en el socket.

Es cierto que esto puede ser lo contrario a la intuición. Pero la respuesta simple es que cuando se trata de electrónica, calor significa potencia y potencia significa generación de calor. Esto es física simple. Por lo tanto, el procesador de 85 grados que utiliza 250 vatios de potencia de socket generará más calor.

¿Cómo puede algo con una temperatura más alta estar generando menos calor? Bueno, hay más factores en juego que solo una medición de temperatura en una parte de un chip. El tamaño del chip es un factor importante y la distribución de la temperatura en el chip es otro. Pero la conclusión aquí es que los procesadores de la serie Ryzen 7000 son increíblemente eficientes independientemente de la temperatura medida.

Esto es una clara mención comparativa a Intel y sus Raptor Lake. Es cierto que a mayor potencial final se genera más calor y esto es un problema, pero el cómo se gestione el traspaso de calor es la clave aquí, y AMD da la pincelada y ahí se queda, pero no explica los motivos porque no interesa.

Alder Lake y Raptor Lake introdujeron cambios en el socket a nivel de dimensiones físicas. Las CPU ahora no son cuadradas, sino que son rectangulares, lo que ha puesto problemas de bedding y mal contacto entre el procesador y los sistemas de refrigeración. Esto tuvo que ser así porque los consumos de energía, la potencia generada y por lo tanto, el calor que iba a ser traspasado el IHS era mucho mayor, así que la solución fue crear unas CPU de mayor tamaño para que el IHS acompañase en este sentido y traspasase más calor debido a la mayor área total.

Tener más densidad de material, más cobre y níquel, más superficie de contacto en general, impacta directamente en el rendimiento térmico final y por ende en las temperaturas. Intel lo sabía y el resultado es más cercano a esto que el ejemplo de AMD:

  • 95º C -> 170W -> 230W-> 1.600 mm2 de área total -> 0,14375 W/mm2
  • 90º C -> 125W -> 253W -> 1.687 mm2 de área total -> 0,14997 W/mm2

Las diferencias entre áreas son de un 5,468% a favor de Intel, que es, curiosamente, una diferencia prácticamente calcada a la que existe entre las temperaturas de trabajo máximas a mismo sistema de refrigeración (5,555%), pero en cambio, la eficiencia energética es peor y en cambio la temperatura es menor ¿cómo es posible?, algo que ahora trataremos de explicar. Estos son datos ponderados, pero para calcularlos mejor entran factores como el grosor del IHS (mucho mayor en AMD) que genera resistencia al paso del calor y una temperatura delta mucho mayor (Grosor dividido entre conductividad del material por área específica) y otros temas anexos, así que no nos extenderemos más.

AMD Ryzen 7000 IHS temperatura 5

Para rematar esto, hay que tener en cuenta dónde están situados los dies, donde en el caso de AMD tenemos 3, dos de ellos desplazados hacia la parte superior en el PC, mientras que Intel obtiene uno solo y en el centro, permitiendo un mejor reparto del calor, más homogéneo por todo el IHS, lo cual ayuda con total seguridad. En AMD, como vemos, hay hasta 4 grados de diferencia entre las cuatro esquinas, pero el calor solo se disipa correctamente cuando la CPU lo da todo, porque mientras que la carga es baja el calor se reparte de forma mucho menos uniforme:

AMD Ryzen 7000 IHS temperatura 2

En cualquier caso y resumiendo este último apartado, AMD no es más eficiente como tal, algo que ya tratamos hace tiempo y debatimos entre lo que se entendía como eficiencia energética o densidad energética y cómo se tenía que denominar y aplicar:

Eficiencia energética AMD Ryzen 7000 vs Intel Raptor Lake

Estas cifras corresponden a la eficiencia energética de los dies y lógicamente falta el valor del MTP del i9-13900K, que sería de 253/257 -> 0,98443 W/mm2 en el estado PL2, un dato mucho mejor que el de AMD a pesar de que en área total estén casi parejos, lo que evidencia tras todo lo dicho que, aunque AMD denomina a sus CPU Ryzen 7000 como increíblemente eficientes, Intel hace un mejor trabajo y su argumento está sacado de contexto sin lugar a dudas. Visto esto, vamos con el último apartado.

El modo ECO de los Ryzen 7000, temperatura y rendimiento, ¿ayuda o empeora?

AMD-Ryzen-7000-aire-vs-agua-modo-eco

Pues según AMD empeora, pero solo a un hilo o en Multi hilo, en gaming en cambio la diferencia sería inexistente. Esto no es del todo cierto, porque lo comentado anteriormente del Rise of the Tomb Raider, en otros juegos la caída del rendimiento sería visible y palpable, como lo es lógicamente en Cinebench.

Curiosamente no se muestran los datos en Multi Thread, lo que evidencia que la caída es mayor y no han querido mostrarlo, es lógico. Para rematar este largo artículo, AMD nos deja un resumen de lo que consideran válido e importante:

  • 95 grados centígrados es una temperatura absolutamente segura para que los procesadores de la serie Ryzen 7000 vivan durante la vida útil del producto.
  • 95 grados centígrados es el objetivo de estos procesadores inteligentes cuando logran el máximo rendimiento de subprocesos múltiples.
  • Mejores disipadores o sistemas de refrigeración significan un mejor rendimiento, pero eso no significa que no obtendrá una gran experiencia con su disipador de aire de última generación.
  • No confunda la temperatura medida con el calor producido por la CPU, porque el calor es una función pura del consumo de energía.

Lógicamente, no estamos de acuerdo en muchos puntos, pero queda a criterio de cada uno ver si son argumentos válidos los de AMD o no.

AMD Ryzen 7000, potencia, temperatura y rendimiento: “95º C es seguro”