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Intel Core i9-9900K overclocked

mat 23.10.2018 10669 10
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Mit dem i9-9900K bringt Intel den ersten Achtkerner für ihre Mainstream-Plattform auf den Markt. Es handelt sich dabei um nichts anderes als einen i7-8700K und damit Coffee Lake S mit zwei weiteren Kernen. Erstaunlicherweise bekommt das neue Topmodell auch mehr Taktfrequenz. Alle Kerne dürfen nun auf 4,7 GHz laufen, vier davon auf 4,8 und bis zu zwei sogar auf 5 GHz. Um mit der entstehenden Abwärme umgehen zu können, wird der Heatspreader erstmals seit Broadwell-E wieder mit dem Die verlötet. Dieser Test soll euch zeigen, wie gut sich der i9-9900K mit guter Luft- und Wasserkühlung übertakten lässt und was dadurch an Mehrleistung für euch herausspringen kann.

Geizhals-Preisvergleich: Intel Core i9-9900K | AMD Ryzen 7 2700X | ASUS MAXIMUS XI EXTREME (Z390)

Z390 und das ASUS MAXIMUS XI EXTREME



Gemeinsam mit dem i9-9900K hat auch der Intel Z390-Chipsatz das Licht der Welt erblickt. Er ist nichts weiter als ein kleines Update zum bestehenden Z370 mit USB 3.1 Gen2-Unterstützung, integriertem Intel 802.11ac WiFi MAC (WLAN-Modul) und Support für Integrated SDXC (SD-Karten). Wer hier Argumente für ein Upgrade von seinem 1151-Mainboard sucht, wird keine finden. Ein inoffizielles Unterscheidungsmerkmal kann es allerdings geben: die Spannungswandler für die CPU, auch VRM genannt. Der i9-9900K kann problemlos 200 Watt für sich beanspruchen und dafür sind ältere oder günstigere Mainboards teilweise nicht ausgelegt. Daher haben die Hersteller nun Z390-Versionen nachgelegt, deren Spannungswandler besser dimensioniert und allem voran ausreichend gekühlt werden. Davon kann jedoch nicht einfach so ausgegangen werden, weshalb wir unbedingt dazu anraten, sich vor dem Kauf diverse Reviews durchzulesen, in denen das VRM ordentlich getestet wird.

3 Bilder
Für diesen Test hat uns ASUS das brandneue MAXIMUS XI EXTREME zur Verfügung gestellt, ein extravagantes E-ATX-Mainboard mit Fokus auf Übertaktung und Wasserkühlung. Die Spannungswandler für die CPU sind passiv gekühlt, die Stromversorgung findet über 2x8 Pin statt. An Einstellungsmöglichkeiten fehlt es dem Mainboard bestimmt nicht. Nach kurzer Zeit finden wir bereits ein gutes Profil für 5 GHz mit Luftkühlung und lassen es durch Prime95 mit Small FFTs ohne AVX laufen, um möglichst viel Abwärme zu erzeugen:


In dem Screenshot seht ihr die VRM-Temperatur als Graph (links, zweites Fenster von unten). Vor dem Start des Tests befindet sie sich bei 39 °C, was ungefähr der Normaltemperatur bei 0815-Lasten am Desktop entspricht. Nach fünf Minuten Prime95 steigt die VRM-Temperatur um weniger als 10 Grad an, obwohl sich die CPU während des gesamten Durchlaufs bei annähernd 100 °C befindet (Fenster rechts neben der VRM-Temperatur). Ein Griff auf den VRM-Kühler bestätigt, dass dort noch lange keine Spiegeleier gebraten werden können. Trotzdem sollte klar sein, dass stundenlange Belastung in dieser Form selbst diese Spannungswandler aus der Ruhe bringen werden und ein ausreichender Airflow im Gehäuse oder ein Top-Down-CPU-Kühler (wie zB der Noctua NH-C14) von Vorteil ist.

Vorsicht vor Intels Stock-Profil und Power Limits



Während beim Übertakten jegliche Limitierungen deaktiviert werden, setzt das Stock-Profil auf konservative Einstellungen, die gleichzeitig die offizielle Betriebsempfehlung von Intel darstellen. Deshalb nehmen wir dieses Profil gerne als Baseline für unsere Tests, weil es sich hier um genau die Leistung handelt, für die Intel auch garantieren kann. Im Vergleich zu diversen Standardeinstellungen der Mainboard-Hersteller unterscheiden sie sich durch die Turbo-Taktraten sowie die Richtlinien der Verwendung des Turbos. Der i9-9900K verhält sich abhängig von der Last auf den Cores laut Intel folgendermaßen:

  • 1-2 Cores: 5 GHz
  • 3 Cores: 4,9 GHz
  • 4 Cores: 4,8 GHz
  • 5-8 Cores: 4,7 GHz
  • 8 Cores mit AVX: 4,5 GHz

Das ist allerdings nur die halbe Wahrheit, denn die Turbo-Richtlinien haben hier ein Wörtchen mitzureden. Sie bestimmen wie lange die Turbo-Taktraten bei einer gewissen, durchgängigen Last gehalten werden dürfen. Beim ASUS MAXIMUS XI EXTREME (BIOS 0506) ist dieses Power Limit für den 9900K standardmäßig auf 95 Watt eingestellt und hält sich damit an die offizielle TDP-Angabe von Intel. In der Praxis bedeutet das, dass der i9-9900K abhängig von der angelegten Last eine zeitlang über 95 Watt bleiben darf, danach hält er sich strikt an diesen TDP-Wert und taktet runter. Wie stark untertaktet wird, hängt wiederum von der Art der Last ab.

Ein Beispiel anhand von GPUPI: In unseren Tests läuft ein Run mit der Problemgröße "1B" um die 40 Sekunden lang auf 4,7 GHz auf allen Kernen und braucht dafür circa 117 Watt. Danach greift das Power Limit und reduziert die Taktraten auf 4,5 GHz, manchmal lassen sich vereinzelt 4,6 GHz für den Bruchteil einer Sekunde messen. Der i9-9900K braucht nun exakt 95 Watt. Das sieht dann so aus:

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Dass eine derart strike Turbo-Richtlinie bei einer High-End-CPU nicht sinnvoll sein kann, steht außer Frage. Die entstehende Abwärme könnte man wahrscheinlich schon mit einer Tomate als Kühler abführen. Hinter diesem Problem steckt allerdings weit mehr, als es auf den ersten Blick aussieht. Die Kombination aus Intels Stock Profile und dessen automatisch gesetzte Power Limits, die je nach Mainboard-Hersteller komplett unterschiedlich sein können, erzeugen eine chaotische Situation für Endkunden dieser CPU. Denn wer die Tests des i9-9900K auf diversen Hardware-Webseiten beobachtet hat, wird große Unterschiede von bis zu 15% zwischen den Benchmarks feststellen. Das beruht auf genau der oben beschriebenen Problematik, die Testresulte durch engere Power Limits einschränken, während andere Reviewer durch das verwendete Mainboard komplett ohne diesen Limitierungen getestet haben. Um die Situation klarer darzustellen, haben wir sogar einen eigenen Artikel mit speziellen Benchmarks erstellt, der einen tiefen Blick hinter die Bedeutung von Power und Current Limits wagt: A Messy Situation: Intel's Stock Profile and Power Limits.

Benchmarks



Kommen wir zu unseren heiß geliebten Zahlen. Um zu veranschaulichen, was das Übertakten des i9-9900K wirklich bringt, haben wir ihn zuerst durch unseren Benchmark-Parcours laufen lassen. Bevor ihr euch auf die Diagramme stürzt, schaut euch bitte die getesteten Profile genau an:

  • i9-9900K @Stock
    Die von Intel veranschlagten Standardeinstellungen für das Verhalten der Turbo-Multiplikatoren (kein MCE) und die von ASUS vorgeschlagenen Power und Current Limits: PL1: 95 Watt, PL2: 210 Watt, Tau: 28 Sekunden, IccMax: 193 A
    AVX Negative Offset Ratio: 0 (4,7 GHz auf allen Kernen)
  • i9-9900K @Auto
    Multicore Enhancement (MCE) aktiv. PL1, PL2, Tau und IccMax werden dadurch auf unlimitiert eingestellt.
    AVX Negative Offset Ratio: 2 (4,8 GHz auf allen Kernen)
  • i9-9900K @5 GHz
    Offset-VCore: 0,150 V (1,328 V unter Prime95 ohne AVX)
    Loadline Calibration: 3
    AVX Negative Offset Ratio: 3 (4,7 GHz auf allen Kernen)
  • i9-9900K Wak@5 GHz
    Offset-VCore: 0,150 V (1,328 V unter Prime95 ohne AVX)
    Loadline Calibration: 3
    AVX Negative Offset Ratio: 2 (4,8 GHz auf allen Kernen)
  • i9-9900K Wak@5,1 GHz
    Offset-VCore: 0,195 V (1,333 V unter Prime95 ohne AVX)
    Loadline Calibration: 3
    AVX Negative Offset Ratio: 2 (4,9 GHz auf allen Kernen)

Verwendete Kühlungen:

  • Luftkühlung: Noctua NH-D15 mit 2x NF-A15 PWM-Lüftern (Lüfterprofil: Standard)
  • Wasserkühlung: Watercool HT EXTERN, Triple-Radiator, EK Supreme HF (markiert mit dem Kürzel: Wak)

CPU

Gesamt
  • Gesamt
  • Preis/Leistung
  • 7-Zip
  • AIDA64 Memory
    • Read
    • Write
    • Copy
  • Blender (BMW27)
  • CINEBENCH R15
  • GeekBench 4
    • Single-Core
    • Multi-Core
  • Google Octane
  • GPUPI for CPU 100M
  • GPUPI for CPU 1B
  • OpenSSL RSA-4096
    • Signs/s
    • Verifys/s
  • pifast (10M)

System

Gesamt
  • Gesamt
  • Preis/Leistung
  • 3DMark
    • Timespy
    • Fire Strike Extreme
  • VRMark
    • Blue Room
    • Orange Room
  • PCMark 10

Temperatur und Leistungsaufnahme

CPU-Temperatur Idle
  • CPU-Temperatur
    • Idle
    • Firestarter
    • Prime95 mit AVX
    • Prime95 ohne AVX
  • Leistungsaufnahme
    • Idle
    • CINEBENCH R15
    • Firestarter
    • Prime95 mit AVX
    • Prime95 ohne AVX

Fazit



Zusammenfassend ist der i9-9900K fürs alltägliche Übertakten eine unbefriedigende Angelegenheit, weil einfach nicht viel geht. Da und dort darf ein Multiplikator nach oben gesetzt werden, aber das war es dann schon. Allerdings darf man aber auch nicht vergessen, dass wir mittlerweile bei acht Kernen, Hyperthreading und 5 GHz angekommen sind, um AMDs Ryzen 2700X kontern zu können. Intel holt hier also bereits alles raus (solange nicht das fehlerhafte Stock-Profil verwendet wird).

Die Temperaturen mit Wasserkühlung sind zwar naturgemäß besser als jede Luftkühlung, dennoch kann die Abwärme trotz des verlöteten Heatspreaders nicht ausreichend aus dem Die abgeleitet werden, um signifikant höhere Taktraten zu ermöglichen. Mit viel Spielerei waren zusätzliche 100 MHz (5,1 GHz) bei normalen Lasten und 200 MHz mehr (4,9 GHz) mit AVX stabil möglich. Wobei wir auch hier eher zu den 5 GHz mit AVX Negative Offset Ratio von 2 greifen würden (in den Benchmarks als "i9-9900K Wak@5 GHz" bezeichnet), weil der Leistungszuwachs so gering ist, dass die höheren Temperaturen und die deutlich schlechtere Energieeffizienz nicht gerechtfertigt werden kann. Wer tatsächlich mehr aus einem 9900K herausholen möchte, muss auch hier die CPU köpfen, optional noch den Die abschleifen und Liquid Metal verwenden. Mehr dazu in diesem Video.
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