Sobre el vDroop y Load Line Calibration (LLC)

Este es un tema que toque de manera un tanto superficial en la entrada de Overclock de un Sandy Bridge; pero siento que todavía hay mucho que explicar sobre esta característica de los CPUs Intel. Así que aquí trato de abordar de manera un poco más detallada.

Primero quiero hacer la aclaración que mucha de esta información está basada en lo que ha podido investigar en la web. Sobre todo en sitios y foros especializados. Y lo que yo viví el hacer OC a un Sandy e Ivy Bridge. Hago este documento, porque la información siento que está bien fragmentada en la web.

El vDroop es una parte importante en el diseño de alimentación de poder de los procesadores Intel, su función es sobre todo para mantener la estabilidad de alimentación en el sistema. Hay usuarios, sobre todo en escenarios de Overclock, que tienen quejas sobre la alimentación de sus CPUs, pero estas por lo general son infundadas; algunos se dan cuenta solo cuando se fijan en la diferencia de voltaje entre en el CPU en carga y cuando está en reposo; esto hizo que en su momento los fabricantes de Motherboard incluyeran en sus BIOS, opciones para contrarrestar esta característica.

Cuando el CPU esta en reposo el sistema deja que este tenga un mayor voltaje para poder permitir una oscilación negativa de voltaje sin pasar los límites inferiores permitidos por el CPU. Cuando el CPU pasa a estar en un escenario de carga, es cuando el sistema ‘bota’ voltaje, esto para mantenerlo a un nivel el cual permita que al hacer el cambio de carga a reposo la oscilación positiva que se produzca no sobrepase el límite superior especificado. El resultado de hacer eso, es lo que se conoce como vDroop y es necesario para asegurar, que no importa el nivel de carga de trabajo a la cual se enfrente un procesador, este en ningún momento sobre pase el nivel máximo de voltaje establecido.

Durante el funcionamiento del sistema la carga de trabajo del CPU varía, de igual forma lo hace la alimentación que este recibe. El circuito del Módulo Regulador de Voltaje (VRM) vigila muy de cerca la alimentación del procesador, a través de sensores muy susceptibles. Hasta los cambios más pequeños hacen que este responda a través de uno de sus MOSFET; este circuito es el responsable de otorgar todo el poder demandado por el CPU a sus diferentes niveles de funcionamiento.

Cuando el VRM detecta una caída del voltaje, provee mayor corriente, si se detecta una alza en el voltaje pasa lo contrario. Este proceso de medición, cambio y corrección puede ocurrir miles de veces por segundo, depende del circuito en particular.

Cuando existe una alta demanda de energía el VRM trabaja duro para suplir la necesidad que el CPU tiene de poder. Pero cuando varía el requerimiento de energía el VRM tiene que reaccionar rápido para poder ajustar la alimentación hacia el CPU y equiparar la nueva demanda de energía.

Debido a que es imposible para el VRM reaccionar de manera instantánea, se produce un pico de voltaje, sobre todo cuando la carga que el CPU estaba recibiendo era grande, la magnitud de este pico tiende a ser mayor. El controlar el tamaño o magnitud de este pico es fundamental para mantener el sistema estable y también para la salud de este.

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Gráfica del funcionamiento normal de un sistema con su vDroop y vOffset funcionando en pleno.

¿Qué es el VID?

El procesador tiene una línea de carga, que está compuesta por Mhz vs Voltaje, esto está programado en unas tablas guardadas dentro del Chip. En esta tabla para cada nivel de frecuencia (Mhz) a las que puede correr el procesador hay un voltaje asignado. Entre más alta la frecuencia a la que se quiera correr el procesador va a requerir un mayor voltaje. Este voltaje guardado en las tablas es el VID y está en función de la frecuencia a la que corre el procesador.

El VID se puede cambiar de manera manual, cambiando el vCore (VCC), esto deja la línea de carga intacta. Las líneas de carga existen para prevenir que las oscilaciones del voltaje no excedan el VID especificado cuando hay cambios de carga rápidos. Si se enciende el LLC, es muy posible que estas oscilaciones superen el VID, aunque sea por cortos momentos.

Este es el problema con el LLC, cuando está activado no hay forma de saber (al menos que se tenga un osciloscopio de alta frecuencia) que voltaje está recibiendo en realidad el CPU. Cuando el LLC está desactivado, siempre se tiene la seguridad que el voltaje que es entregado al CPU jamás va a sobrepasar el VID.

Ni siquiera los VRM más robustos pueden alterar una línea de carga lo suficientemente rápido para compensar las caídas o picos de voltaje. Lo cual hace más probable, cuando el LLC está encendido, que exista una inestabilidad en niveles de línea de carga en las que antes no lo había.

¿Qué pasa si apagamos el vOffset?

Cuando el vOffset está apagado la oscilación del voltaje del CPU cuando deja la carga alta y pasa a estar en reposo causa problemas. Como se puede ver el voltaje del CPU excede el máximo establecido (VID) cuando se da la transición de carga alta a reposo. La parte más preocupante es que si no se conoce como funciona todo esto en conjunto, un usuario podría apagar el vOffset y hacer que todo esto suceda dentro de su sistema sin si quiera percatase lo que está pasando. El quitar el vOffset anula por completo el propósito del VID, quien es el que determina el máximo de voltaje que el CPU puede alcanzar.

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Gráfica de voltajes con el vOffset apagado

¿Qué pasa si apagamos el vDroop?

Si apagamos el vDroop se puede observar que aumenta las veces en que el voltaje sobre pasa el VID. Al pasar de reposo a carga la oscilación es mayor y esto hace que en este punto se superé el VID al igual que también aumenta el grado en que el voltaje varía al momento de pasar de carga a reposo. Y se puede notar que en este caso el VRM tarda más en recuperarse de los cambios de carga.  El apagar el vDroop crea más problemas y no se genera ningún beneficio de tenerlo apagado.

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Gráfica de voltajes con el vDroop apagado

¿Qué pasa si apagamos el vOffset y el vDroop?

Aunque las oscilaciones del voltaje siguen siendo iguales, se puede ver que casi en todo momento el voltaje esta siempre en el mismo nivel del VID, lo cual ocasiona una gran cantidad de violaciones al nivel máximo que se ha establecido.

 Esto genera muchos problemas, porque el VID es el voltaje más alto que puede alcanzar el CPU, pero no puede ser que siempre este a ese nivel el voltaje, ya que al cambiar escenario se van a dar una oscilación la cual va a sobrepasar por mucho el VID, nuestro techo.

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Gráfica de voltajes con lo vDroop y el vOffset apagados

En la vida Real que pasa cuando apagamos usamos el LLC (Load Line Calibration)

En las Motherboard de segmentos preparados para hacer Overclock, viene una característica llamada Load Line Calibration, cuyo objetivo es contrarrestar el efecto del VDroop haciendo que los VRM trabajen más luchando de esta manera contra la caída de voltaje. Esto en algunos casos cuando se baja el voltaje, resulta que en carga el voltaje sea mayor que el voltaje de cuando el procesador esta en reposo. A mí personalmente cuando coloco esta opción en su nivel más alto es que automáticamente me eleva la necesidad de vCore para mantener el equipo estable. Por ejemplo si con Sandy Bridge lo podía tener estable a 4.7Ghz con vCore de 1.43v, con el LLC activado a su nivel más alto hacía que automáticamente necesitaba 1.48v.

También he leído que bajando en VID, lo más que se logra es generar que el CPU tenga un voltaje constante sin importar la carga de trabajo a la que esté sometido.

Líneas finales:

Bueno yo personalmente experimente en un Z68 usando el LLC a diferentes niveles. ASUS (la marca de la cual era la Motherboard que utilice), es muy político para marcar los diferentes niveles de LLC que se pueden parametrizar. Tiene la opciones de AUTO (automático), 0%, 25% (para llegar a 3.6Ghz a 4.2Ghz), 50% (de 4.2Ghz a 4.8Ghz), 75% (de 4.8Ghz a 5.2Ghz) y 100% (5.2Ghz a 6.0Ghz). Si uno no esta bien informado puede creer que esta opción nos dará una verdadera ventaja para llegar a dichas velocidades, pero hay que tener mucho cuidado, esto solo hace que nuestro VRM trabaje más duro y eche mano en mayor medida de sus MOSFETs, si no se cuenta con una disipación pasiva buena sobre los MOSFET no recomendaría pasar de 25% para 24/7 y de 50% para OC de benchmark, con disipadores un poco más decentes NO pasen de 75% y si quieren toparlo a 100% póngale un bloque de refrigeración líquida personalizada.

Yo lleve un 2600K a 5.0 sin utilizar el LLC, pienso que eso solo dejenlo para los que hacen OC extremo, si quieren experimentar haganlo con mucho cuidado, siento que el riesgo de apagar esta medida de seguridad implica mucho más riesgo que el beneficio que trae; es decir, una cosa es subir un poco el vCore pero esto va más allá que solo un reinicio forzoso si sale mal.

Espero que más de alguno le sea útil esta información

IsraModd.-

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