Thermal throttling - jak nienawidzić coś, o czym się nie wie?

W ciągu ostatnich kilku lat technologia ARM, będąca sercem większości dzisiejszych mobilnych gadżetów, niewątpliwie poszła mocno do przodu. Dziś nie dziwi już nikogo cztero- czy nawet ośmiordzeniowy procesor w telefonie taktujący zegarem oscylującym około 2 GHz. A siedem lat temu było to marzenie niejednego posiadacza komputera stacjonarnego z całkiem przecież przyzwoitym chłodzeniem.

Pomijając różnice technologiczne w procesorach x86 (stosowanych głównie w komputerach stacjonarnych i laptopach) z ARM (urządzenia mobilne), jedna kwestia pozostaje nierozłączna i bezsporna: problem z temperaturą.

I w tym oto miejscu wkracza magiczny tytułowy thermal throttling. Thermal throttling to zabezpieczenie procesora (w przypadku architektury ARM System–on–Chip także grafiki) polegające na obniżeniu nominalnego taktowania, mające zapobiec przegrzaniu się samego procesora lub innych komponentów (np. baterii) w wyniku którego mogłyby one ulec uszkodzeniu.

Zaczyna brzmieć znajomo? Tak, to właśnie przez thermal throttling w grach AAA wykorzystujących maksimum potencjału twojego urządzenia gra z płynnej i przyjemnej przy dłuższej rozgrywce zaczyna się przycinać i irytować. Wspaniale ilustruje ten problem poniższe wideo z Nexusem 5, ukazujące najnowszą część serii, której nie muszę chyba przedstawiać żadnemu czytelnikowi. Ci, którzy cenią sobie czas, niech zerkną na rozgrywkę w 3:23 i porównają z tą w 6:43.

Problem ten zaczął się pojawiać wraz z wejściem na rynek urządzeń wyposażonych w wielordzeniowe układy ARM, czyli całkiem niedawno, bo od roku 2011. Od tego czasu proces technologiczny produkcji mikroprocesorów spadł jedynie z 45 nm do 28 nm, taktowanie zaś wzrosło dwukrotnie, a liczba rdzeni z 2 podskoczyła do 4 czy nawet 8 pracujących jednocześnie. Podejrzane? Słusznie.

Dziś, w 2014 roku, praktycznie każdy użytkownik ma chociażby najmniejsze pojęcie o tym, co to takiego jest ten rdzeń, bądź o (niepodważalnym) fakcie, że im więcej gigaherców, tym lepiej. Marketingowcy doskonale zdają sobie z tego sprawę i stają na głowie, aby wykorzystać to na swoją korzyść. Stąd też fakt pojawiania się coraz bardziej absurdalnych specyfikacji ARM SoC - przy relatywnie niewielkim postępie w procesie technologicznym w ciągu ostatnich 3 lat - które to biją kolejne rekordy benchmarków. Kluczową sprawą dla samych producentów oczywiście pozostaje wygoda i bezpieczeństwo urządzenia. Prowadzi to do liniowego spadku mocy, aż do osiągnięcia przez baterię temperatury około 40-50°C (zaczynającej być odczuwalną w rękach użytkownika i skracającą żywotność ogniwa), przy której to ujawniają się możliwości pracy urządzenia przy dłuższym stresie.

Jak widać na powyższym video, spadek wydajności CPU w przypadku najnowszego flagowca Samsung'a - Galaxy S5 - wynosi aż 58%! Co gorsza, tendencja do coraz wyższych różnic między taktowaniem nominalnym a wystawionych na dłuższy stres układów urządzeń cały czas rośnie. Dla porównania w przypadku zeszłorocznej Xperii Z wynosił on 39%, a Nexusa 4 "zaledwie" 25%.

Myślę, że w czasach, w których coraz poważniej zaczyna brać się urządzenia oparte na Androidzie za alternatywną platformę do gier, w czasach, w których jest już sporo konsol opartych na systemie Google'a, coraz wyższy thermal throttling może wyrządzić wiele złego: zniechęcić profesjonalne studia deweloperskie do wydawania na mobilne platformy poważnych tytułów wyciskających z nich ostatnie soki. Jedynym ratunkiem może okazać się opamiętanie producentów układów SoC ARM lub wdrożenie pasywnego systemu chłodzenia cieczą, którym pochwalił się ostatnio japoński producent NEC, bądź rewolucyjnego systemu aktywnego chłodzenia DCJ autorstwa General Electric, które dzięki partnerstwu z Aavid Thermalloy może w najbliższym czasie wprowadzić swoje rozwiązania na rynek konsumencki.

A w jakim stopniu twoje urządzenie jest spowalniane przez thermal throttling? Aby to sprawdzić, wystarczy pobrać darmową aplikację StabilityTest autorstwa intostudios z Google Play, w niej uruchomić Classic Stability Test i porównać początkową liczbę mhz w lewym górnym rogu testera z wartością po kilkunastu minutach stresu. Co ambitniejsi czytelnicy mogą jeszcze podać wartość procentową dzięki prostemu równaniu:

100% - ([końcowa_liczba_mhz * 100%] / początkowa_liczba_mhz) = wartość_%_spadku