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Mehr Leistung und niedrigere Lautstärke mit Intel XTU - Undervolting mit dem ThinkPad X1 Carbon 2018 & ThinkPad T480s

Andreas Osthoff 👁, Felicitas Krohn, 09.04.2018

Weniger Spannung. Die neuen stromsparenden Quad-Core-Prozessoren von Intel bieten sehr viel Leistung, werden im Gegenzug aber auch sehr warm und verbrauchen gerade im Vergleich zu den alten Dual-Cores auch mehr Strom. Wir haben uns zwei aktuelle Laptops von Lenovo geschnappt und probiert, die Spannung der Prozessoren mittels Intels Extreme Tuning Utility zu reduzieren (Undervolting).

Seit dem letzten Herbst werden fast alle neuen Ultrabooks bzw. kompakte Laptops mit Intels neuen ULV-Prozessoren der 8. Generation ausgestattet. Diese bieten vier echte Prozessorkerne und damit ein deutliches Leistungsplus gegenüber den alten Zweikern-Prozessoren. Allerdings geht das auch mit einem höheren Stromverbrauch und damit höheren Temperaturen einher. Wir haben in diversen Tests bereits gesehen, dass es je nach Laptop-Modell deutliche Unterschiede bei der Leistungsentfaltung gibt. Alleine bei den aktuellen ThinkPads gibt es massive Unterschiede, wie wir in diesem Artikel bereits untersucht haben.

Anhand von zwei Beispielen, dem Lenovo ThinkPad X1 Carbon (Core i7-8550U) & ThinkPad T480s (Core i5-8250U), wollen wir uns die Spannungsversorgung der Prozessoren einmal genauer ansehen. Nicht jeder Prozessor ist identisch, um einen stabilen Betrieb bei den festgelegten Spezifikationen zu ermöglichen, erhöht Intel die Spannung daher auf ein "sicheres" Niveau. Allerdings gibt es hier je nach Modell ungenutztes Optimierungspotenzial, sodass man seinen Laptop mit dem Einsatz von ein wenig Zeit und mit einigen Tests verbessern kann. Worum es bei diesem "Undervolting" genau geht und wie man es macht, haben wir bereits in einem eigenen Artikel behandelt. Für die nachfolgenden Beispiele haben wir das kostenlose Tool Intel Extreme Tuning Utility (XTU) verwendet

Hinweis: Die dargestellten Werte gelten explizit nur für unsere beiden Testgeräte. Auch identische Konfigurationen können sich anders verhalten. Daher sollte man beim Testen konservativ vorgehen, indem man die Spannung in kleinen Schritten reduziert und jedes Level ausgiebig testet. Hierfür eignet sich beispielsweise der eingebaute Stresstest von Intel XTU (siehe nachfolgendes Bild). Notebookcheck übernimmt keine Haftung für eventuelle Schäden durch Modifikationen.

Intel XTU (Übersicht)
Intel XTU (Übersicht)
Intel XTU CPU-Stresstest
Intel XTU CPU-Stresstest

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ThinkPad X1 Carbon – Core i7-8550U

Der Intel Core i7-8550U im ThinkPad X1 Carbon erreicht bei der Belastung von vier Kernen theoretisch bis zu 3,7 GHz, allerdings wird das eigentliche TDP-Limit von 15 Watt dabei weit überstiegen. Lenovo erhöht die Verbrauchslimits des Prozessors daher auch auf 29 Watt für kurzzeitige Belastungen (bis zu 28s) und dauerhaft auf 23 Watt, was noch für rund 2,9 GHz ausreicht. Bei dauerhafter Last wurde der Prozessor mit mehr als 90 °C aber dennoch sehr warm, was sich in dem dünnen Gehäuse natürlich auch auf die Oberflächentemperaturen auswirkte.

Den Core i7-8550U in unserem Testgerät können wir stabil mit 110 mV weniger Kernspannung betreiben (Core Voltage Offset bei Intel XTU). Da der Prozessor aber weiterhin von den TDP-Limits eingeschränkt wird, haben wir uns zwei verschiedene Szenarien angesehen:

1. Möglichkeit: Steigerung der Leistung

Da die TDP-Limits weiterhin Bestand haben, ändert sich weder die Prozessortemperatur noch der Stromverbrauch während der rund einstündigen Cinebench-Schleife. Der durchschnittliche Prozessortakt erhöht sich aber von ~2,9 auf fast 3,2 GHz. Das entspricht einer Leistungssteigerung von mehr als 8 % in der Cinebench-Schleife. Kein schlechtes Ergebnis für ein kostenloses Tuning.

Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Standard)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Standard)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Undervolted)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Undervolted)
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Cinebench R15 CPU Multi 64 Bit Rot: Standard, Gelb: Undervolted

2. Möglichkeit: Reduzierung von Temperatur und Stromverbrauch

Wenn man mit der Leistung des Prozessors eigentlich vollkommen zufrieden ist, lohnt sich die Spannungsreduzierung trotzdem. Wir haben dazu die TDP-Limits manuell heruntergesetzt (Intel XTU Turbo Boost Short Power Max & Turbo Boost Power Max), um die Leistungswerte vor dem "Undervolten" zu bekommen. Im Detail sind das kurzzeitig 22 Watt (-> 4x 3,1 GHz) und langfristig 17,5 Watt (-> 4x ~2,9 GHz). Wir haben die beiden Graphen des Cinebench-Tests übereinandergelegt. Während der Prozessortakt beinahe identisch ist, gibt es deutliche Unterschiede bei den Temperaturen und natürlich auch beim Stromverbrauch, den wir ja manuell reduziert haben. Der Prozessor bleibt nun 12 °C kühler, was sich selbstverständlich auch auf die Oberflächentemperaturen auswirkt. Einen Einfluss auf den Lüfter konnten wir aber nicht feststellen.

Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Rot: Standard, Grün: Undervolted + reduzierte TDP)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Rot: Standard, Grün: Undervolted + reduzierte TDP)

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Cinebench-Schleife Oberseite (Standard)
Cinebench-Schleife Oberseite (Standard)
Cinebench-Schleife Unterseite (Standard)
Cinebench-Schleife Unterseite (Standard)
Cinebench-Schleife Oberseite (Undervolted + reduzierte TDP)
Cinebench-Schleife Oberseite (Undervolted + reduzierte TDP)
Cinebench-Schleife Unterseite (Undervolted + reduzierte TDP)
Cinebench-Schleife Unterseite (Undervolted + reduzierte TDP)

ThinkPad T480s – Core i5-8250U

Bei dem ThinkPad T480s sieht die Ausgangssituation etwas anders aus. Hier liegt das PowerLimit bei 44 Watt, wobei der Core i5 für die vollen 3,4 GHz "nur" etwa 29 Watt benötigt. Während unserer Cinebench-Schleife konnte der Prozessor sein Leistungslevel recht lange aufrechterhalten, musste die Leistung dann aufgrund der hohen Prozessortemperatur aber doch irgendwann ein wenig reduzieren. Die Spannungsreduzierung dient im Fall des T480s mit dem Core i5 daher zwar auch der Stabilisierung der Leistung bei andauernder Last, aber vor allem dem reduzierten Stromverbrauch und damit geringeren Temperaturen.

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Cinebench R15 CPU Multi 64 Bit Rot: Standard, Gelb: Undervolted

Wir konnten die Kernspannung unseres Core i5-8250U um 125 mV reduzieren (Core Voltage Offset Intel Extreme Tuning Utility). Wie man an den nachfolgenden Diagrammen sehen kann, bleibt der Takt nun während des gesamten Tests bei den maximalen 3,4 GHz und es gibt keine Schwankungen nach 20 Durchgängen mehr. Deutlich wichtiger sind jedoch die weiteren Verbesserungen, denn die durchschnittliche Kerntemperatur ist fast 15 °C geringer und auch der Stromverbrauch wurde um satte 7,5 Watt reduziert! Das wirkt sich natürlich auf die Oberflächentemperaturen aus, und wird je nach Szenario auch die Akkulaufzeit positiv beeinflussen. Bei unseren T480s konnten wir mit den Standardwerten zudem ein Schwanken zwischen 36,9 - 38,3 dB(A) während des Cinebench-Tests ermitteln. Mit den optimierten Werten wurde die höchste Lüfterstufe nicht mehr verwendet.

Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Standard)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Standard)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Undervolted)
Takt, Temperatur und Verbrauch des Prozessors (Undervolted)
Cinebench-Schleife Oberseite (Standard)
Cinebench-Schleife Oberseite (Standard)
Cinebench-Schleife Unterseite (Standard)
Cinebench-Schleife Unterseite (Standard)
Cinebench-Schleife Oberseite (Undervolted)
Cinebench-Schleife Oberseite (Undervolted)
Cinebench-Schleife Unterseite (Undervolted)
Cinebench-Schleife Unterseite (Undervolted)

Fazit – Optimierung der ULV-CPUs mit Intel XTU lohnt sich

Unser Fazit nach den Tests ist eindeutig: Eine Optimierung der Kernspannung der neuen Quad-Core-ULVs von Intel (8. Generation) lohnt sich auf jeden Fall. Dabei steht noch nicht einmal die Leistungssteigerung im Vordergrund, denn die Quad-Cores bieten für normale Bürotätigkeiten eigentlich schon zu viel Leistung. Spannender ist jedoch, wie sich die Temperaturen, der Stromverbrauch und teilweise auch das Lüfterverhalten beeinflussen lassen.

Wir empfehlen daher jedem Nutzer eines Laptops, die Kernspannung seines Prozessors zu optimieren. Alles was man dazu braucht, sind kostenlose Tools wie beispielsweise Intels XTU (Beschreibung und Anleitung hier) und ein wenig Zeit. So kann man das Maximum aus seinem Gerät herausholen, ohne dabei Geld auszugeben.

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Autor: Andreas Osthoff,  9.04.2018 (Update: 10.04.2018)
Andreas Osthoff
Andreas Osthoff - Senior Editor Business
Ich bin mit Computern und moderner Unterhaltungselektronik aufgewachsen. Seit meinem ersten Computer, einem Commodore C64, habe ich mich für die Technik interessiert und angefangen, meine eigenen Computer zu bauen. Bei Notebookcheck kümmere ich mich schwerpunktmäßig um die Business-Geräte sowie die mobilen Workstations, doch ich mache auch gerne Abstecher in den mobilen Bereich. Es ist immer wieder eine tolle Erfahrung, neueste Geräte zu testen und miteinander zu vergleichen. Den passenden Ausgleich schafft der Sport, im Sommer vor allem mit dem Rad.