Bleibt alles anders: Technik zur Temperaturüberwachung und Schutzmechanismen

Angedeutet haben wir es bereits. Es gab hier und da Hinweise, dass der neue Intel Core 2 Duo Prozessor durchaus „heiß“ werden könnte – oder vielleicht auch nicht. Zumindest gibt es Berichte, die wir attestieren können, dass der Einsatz der doch relativ genügsamen, neuen Intel-CPUs – bezogen auf die Leistungsaufnahme – durchaus recht lautstark bei der Kühlung werden können. Doch bevor wir von praktischen Ergebnissen hier reden möchten, wollen wir in einem kurzen Technik-Kapitel darlegen, welche Änderungen es im Bereich der Schutzmechanismen und Temperaturüberwachung es bei den aktuellen CPUs gibt.

Bei den Core 2 Prozessoren hat Intel nicht nur die Thermal Design Power deutlich verringert, sondern auch das ganze Thermomanagement überarbeitet. Für ein besseres Verständnis empfiehlt es sich, die Fachbegriffe und Mechanismen der Netburst-Prozessoren (Seite 6 ff.) anzusehen, da dies die Grundlage für die folgenden Ausführungen darstellen wird. Vom Pentium 4 übernommen werden die beiden Funktionen Thermal Monitor und Thermal Monitor 2. Hinter ersterem verbirgt sich das als Throttlen bekannte Aussetzen von Taktzyklen, wenn eine kritische Temperatur überschritten wird. Seit den 5xx-Modellen des Pentium 4 mit E0-Stepping ist Thermal Monitor 2 in den Prozessoren vorhanden. Dabei wird zusätzlich der Takt über den Multiplikator herabgesetzt und die Spannung verringert. Auslöser ist dafür ein Signal namens PROCHOT# (PROCessor HOT, also „Prozessor heiß“), welches bei einem bestimmten Schwellwert zur Auslösung kommt. Sollten aus irgendeinem Grund beide Verfahren versagen und die Temperatur 20° über der maximalen TCase liegt, so wird das THERMTRIP#-Signal (THERMal TRIP), welches für die sofortige Abschaltung des Systems sorgt.

Neu eingeführt wurden mit den Core 2 Prozessoren die digitalen Temperatursensoren (DTS) und ein neues Bussystem namens PECI (Platform Environment Control Interface). Hinter den DTS verbergen sich je Prozessorkern mehrere Temperaturdioden, die in verschiedenen thermischen Regionen in der Nähe von potentiellen Hotspots lokalisiert wurden. Leider lässt Intel uns hier im Unklaren, wie viele Dioden sich nun genau in einem Kern befinden. In unserem Einführungsartikel zur Core-2-Architektur sind wir bereits kurz auf DTS eingegangen. In dem dortigen Bild sind 4 Sensoren eingezeichnet.

In jedem Kern befindet sich eine kleine Logikeinheit, die alle Werte sammelt und dann den Maximalwert aller Sensoren nach Glättung durch einen Tiefpassfilter (LPF) und einer Analog-Digital-Wandlung an den PECI-Controller weitergibt. Interessant ist, dass zwei Sensoren jeweils an beide Logikeinheiten angeschlossen sind. Vermutlich handelt es sich dabei um Dioden, die sich im Cache-Bereich der CPU befinden. Da die Core 2 Prozessoren über einen gemeinsamen Level-2-Cache verfügen, kann es zum Fall kommen, dass ein Kern idlet, während der andere Kern Berechnungen durchführt und Cache-Bereiche des anderen Kerns mitnutzt. Deshalb ist es erforderlich, dass beide Kerne den kompletten Level-2-Cache überwachen können.

Was verbirgt sich nun genau hinter dem PECI? Er stellt quasi eine Alternative zum bisherigen System-Management-Bus (SMB) dar. Über den SMB werden beispielsweise die SPD-Timing-Daten der Speicherchips an das BIOS übermittelt, Akku-Ladezustände übermittelt und Lüfter- und Temperaturdaten übertragen. Das PECI ermöglicht im Vergleich zum SMB deutlich höhere Transferraten (bis zu 2 MBit/s anstatt 100 KBit/s), verfügt über eine CRC-Prüfsumme, so dass fehlerhafte Daten erkannt werden können, und ist als 1-Draht-Lösung relativ einfach zu implementieren. Bei bisherigen Temperatursensoren wurden die Widerstandswerte analog vom Prozessor zum Monitoring-Chip übertragen und dort erst in digitale Temperaturwerte gewandelt. Dadurch waren sie relativ anfällig gegenüber Rauschen und anderen Störungen.

Eine weitere Änderung ist, dass die Temperatur nicht mehr absolut übermittelt wird, sondern relativ zur zulässigen Maximal-Temperatur (TJunction), bei deren Überschreiten der Prozessor abgeschaltet wird. Der Wert ist Prozessorabhängig und in der CPU hinterlegt. Angenommen die TJunction beträgt 85°C und der Prozessor hat 60°C, dann beträgt der übermittelte Wert der DTS -25°C.