Jenseits der Taktfrequenz: Spannungsversorgung bei modernen CPUs

4. Konsequenzen einer schlechten CPU-Versorgungsspannung
Wird die Spannungstoleranz der CPU nicht eingehalten, so gilt zunächst das gleiche wie für alle anderen Bauteile. Der Prozessorhersteller übernimmt keine Garantie für die korrekte Funktionsfähigkeit des Elementes.

An den Abbildungen 6 bis 8 wird neben dem Fujitsu Siemens-Motherboard D1289 (KT266A für AMD Prozessoren) auch eine Platine eines anderen namhaften Herstellers untersucht. Es wird ein künstliches Streßprogramm gestartet und gleichzeitig ein externes Stop Clock Signal an die CPU gelegt, die diese wieder in den „Schlafzustand“ (Energiespar-Modus) versetzt. Dieser Test stellt die maximale dynamische Belastung des Spannungsreglers dar. Speziell bei AMD-Prozessoren stellte sich heraus, dass die Ergebnisse von BIOS-Einstellungen, die die Tiefe des Schlafzustandes beschrieben, abhängig waren. Dieses Phänomen wurde mit einem AMD-Prozessor mit Mainboards verschiedenster Hersteller nachgewiesen. Die Abbildungen 6 und 7 zeigen die Messwerte für das Fujitsu Siemens Board D1289. Wie zu sehen ist, werden die Toleranzen auch unter extremen Bedingungen eingehalten.

Es ist immer wieder an am Markt etablierten Boards zu sehen – obwohl die vom CPU-Hersteller geforderte Toleranzen oft nicht eingehalten werden – die Motherboards scheinbar „problemlos“ funktionieren (siehe Abbildug 8). Abbildung 7 hingegen zeigt, wie sich ein Mainboard mit einer guten Implementierung der CPU-Stromversorgung unter gleichen Bedingungen verhält.

Werden die Einflüsse der CPU-Versorgungsspannung näher untersucht, so kann man feststellen, dass für den Benutzer oft nicht erkennbar ist, wenn der Prozessor außerhalb seiner Spezifikation versorgt wird. Für einen weiteren Test wird die CPU-Spannung stufenlos verringert, bis ein Pentium 4 System erste Anzeichen einer Fehlfunktion zeigte. Dabei zeigt sich, dass sich nicht das System „aufhängt“, sondern es es zu Grafikfehlern kommt. Diese Fehlfunktion ist auf eine mangelhafte Stromversorgung der CPU und nicht – wie sicherlich viele Anwender vermuten würden – auf eine fehlerhafte Grafikkarte zurückzuführen.

Abbildung 6: Fujitsu Siemens Motherboard D1289, eingeschränktes Powermanagement (Foto: Fujitsu-Siemens)

Abbildung 7: Fujitsu Siemens Motherboard D1289, maximales Powermanagement (Foto: Fujitsu Siemens)

Abbildung 8: Anderer OEM-Motherboard Hersteller, maximales Powermanagement (Foto: Fujitsu Siemens)

Autoren:

Karl Schwarz
Karl Schwarz ist seit 1986 im Bereich der Stromversorgungsentwicklung tätig. Während seiner langjährigen Tätigkeit für die Firmen, Siemens, Siemens-Nixdorf und Fujitsu Siemens Computers entwickelte er Off-Line Stromversorgungen, batteriegepufferte Wandler sowie zahlreiche andere Topologien. Während der letzten Jahre beschäftigte er sich schwerpunktmäßig mit der Entwicklung von DC/DC-Wandlern für die verschiedenen Prozessorgenerationen.

Willi Sterzik
Willi Sterzik ist seit 1998 in Augsburg bei Fujitsu Siemens Computers der Leiter der Stromversorgungsentwicklung und für die Konzeption der Stromversorgungstopologien verantwortlich. Davor entwickelte er DC/DC-Wandler, Off-Line Stromversorgungen und Wechselrichter für unterschiedliche Applikationen in der IT-Branche.