[CNQ]要节能还是要性能？看看AMD CNQ对性能的影响（上集）

前言：本文仅代表个人观点，由于不是官方的一手资料，正确性不能保证。只是给大家一个参考，本文来自PCEVA，由royalk原创。转载请注明作者和出处。

历史背景

AMD的Cool 'n' Quiet，中文名“凉又静”，以下和大家一样简称CNQ。最早可以追溯到K6-2+时代，那时候AMD把节能技术叫做PowerNow!技术，只有在移 动版的CPU上可以实现低负载时候降低CPU的倍频，从而降低处理器的功耗，当然对于桌面版CPU也可以通过硬改变成移动版，并通过某些方法实现这个功 能，不过那已经随着历史的车轮而消失，在这里不再过多讨论。到K8的时代（2003年），PowerNow技术改名为CNQ，同时AMD也正式把CNQ技术应用在桌面版CPU上，并且在降频的同时实现了降低CPU的VID，从而降低CPU的工作电压，让节能效果进一步提升。到了现在K10平台，CNQ的版 本已经进步到3.0，除了能实现上述的降频降压功能之外，还可以单独控制处理器每个核心的倍频，在某些核心空闲的时候单独降低工作频率，但是电压却没法单独控制，因为一个CPU，每个核心都有一个FID，但VID只有一个。

工作原理简介

就如上边提到的，如今的CNQ 3.0，可以实现对每个核心的倍频分别控制。CNQ 3.0可令K10的处理器有四个工作状态，我们分别称为P0、P1、P2和P3。四个状态分别对应着处理器的FID（倍频）和VID（电压），而FID又是可以每个核心单独控制。对于K10之后已经独立出来的CPU-NB频率，CNQ则不可控制。

CNQ的默认工作流程大约如下：

1. 待机：假设CNQ已打开，系统在空载的时候，处理器处于P3状态，FID为0，DID（倍频除频）为1（也就是除以2）。也就是4x倍频。在不超频的情况下，处理器的运行频率为800MHz。电压（VID）大约在1v-1.1v之间。

2. 提高状态的激活条件：系统检测到某个核心大于60%的负载，并持续500ms（0.5秒）后，（注意这两个条件很重要），系统会将那个核心提升到P2状态。并会再次检测以上两个条件，如果满足的话，就会陆续把该核心提升到P1状态和P0状态。

3. 电压：当有至少一个核心处于较高的状态时，则处理器的电压就提高到相应的状态。例如，有一个核心处于P1的状态，而其它三个核心处于P3，那么当前电压为P1状态下的电压。

4. 降低状态的激活条件：系统检测到某个核心小于20%的负载，并持续2000ms（2秒）后，系统会降低该核心的状态，并做重复的检测，直到降到P3状态。当最后一个核心从高状态降下来时，CPU电压降低。
也就是说，P1和P2状态为两个过渡状态，P0为全速工作状态，P3为节能状态。

作用及影响

AMD的CNQ技术，在K8时代官方给出的功耗规格，在待机时开启CNQ，处理器的 功耗大约为20-30W，而现在晶体管大幅增加，但是随着工艺的进步，也差不多是这个数（具体请看下集功耗分析）。然而，在降低频率达到节能目的同时，也会带来性能的牺牲，这将给我们带来什么样的影响呢？

所以，在此我提出我的论点：

CNQ会给处理器性能带来一定的影响，主要表现在两方面：
1. 提高状态的延迟，从P3提高至P0总共要做3次判断，耗时至少1.5秒。在这1.5秒之前，处理器是无法以全速运行的。

2. 在非多核心的应用程序中，由于windows会自动分配多线程，导致每个核心未必满载，达不到提高状态的激活条件。

这两方面，只要开启了节能就不可避免的存在，但是实际应用测试上，到底会对性能造成多大的影响？主板对这两个问题是否又考虑到？下面我们一一论证，来看测试。

测试平台

CPU：AMD Phenom II X6 1055T 3.6GHz
主板：技嘉 890GPA-UD3H
内存：芝奇 F3-12800CL7D-4GBECO
显卡：技嘉 GTX460 1G
硬盘：西数320G
电源：海盗船VX550W
散热器：超频三 南海自立版
测试还是分为理论运算测试和游戏测试，代表了大家的绝大部分对处理器性能要求的日常应用。



从测试结果我们可以看到一些出人意料的现象，同时也暴露出技嘉的这个主板的BIOS上的一些细节问题，下面我们一一讨论。

1. 由上边说到的CNQ的激活条件可知，处理器在检测到负载变频的头1.5秒内，性能应该是没法达到最大化的，也就是说测试持续的时间越短，这个1.5秒对性能影响应该会越大。但是从测试结果来看，理论测试中除了3Dmark06的CPU分数和CineBench之外都属于短时间测试，我们可以看到CNQ对测试结果的影响并不大，有些项目反而有所提升。说明至少这张主板对CNQ的优化还是比较到位的，相信K10平台经过两年的发展，各大主板厂商BIOS对这方面的优化也已经足够成熟，基本消除了状态改变的延迟对性能的影响，之前我们提出的论点一可以被推翻。

2. 之前提到的有些测试结果反而有所提升，这并不是偶然现象，因为我运行过多次测试以消除误差。而且这个提升在持续时间较长的CineBench R10测试中尤为明显，达到5%以上，这绝非误差所致。而测试条件并没有任何改变，所以我把问题的焦点放在了BIOS上，技嘉的BIOS在对CNQ做优化的同时，是否忽略了不开节能时的性能？或者说，在BIOS上是否还有对性能的优化空间？带着这个问题，我把测试平台转移至华硕的M4A89TD PRO上，同样分别测试打开和关闭CNQ时的CineBench R10成绩，发现差距非常小。所以这个疑问，恐怕只能让技嘉自己用实际行动来证明。

3. 再来看3D方面的测试结果，除了3DMark06受CPU影响较大而有所提升之外，其它成绩均是开启节能比不开节能稍微有所降低。但是这个差别从宏观上来看，都非常小，因为游戏对CPU的性能其实并不是特别敏感。而从细节上看，在一些游戏，例如在失落的星球2的benchmark中，开了节能就出现偶尔的跳帧现象。这个跳帧持续的时间非常短，甚至连自带的测试结果曲线和Fraps都没法录到，但是最低FPS是有到10以下，这个情况在关闭节能的时候不会发生。因此，转回我们的论点二，这个测试结果说明论点二还是有存在的可能的。

4. 下面我们来对比一下Intel平台的EIST节能技术对性能的影响，测试项目完全和上边相同，注意两个平台的测试数据不具有可比性，这里有可比性的是开启和关闭节能对性能影响的误差。



从测试结果来看，Intel的EIST在测试持续时间极短的Everest Memory Read项目中被抓到把柄，打开节能后，内存的读取速度慢了5%左右，我可以肯定这也不是误差造成的。而是EIST同样会造成一定的延迟。但是在其它项目，尤其是游戏中，Intel的EIST表现良好，误差都在1%以内。

究其原因，我觉得是EIST并不像CNQ那样，会把每个核心的倍频独立控制，而是有一个核心有负载的时候，就会把所有核心的倍频提高了。所以这样对性能影响就小一些。尤其是可以避免游戏的跳帧。

好了，最后留下几个问题给大家讨论：

1. CNQ的核心独立倍频控制，算是CNQ技术发展到3.0后的一个亮点，或许可以在有一部分负载的时候让节能依然发挥一定的作用。然而鱼和熊掌不可兼得，对于这个，大家如何取舍？

2. K10stat可以对CNQ进行一定的优化，比如可以自定义P3状态下的电压，可以实现比CNQ更加节能。但是K10stat是一个软件层的控制，所以会占用一定的系统资源，效率也没有优化后的CNQ高，对性能的影响更大，大家怎么看？

3. 大家说的开启CNQ后超频不稳定的问题，我没有遇到过，不知道大家所指的不稳定是什么？按道理，1.1v左右的电压，哪怕是跑300x4也是应该没有压力的。会不会是中间状态切换（P1或者P2）的时候电压不稳定所致？

一直都是开着的

啊哈哈,今天LIANO APU偷跑测试,结果,这CNQ,貌似搞事了.....

CNQ比较好  但是调整到50%最好

给力不解释

我只认为开了C&Q后超频的话对主板和BIOS的要求会更高，所以开了会不会影响超频，我觉得没有绝对！

一直都是开着的，好像主板BIOS默认也是开着的吧

拜读了 真着手尝试

学习了，期待功耗的研究报告！
快乐源泉 发表于 2011-4-8 23:47

下文：
http://bbs.pceva.com.cn/thread-9401-1-1.html

学习了，期待功耗的研究报告！

认真拜读达达们的技术贴{:4_150:}

我用捷波的板
超频状况下 CNQ就失效
哈哈
没办法纠结啊

这个。。。。不用XP好久了

以前用XP基本关闭CNQ的，用win7以后感觉开启CNQ+电源选项平衡的设置对性能没有什么影响

Win7下CNQ的性能损失比XP明显要小不少

Win7下频率提升对程序运行的敏感度要明显高出一筹 ...
RaulMee 发表于 2010-10-9 12:36

希望能给些XP和WIN7同平台的数据

Win7下CNQ的性能损失比XP明显要小不少

Win7下频率提升对程序运行的敏感度要明显高出一筹

royalk 技术帖一直很认真拜读
回帖都看的很细心:$

看来要等下集才有解吧.期待......
010woq 发表于 2010-10-8 19:11

下集是测功耗的啦
这边还是让大家来一起测试吧
毕竟一张主板一个系统也不能说明问题。。
期待其他人一起参与吧

看来要等下集才有解吧.期待......

回复  royalk


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现在看来差距甚小啊.r版说下为何是os的关系呢? ...
010woq 发表于 2010-10-8 18:52

看来也是read的时候会慢点，然后read同时或者过后频率会上来
我觉得CNQ这个技术优化主要在BIOS层实现
而你和我同样是使用技嘉的板子测试，应该可以排除主板厂商对CNQ优化的差异性
之前也有听人说XP下CNQ性能损失较大
而我用的是WIN7系统，你用的是XP，我觉得这个原因最有可能

回复 49# royalk


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现在看来差距甚小啊.r版说下为何是os的关系呢?