Willkommen bei Teil 5. Die bisherigen Folgen findest du gesammelt unter BIOS & Firmware. Heute geht es um Advanced > CPU Configuration > Advanced Power Management Configuration.
Advanced
Die Seite selbst ist kurz:
Power Technology [Custom] Power Performance Tuning [OS Controls EPB] ENERGY_PERF_BIAS_CFG Mode [Balanced Performance] > CPU P State Control > Hardware PM State Control > Frequency Prioritization > CPU C State Control > Package C State Control > CPU T State Control
Die erste Zeile ist wichtiger als sie aussieht. Power Technology kennt neben Custom noch Disable und Energy Efficient, und solange sie nicht auf Custom steht, sind die sechs Untermenüs Dekoration: die Firmware setzt dann ihre eigenen Werte und überschreibt, was man darunter einstellt. Wer sich also wundert, warum eine Änderung im C-State-Menü nichts bewirkt, sollte zuerst hier nachsehen.
Power Performance Tuning auf OS Controls EPB heisst, dass das Betriebssystem den Energy Performance Bias steuern darf und nicht das BIOS. Das ist genau das, was man auf einer Linux-Maschine will. Der dritte Wert ENERGY_PERF_BIAS_CFG Mode ist der Vorgabewert, den die Firmware setzt, solange sich niemand darum kümmert, und Balanced Performance ist dafür eine vernünftige Mitte.
P-States: die Frequenz
SpeedStep (P-States) [Enable] AVX P1 [Nominal] Dynamic SST-PP [Disable] Intel SST-PP [Base] Activate SST-BF [Disable] Configure SST-BF [Enable] EIST PSD Function [HW_ALL] Turbo Mode [Enable] CPU Flex Ratio Override [Disable] CPU Core Flex Ratio 23
SpeedStep ist der Klassiker: die CPU darf ihre Frequenz und Spannung an die Last anpassen. Intel nennt das seit Ewigkeiten EIST, Enhanced Intel SpeedStep Technology. Ohne diesen Schalter läuft der Prozessor stur auf Basistakt, verbraucht im Leerlauf deutlich mehr und wird wärmer, ohne dafür irgendetwas zurückzugeben. Der bleibt an.
Turbo Mode ist die Gegenrichtung: die CPU darf über den Basistakt hinaus, solange Temperatur und Stromaufnahme es hergeben. Bei meinem Xeon Gold 5315Y sind das 3,2 GHz Basis und 3,6 GHz Turbo. Linux bestätigt beide Enden:
lscpu | grep MHz # CPU max MHz: 3600,0000 # CPU min MHz: 800,0000
EIST PSD Function auf HW_ALL regelt, wer die Frequenzwechsel koordiniert. Bei HW_ALL macht das die Hardware für alle Kerne einer Domäne selbst, bei SW_ALL müsste das Betriebssystem mitreden. Hardware ist hier schneller und weiss ohnehin mehr, das lässt man so. ALso ich, öhm. joar. 😀
Der Teil der mich überrascht hat: Speed Select
Mitten auf der Seite steht eine kleine Tabelle, die ich vorher noch nie in einem BIOS gesehen habe:
Intel SST-PP Base | Config 3 | Config 4 Core Count 08 | 06 | 04 Current P1 Ratio [0] 32 | 32 | 34 Package TDP (W) 140 | 125 | 115 Tjmax 103 | 100 | 101
Das ist Intel Speed Select Technology, Variante Performance Profile. Die Idee dahinter: dieselbe CPU kann in mehreren fest definierten Betriebspunkten laufen, und man wählt beim Booten aus, welchen man haben möchte. Meine hat drei. Im Auslieferungszustand Base sind es acht Kerne bei 3,2 GHz und 140 Watt. Wählt man Config 4, bleiben vier Kerne übrig, dafür steigt der Basistakt auf 3,4 GHz und die Verlustleistung fällt auf 115 Watt.
Man tauscht also Kerne gegen Takt, und zwar nicht per Turbo-Zufall, sondern als garantierte Zusicherung. Für Software, die pro Kern lizenziert wird, ist das bares Geld. Für Lasten, die nicht parallelisieren, sind 200 MHz mehr Basistakt spürbar. Und für mich? Ehrlich gesagt nutzlos. Ich habe acht Kerne gekauft, weil ich acht Kerne wollte, und 200 MHz sind kein Argument dafür, die Hälfte davon wegzuwerfen.
Trotzdem finde ich es bemerkenswert, dass so etwas in einem BIOS steht, das ansonsten aussieht wie 2005. SST-BF daneben ist die verwandte Idee auf Kernebene: Base Frequency, einzelne Kerne bekommen dauerhaft mehr Takt, die übrigen entsprechend weniger. Steht bei mir auf Disable, und das passt, denn dafür müsste ich meine Last gezielt auf die schnellen Kerne pinnen. Wer das tut, weiss warum. Wer es nicht tut, gewinnt nichts.
Und hier lag die Antwort
Hardware PM State Control Hardware P-States [Disable]
Ein Untermenü mit genau einer Zeile, und diese Zeile hat mich mehr gefreut als der ganze Rest der Seite. Um zu erklären warum, muss ich kurz ausholen.
Seit dem Umbau ist mir aufgefallen, dass Linux die Frequenzsteuerung auf dieser Maschine anders macht als erwartet. intel_pstate, der Treiber der bei Intel-CPUs normalerweise das Kommando übernimmt, läuft hier im passiven Modus:
cat /sys/devices/system/cpu/intel_pstate/status # passive cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_driver # intel_cpufreq cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_governor # schedutil
Passiv bedeutet: der Treiber verhält sich wie ein gewöhnlicher cpufreq-Treiber und lässt den Kernel-Governor entscheiden. Aktiv bedeutet, dass er die Entscheidung selbst trifft und dabei Hardware-Unterstützung nutzt. Aktiv ist normalerweise der bessere Modus, weil die CPU schneller reagiert als jeder Governor es könnte.
Der Kernel schaltet in den aktiven Modus, wenn die CPU HWP beherrscht, Hardware P-States. Ice Lake beherrscht das. Nur taucht das entsprechende Flag bei mir gar nicht auf:
grep -o hwp /proc/cpuinfo | head -1 # (keine Ausgabe)
Ich hatte das eine Weile für eine Eigenheit des Kernels gehalten, für eine Frage der Xeon-Variante, für irgendetwas Kompliziertes. Es war nichts davon. Es war dieser eine Schalter, zwei Menüebenen tief in einem Untermenü, das ich beim ersten Mal nicht geöffnet hatte. Ich sag doch, ich bin auch nur doof.
Was tut HWP eigentlich? Ohne HWP sagt das Betriebssystem der CPU, welche Frequenz sie fahren soll. Mit HWP sagt es ihr nur noch, worauf es ihm ankommt, irgendwo zwischen Sparsamkeit und Leistung, und die CPU sucht sich den Rest selbst. Der Vorteil ist die Reaktionszeit: die Hardware sieht Lastwechsel im Mikrosekundenbereich, der Governor im Millisekundenbereich. Bei kurzen, stossweisen Lasten, wie sie ein Desktop dauernd produziert, macht das einen Unterschied.
Werde ich es umstellen? Vermutlich ja, aber nicht heute und nicht ohne Messung. Auf der alten Maschine hatte ich Ärger mit schedutil, der mir zu träge hochgetaktet hat, insofern habe ich eine Vermutung wohin es geht. Aber genau solche Vermutungen sind der Grund, warum man am Ende Dinge kaputtoptimiert. Erst messen, dann drehen.
C-States: das Nichtstun
Enable Monitor MWAIT [Enable] CPU C6 Report [Auto] Enhanced Halt State (C1E) [Enable]
P-States regeln, wie schnell die CPU arbeitet. C-States regeln, wie tief sie schläft wenn sie gerade nichts tut. Je höher die Nummer, desto mehr wird abgeschaltet und desto länger dauert das Aufwachen. Was auf meiner Maschine ankommt, steht im sysfs:
POLL 0 us C1 1 us C1E 4 us C6 170 us
C6 ist der interessante: dort wird der Kernzustand weggeschrieben und der Kern faktisch abgeschaltet. Das spart richtig Strom, kostet aber 170 Mikrosekunden zum Aufwachen. Für einen Rechner unter dem Schreibtisch ist das vollkommen egal. Für einen Paketfilter, der Latenz im einstelligen Mikrosekundenbereich garantieren soll, ist es das nicht, und genau deshalb steht in Tuning-Anleitungen für Netzwerkkram regelmässig, man solle die tiefen C-States abschalten.
Enable Monitor MWAIT ist die Voraussetzung für den ganzen Mechanismus: MONITOR und MWAIT sind die beiden Befehle, mit denen ein Kern sagt „weck mich, wenn sich diese Speicherstelle ändert“ und sich danach schlafen legt. Ohne sie bleibt nur die alte HLT-Schleife.
Package C State [Auto] eine Menüebene weiter ist die Steigerung davon: nicht mehr einzelne Kerne, sondern das ganze Paket samt Uncore und Speichercontroller. Das geht natürlich nur, wenn wirklich alle Kerne gleichzeitig nichts tun.
T-States, und warum sie aus sind
Software Controlled T-States [Disable]
Der dritte Buchstabe im Bunde, und der unangenehmste. T-States drosseln nicht die Frequenz, sondern schieben Pausen ein: die CPU bekommt für einen Teil der Zeit schlicht keinen Takt. Das ist deutlich brutaler als ein P-State und eigentlich eine Notbremse für den Fall, dass es zu heiss wird.
Auf Disable heisst, dass das Betriebssystem diese Notbremse nicht selbst ziehen darf. Der thermische Schutz der Hardware bleibt davon unberührt, der arbeitet unabhängig weiter. Bei Tjmax 103 Grad und CPU-Temperaturen um die 40 im Leerlauf ist das eine sehr theoretische Diskussion.
Der Rest
Frequency Prioritization RAPL Prioritization [Disable]
RAPL ist Intels Mechanismus zur Leistungsbegrenzung. Mit RAPL Prioritization verteilt die Firmware ein knappes Leistungsbudget gezielt auf einzelne Kerne, statt alle gleichmässig zu drosseln. Das ergibt Sinn, wenn man dauerhaft am Powerlimit fährt und weiss, welche Kerne die wichtige Arbeit machen. Meine Maschine ist von beidem weit entfernt.
Was ich mitnehme
Der ganze Block ist erstaunlich gut eingestellt für ein Board, das im Auslieferungszustand von einem Serverhersteller kam. SpeedStep an, Turbo an, C-States an, T-States aus, das würde ich genau so einstellen. Ob da Supermicro oder Thomas Krenn sich Mühe gegeben hat?
Der einzige echte Fund ist Hardware P-States [Disable]. Und der ist vor allem deshalb schön, weil er zeigt, wozu so ein Durchgang gut ist: ich habe seit Wochen ein Verhalten beobachtet, das mich gewundert hat, und die Ursache lag die ganze Zeit sichtbar in einem Menü. Ich musste nur hineinschauen.
Nächste Folge: der Speicher. ECC, Patrol Scrub, PPR, und die Frage warum 256 GB DDR4-3200 in dieser Maschine mit 2933 laufen, klingt ja falsch oder?
Siehe auch
- Teil 3 der Serie (Kerne, Threads und die fünf Prefetcher)
- Teil 4 der Serie (AES-NI, SGX und ein Schalter der nichts bewirkt)
Falls jemand von euch intel_pstate im aktiven Modus gegen schedutil gemessen hat, auf einem Xeon und nicht auf einem Notebook: erzähl mir davon, bevor ich es selbst ausprobiere. Ihr dürft mich gerne fragen.
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