Test : les cartes mères X299 sont-elles vraiment désastreuses ?

Qu’est-ce-qu’on n’a pas lu ou entendu depuis quelques semaines sur les sites hardware et les chaines YouTube ! « Désastre VRM », « TIM-gate » (Thermal Inferface Material, la pâte thermique interne), Intel se fabrique son propre bûcher, etc.…

On a vu une surenchère de titres alarmistes donnant l’impression d’un naufrage de la nouvelle plateforme Intel, alors qu’à l’origine du problème, on a avant tout un CPU qui consomme et chauffe énormément, ce qui a de multiples conséquences.

Mais avant de plonger dans les détails, essayons de résumer les points clés de cette polémique qui fait rage, pour servir de points de départ à notre investigation.

  • Les Skylake-X aux fréquences fixées par Intel sont déjà très difficiles à refroidir en raison d’une consommation extrêmement importante dans certains cas de figure, et d’une pâte thermique qui n’évacue pas la chaleur assez vite et agit comme un goulot d’étranglement thermique.
  • Il est presque impossible pour le commun des mortels d’overclocker ce processeur et beaucoup de cartes mères ne fonctionnent pas correctement ou sont mal conçues (absence de refroidissement des VRM, sous-dimensionnement des dissipateurs).

Système de test et méthodes de mesure

Pour voir ce qu’il en est vraiment, nous nous sommes procurés une carte mère de milieu de gamme avec socket 2066 que nous avons placée sur une table de benchmark orientée à la verticale, comme dans la plupart des configs. Nous l’avons équipée d’un Core i9-7900X.

Nous allons étudier les mesures des différents capteurs et nous les compléterons par notre caméra infrarouge capable de mesurer sans contact la température du PCB au niveau du socket CPU et des convertisseurs de tension.

Grâce à elle, nous pouvons aussi documenter la phase d’échauffement et de chauffe maximale. Nous présenterons les résultats sous la forme d’une vidéo en accéléré. Nous sommes en effet curieux de voir si éventuellement d’autres composants sont concernés par les points chauds présents sur la carte mère.

Pour que les données communiquées par les capteurs soient lues correctement, nous avons flashé le BIOS de la carte mère et installé la dernière version de HWiNFO (Beta 5.53-319).

La carte mère dispose de 5+1 phases d’alimentation CPU contrôlées par un IR35201 d’International Rectifier. Ce contrôleur buck multiphases est compatible avec les normes VR12.5 Rev 1.5 d'Intel, mais aussi, semble-t-il, le VR13. Les phases sont doublées en deux rails de VRM, pour réduire la charge imposée à chacun d'eux et augmenter la surface de dissipation de la chaleur.

Les convertisseurs de tension sont des IR3555 PowIRstage à 60 A. Ces puces intègrent driver, MOSFET en high- et low-side et diode Schottky. Comme la plupart des MOSFET, ils ne possèdent pas de capteur de température. Comment est-il alors possible de mesurer leur température, sans être équipé d’une caméra infrarouge ?

MSI utilise sur cette carte mère une puce Nuvoton NC6795D dont la fonction est de récolter les données envoyées par des capteurs de température placés à différents endroits stratégiques sur la carte mère pour ensuite les transmettre. La température des convertisseurs de tension est obtenue à l’aide d’un thermistor placé juste à côté d’un MOSFET. Pour notre vidéo infrarouge, nous avons donc placé notre point de mesure exactement à cet endroit sur la face arrière du PCB.

Nous mesurerons aussi les températures des bobines et des condensateurs et bien sûr celle du PCB directement sous le CPU.

Baisse de fréquence forcée et arrêt d’urgence

Il est important de noter que les constructeurs de cartes mères utilisent des mécanismes de sécurité pour éviter la surchauffe. Sur notre exemplaire par exemple, dès que le thermistor atteint 105°C, (dans HWiNFO, il est nommé MOS parmi la série de capteurs gérés par la Nuvoton NCT6795D), la fréquence du processeur Skylake-X est abaissée à 1,2 GHz et ce, jusqu’à temps que la température ait baissé à 90°C. Ensuite, la limitation est levée.

C’est une mesure de protection est bienvenue car, même si le matériau dans lequel est fabriqué le PCB est à la norme FR4 et ne s’enflammera pas, la température maximale recommandée en utilisation prolongée se situe entre 95°C et 105°C. Au-delà, il est possible que les couches superposées du PCB se décollent les unes des autres, qu’elles se plient, voire se fissurent. C’est un problème que nous pointons régulièrement dans nos tests de cartes graphiques.

Pour ceux qui utilisent Intel Extreme Tuning Utility (XTU), cette baisse de fréquence est reconnue comme « thermal throttling »  en jaune, sans préciser de quel composant il s'agit vraiment.

La puce IR35201 communique aussi des températures, mais elles sont lues par HWiNFO de manière inappropriée. Les deux valeurs communiquées, VR T1 et VR T2 sont toujours identiques, paraissent bien plus élevées qu’on pourrait s’y attendre et semblent donc inexactes. Ce contrôleur PWM que nous connaissons bien, puisqu’il est aussi présent sur de nombreuses cartes graphiques AMD, communique en fait une température de manière exacte, mais pas celle qu’on pourrait croire : il s’agit en fait de sa propre température !

Comme beaucoup de composants électroniques, ce contrôleur PWM ne peut fonctionner correctement et de manière stable qu’à une certaine plage de températures au-delà de laquelle la gestion de la conversion du courant pourrait souffrir. Il possède donc des valeurs maximales à partir desquels des systèmes de sécurité s’activent. La première limite est fixée à 125°C, au-delà, le CPU est bridé à 1,2GHz et XTU indique Motherboard VR throttling : yes.

Si la température dépasse 135°C, la carte mère s’éteint automatiquement pour éviter que les tensions ne s’emballent et causent des dégâts matériels irréparables.

Le CPU aussi se protège de trop fortes températures. Il intègre plusieurs capteurs de température digitaux (DTS) qui surveillent la température au sein des cœurs et du package. Il s’agit de valeurs théoriques dont la précision augmente avec la température. En dessous de 40°C, ils ne sont pas fiables. A partir de 80°C, on peut dire qu’ils sont précis. On voit aussi que la température des cœurs et celle du package peuvent aussi conduire à une réduction de la fréquence.

La température du package (Tpackage) intègre surtout la chauffe des IVR, c’est à dire des convertisseurs de tension intégrés au CPU, censés fournir la tension désirée aux différentes parties du CPU. Dans le cas d’un overclocking conduisant à une augmentation de la tension, on peut vite atteindre les limites de températures prescrites, sans que les outils de monitoring ne le signalent. La fréquence CPU baisse, mais l’utilisateur ne sait pas pourquoi. Nous reviendrons plus en détails sur les IVR.

Une baisse de fréquence du CPU peut avoir pour cause une température trop haute d’un cœur ou du package CPU, ce qui est le plus probable, mais peut aussi être provoquée par la puce de monitoring de la carte mère en raison de températures des VRM ou du contrôleur PWM trop importantes qui pourraient causer une instabilité de l’alimentation électrique. Contrairement à ce que beaucoup croient, le contrôleur PWM ne peut, par contre, pas livrer directement la température des VRM.

Système de test

Equipement de test
Système
Intel Core i9-7900X
MSI X299 Gaming Pro Carbon AC
4x 4GB G.Skill Ripjaws IV DDR4-2600
Nvidia Quadro P6000
Eizo FlexScan EV3237-BK

1x 1 To Toshiba OCZ RD400 (M.2, système)
2x 960 Go Toshiba OCZ TR150 (stockage)
Be Quiet Dark Power Pro 11, 850W
Windows 10 Pro
RefroidissementAlphacool Eiszeit 2000 Chiller
Alphacool Eisblock XPX
Thermal Grizzly Kryonaut (pour le Cooler Switch)
Mesure de consommation
Mesures sans contact sur le slot PCIe (utilisant un riser)
Mesures sans contact sur un câble d'alimentation externe PCIe
Mesures directes de tension sur l'alimentation
2x Rohde & Schwarz HMO 3054, 500MHz Oscilloscope numérique multi-canal avec fonction de stockage
4x Rohde & Schwarz HZO50 Current Probe (1mA - 30A, 100kHz, DC)
4x Rohde & Schwarz HZ355 (10:1 Probes, 500MHz)
1x Rohde & Schwarz HMC 8012 multimètre numérique avec fonction de stockage
Mesure thermique
Caméra infrarouge 1x Optris PI640 80Hz
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1 commentaire
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  • Berserker11
    Bonjour.
    T'en veux un article qui essai de noyer le poisson ? Il a réussi à coulé l'aquarium la !
    Ca part tellement dans tous les sens sans queue ni tête que ca en est quasi incompréhensible.
    On dirait un élève d’école qui a essayé de faire un exposé en pompant des morceaux d'articles à droite à gauche et en les assemblant tant bien que mal sans trop comprendre de quoi ca parlait.
    Sans parler des coquilles qui prouvent la bonne relecture avant publication :/
    GG ^^
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