Ryzen 5 3600 – Overclock extremo (LN2) e resultados

Fala pessoal, beleza?

No último dia 7, vimos os lançamentos dos novos produtos da AMD usando o processo litográfico de 7nm da TSMC, a saber, a nova geração dos CPUs Ryzen 3000 e os GPUs Navi. Aqui na tOCP, lhes trouxe um artigo sobre os novos CPUs e também alguns testes usando um Ryzen 5 3600, que trata-se do modelo mais simples da linha com 6c/12t e MSRP de $199, entretanto, seja por falta de documentação ou mesmo de bios com melhor suporte ao CPU, algumas coisas acabaram ficando para depois, como por exemplo, explorar melhor o novo controlador de memória e uma sessão de overclock extremo no LN2.

Nesse segundo post sobre o Ryzen 5 3600 devo abordar tudo sobre o uso desses CPUs no LN2 e também explicar melhor algumas coisas em relação ao overclock de memória cuja compreensão é necessária caso a ideia seja partir para o uso extremo. Então vamos lá! 🙂

Como expliquei no outro artigo, uma das maiores mudanças feitas pela AMD na terceira geração do Ryzen foi no uso de chiplets, que basicamente são dies menores com funcionalidade especifica que são instalados em um mesmo package e interligados utilizando algum tipo de interconexão, que no caso desses CPUs, a AMD optou por usar MCM e o “Infinity Fabric” ligando assim os CCDs, que são os dies 7nm que contém os CCXs (Core Complex) ao IOD, que contém o controlador de memória, I/O e é fabricado em 12nm pela GloFo.

É evidente que nem todos esses blocos que compõe os dois dies funcionam na mesma frequência e é por isso que existem diferentes “clock domains” dentro de um CPU moderno sendo que desses domínios, existem três que são relevantes para nós e que podem ser ajustados pelo usuário: memclk, uclk, fclk. Antes de entrar na explicação do que é cada um desses “elementos”, trago abaixo os diagramas de bloco contendo a topologia dos CPUs Ryzen com 1x CCD e 2x CCD com seus respectivos domínios de clock.

• MEMCLK:

Trata-se basicamente da frequência das memórias e é aquele ajuste que tipicamente você encontra nas bios das placas com o seu valor efetivo (DDR, Double Data Rate), por exemplo, DDR4-3200MHz efetivos que na real é 1600MHz só que transferindo dados tanto na subida quanto na descida do sinal de clock.

• UCLK:

Esse é a frequência do controlador de memória que trabalha sempre em uma proporção de 1:1 ou 2:1 em relação ao “clock real” das memórias, por exemplo, memória rodando @ DDR4-3600 (1800MHz reais) com UCLK 1:1 resulta no controlador de memória também em 1800MHz enquanto que com 2:1 ele trabalha @ 900MHz. Basicamente é sobre isso que os slides pré-lançamento do Ryzen 3000 se referiam quando falavam em modo 1:1 ou 2:1.

• FCLK:

Por fim, esse é a frequência do “Infinity Fabric”, cujo ajuste de clock é livre podendo assumir um valor desde os 900MHz até os 3000MHz, sendo que até os 3600MHz (1800MHz reais) na memória tanto o FCLK quanto o UCLK se mantém sincronizados trabalhando em proporção 1:1:1. Para frequências de memória maiores que isso, é necessário forçar manualmente o valor para manter essa “sincronia”, caso contrário, esses domínios ficarão operando em modo assíncrono.

Todos esses domínios de clock já existiam nas gerações anteriores do Ryzen, entretanto, operando sempre no “modo síncrono” 1:1:1. Esse novo “modo assíncrono” trás maior flexibilidade no que diz respeito aos ajustes em overclock e meio que foi o que possibilitou o uso de memórias com clock acima dos 3733MHz com estabilidade, entretanto, existem algumas desvantagens, por exemplo, para manter a estabilidade na comunicação entre diferentes domínios de clock operando em frequências diferentes, é necessário a implementação de circuitos adicionais para fazer a sincronização desses sinais e isso invariavelmente acaba adicionando latência, portanto, ao utilizar o FCLK assíncrono, você automaticamente paga com um aumento de 7~10ns na latência de memória.

Sabendo disso, você pode optar por manter todos esses caras sincronizados, o que significa ficar limitado a cerca de 3733MHz (1866MHz reais) na memória e ter menor latência, o que tende a ser melhor em jogos ou usar memórias com frequências maiores em modo assíncrono, o que deve ser melhor em aplicações que se beneficiam de maior banda de memória.

Além disso, também temos um novo ajuste de tensão chamado “VDDG”, que deriva da tensão do SOC (VDDSOC) e se refere a alimentação do Fabric. Por se tratar de um dLDO integrado ao CPU, a sua tensão de saída nunca pode ser maior do que a tensão de entrada, então é necessário manter sempre uma pequena diferença de pelo menos 50mV~100mV entre esses VDDSOC e VDDG (exemplo: 1.1V no VDDSOC e no máximo 1.05V no VDDG). Esse ajuste deve ajudar na hora de fazer overclock no FCLK e pelo menos na minha amostra, quando usando refrigeração a água, observei instabilidade ao usar VDDG acima dos 1.1V.

Mas o que tudo isso tem a ver com overclock extremo? Tudo! Se você tentar rodar o CPU no modo 1:1:1 ou mesmo com frequências agressivas no FCLK usando temperaturas abaixo dos -60ºC muito provavelmente você vai se deparar com mensagens de erro como essa abaixo, CPU desligando do nada, instabilidade total e irrestrita e sérios problemas de coldbug sendo que todo esse “kit desgraça” junto certamente vai acabar te tirando do sério, fazendo você proferir impropérios contra quem não merece, como por exemplo, a placa-mãe ou quem mais lhe vier na telha, o que definitivamente não é algo legal. 🙂

Mas felizmente existe um “workaround” para esse infeliz coldbug, bastando usar o FCLK em modo assíncrono com frequências entre 1400~1600MHz e ajustando direitinho as tensões do VDDSOC/VDDG, conforme explicado nesse guia de overclock extremo das Crosshair VIII. Se você fizer isso direitinho, o seu CPU vai funcionar com temperaturas entre -120ºC até -180ºC dependendo da qualidade do seu exemplar. 😉

Um ponto positivo é que apesar desse guia ser da ROG X570, ele também serve para qualquer outra placa-mãe, ou seja, em tese pode-se usar qualquer placa-mãe para overclock extremo com os Ryzen 3000, naturalmente que desconsiderando as óbvias limitações existentes nos modelos mais simples, como por exemplo, capacidade de OC na memória e VRM.

Enfim, após todas essas explicações, vamos aos resultados! 😀

Configuração utilizada:

CPU: AMD Ryzen 5 3600 (Obrigado AMD!)

MOBO: ROG Crosshair VII Hero (UEFI 2406)

VGA: NVIDIA GeForce RTX 2080 (Obrigado NVIDIA!)

RAM: 2x8GB DDR4 Patriot Viper Steel 4400 CL19 (Obrigado Patriot!)

REFRIGERAÇÃO: SF3D Inflection Point + Nitrogênio Líquido + Pasta térmica KINGPIN KPx (obrigado Renan!)

STORAGE: SSD Crucial BX300 120GB

SO: WIndows 10 x64 1903

Objetivo dos testes: Descobrir o limite do novo Ryzen 5 3600 usando refrigeração extrema (LN2) visando extrair performance máxima nos benchmarks e verificar o seu comportamento nessas condições. Os detalhes de como foram conduzidos os testes e metodologia estão descritos no texto que acompanham os resultados.

• Resultados:

Como disse anteriormente, o primeiro passo para conseguir usar um Ryzen 3000 no LN2 com sucesso é fazer o ajuste do FCLK/VDDSOC/VDDG onde o primeiro é o mais crítico no combate ao coldbug. Para o FCLK deve-se ficar em uma faixa que vai dos 1400MHz até os 1600MHz sendo que cada incremento tende a trazer o coldbug para um patamar mais alto. O VDDSOC deve ficar em uma faixa que vai desde os 1.25V até os 1.45V e o VDDG em 1.15V.

Naturalmente que esses valores podem variar um pouco de CPU para CPU, sendo que no meu sample usei o VDDSOC em 1.3V, VDDG em 1.5V e FCLK em 1466MHz conseguindo assim trabalhar com o CPU na casa dos -145ºC, que na real deve ser algo próximo dos -170ºC devido a grande imprecisão do meu termômetro (full pot = 169ºC na leitura dele…). VDDSOC acima de 1.3V resultou em coldbug na casa dos -125ºC, então é realmente importante gastar um tempinho ajustando bem esses parâmetros logo no começo da sessão ao invés de simplesmente “chutar” um valor nessa faixa e esperar que tudo corra bem. 🙂

Em relação aos benchmarks, pude rodar os tradicionais Cinebench R11.5/R15/R20, Geekbench 3/4 e HWBOT x265 com frequências do CPU variando entre 5275MHz e 5350MHz com cerca de 1.825V no vcore enquanto que as memórias estavam rodando @ 4000MHz 16-16-16-38 com boa parte dos timings com ajuste automático exceto os primários, tRDRDSCL/tWRWRSCL, tRFC, tRC e fiz assim por conta de algumas instabilidades que encontrei com os ajustes de subtimings nessa placa-mãe.

Sobre os resultados obtidos, foi possível exceder a marca dos 2100cb no Cinebench R15 e superar CPUs como os i7 8700K rodando com cerca de 200MHz a mais que o R5 3600 em um benchmark como o x265, o que é uma boa marca e mostra claramente o avanço do IPC que a AMD trouxe nessa geração. Em relação aos GB3/4, a frequência mais baixa do FCLK aliado os timings não muito otimizados na memória não ajudaram muito no score final, mas ainda sim, foi possível exceder os 6500 pontos no ST.

Sobre a validação máxima, usando o Ryzen Master foi possível chegar em 5440.93MHz subindo apenas o clock da CCX que contém o melhor core, que é marcado com uma estrela pelo software, o que certamente é uma boa marca para esses novos CPUs e definitivamente não é o limite para esse carinha, afinal de contas, pode-se usar artifícios como “Slow Mode” para tentar tirar uns MHz a mais na validação, entretanto, essa função não se encontra funcional na Crosshair VII Hero até o presente momento.

Por fim, a tradicional galeria de fotos da plataforma toda congelada. Espero em uma próxima oportunidade também rodar benchmarks 3D para ver como os Ryzen 3000  se saem quando operando com frequências acima dos 5GHz. 🙂

Conclusão:

Os Ryzen 3000 definitivamente não são CPUs fáceis de serem domados quando submetidos a temperaturas MUITO negativas, abaixo dos -60ºC, sendo necessário fazer uma série de ajustes e ter alguma pericia no controle da temperatura para conseguir obter resultados satisfatórios, portanto, se for brincar de overclock extremo com um monstrinho desses, é bom estar a par disso tudo visando evitar frustrações.

Infelizmente a frequência máxima desse CPU ficou um pouco aquém dos Ryzen 2000, o que talvez melhore com o tempo conforme o processo de 7nm amadurece sendo que isso também pode ser melhor nos SKUs maiores, que usam dies de melhor qualidade (melhor binados de fábrica) que no R5 3600. De todo modo, a experiência ainda foi um tanto quanto satisfatória e definitivamente espero repetir a mesma no futuro usando um Ryzen 3000 com core count maior. 🙂

Então é isso pessoal, dúvidas, críticas e sugestões são bem-vindas!

Até a próxima!