Lenovo P53 Temperatur- und Leistungsoptimierung
Lenovo P53 Temperatur- und Leistungsoptimierung

Lenovo P53 Temperatur- und Leistungsoptimierung

Wer maximale Leistung in einer mobilen Workstation benötigt, kommt nicht drumherum sich das Lenovo P53 genauer anzuschauen. Als eines der Leistungsstärksten mobilen Workstations, welche wir selbst nutzen und im Angebot haben, ist es ganz oben auf unserer Favoritenliste. Daher haben wir uns entschieden einige Tipps und Optimierungen zusammenzutragen, um das Maximale aus diesem mobilen Leistungsmonster rauszuholen.

Ausstattung

Das Lenovo P53 kommt bei uns hauptsächlich in zwei Konfigurationen vor: Mit Intel Core i7-9850H und Nvidia RTX 3000 bzw. mit Intel Core i9-9880H und Nvidia RTX 4000. Dazu lässt sich jeder Variante bis zu 128GB DDR4 RAM kredenzen. Es gibt ebenfalls eine Xeon-Variante, welche bis zu 128GB ECC RAM nutzen kann. Genauere Informationen über die verschiedenen Konfigurationen findet man auch bei Lenovo im Datenblatt des P53 [externer Link].

Thermalmanagement

Die oben genannte Konfiguration mit Intel Core i9-9980H und RTX4000 ist ein echtes Leistungsmonster. Daher ist hier die Temperaturentwicklung auch nicht zu unterschätzen. Der Intel Core i9-9980H hat 8 Kerne mit insgesamt 16 Threads. Jeder der Kerne hat einen Basistakt von 2,3 GHz und könnte theoretisch im TurboBoost bis zu 4,8 GHz pro Kern abrufen. Warum theoretisch? Weil das in der Praxis (fast) nicht möglich ist.

Grund hierfür ist die enorme Hitzeentwicklung, welche die CPU schon bei geringer Last zum drosseln der Taktrate zwingt. Außerdem teilen sich CPU und GPU einen Kühlkörper. Dieser ist zwar recht groß dimensioniert und mit zwei Lüftern auch erst einmal nicht schlecht konzipiert – dennoch produziert der i9 in Kombination mit der RTX 4000 dermaßen viel Hitze, dass ein großzügiges Ableiten der Wärme in einem mobilen Gerät sehr schwer bis hin zu unmöglich ist.

Grundsätzlich ist es bei generalüberholten (refurbished) Workstations eine gute Idee zu aller erst die Wärmeleitpaste der CPU und GPU zu erneuern, da diese oftmals alt und eingetrocknet ist. Ergo leidet die Wärmeübertragung dadurch gewaltig. Wir von Uli-Ludwig Computer erneuern die Wärmeleitpaste zwar immer bevor unsere Geräte in den Verkauf gehen – wir können hier jedoch nur für die von uns ausgelieferten Workstations sprechen.

Am eigentlichen Thermaldesign des P53 können wir per se nichts ändern, jedoch Softwareseitig ordentlich optimieren. Und hier wollen wir an dieser Stelle einmal ansetzen.

Begriffsdefinition

  • Overclocking
    Beim Übertakten eines Prozessors lässt sich dessen Leistung durch Veränderung von Multiplikator, Spannung und diversen anderen Werten (weit) über sein Design hinaus „tunen“. Somit könnte eine CPU mit 2 GHz auch mit 3 GHz oder mehr laufen, die richtige Kühlung und Anpassung vorausgesetzt. Glück gehört natürlich ebenfalls dazu, denn selbst zwei baugleiche Prozessoren können sich in den Werten, welche maximal möglich sind, stark von einander unterscheiden.

  • Underclocking
    In unserem Fall geht es uns aber nicht darum einen Prozessor bis an seine Grenzen hin „aufzumotzen“ sondern für eine geringere Wärmeabgabe zu sorgen bei möglichst gleichbleibender Designleistung. Diesen Vorgang nennt man „Underclocking“.

  • Undervolting
    Wer schon einmal von Übertakten oder Overclocking gehört hat, dem ist eventuell auch schon der Begriff Undervolting untergekommen. Zur Klarstellung: Unter Undervolting versteht man die Reduzierung von Spannungswerten innerhalb der CPU. Von Werk an werden die Spannungswerte aller CPU’s immer etwas höher angesetzt als es eigentlich notwendig sein müsste. Der Grund hierfür ist lediglich die Sicherheit, dass jeder Prozessor, welcher vom Band läuft, auch 100% stabil arbeitet (Produktionsfehler mal ausgenommen). Daher gehört unzu unseren Optimierungen mit dazu.

  • BIOS Overclocking / Software Overclocking
    Unter BIOS Overclocking versteht man das verändern der CPU Werte innerhalb des BIOS. Diese Methode hat den großen Vorteil, dass alle gesetzten Änderungen direkt mit Starten des Gerätes wirksam sind. Jedoch bedingen sie ein dafür ausgelegtes BIOS und nur wenige bieten überhaupt solche Funktionen. Außerdem ist es ein großes Problem, falls Einstellungen falsch gesetzt oder instabil laufen. Somit kann ein Gerät unter Umständen nicht mehr starten und nur durch einen BIOS-Reset wieder zum Arbeiten gebracht werden.

    Software Overlocking ist dahingegen deutlich angenehmer, denn hier werden die Veränderungen erst ab Start der Software ausgelöst und somit lassen sich grobe Fehler in der Konfiguration der CPU Werte einfacher beheben. Einige Programme bieten auch einen „Testmodus“, bei welchem die gesetzten Werte nur bis zum Neustart (oder Absturz) des Gerätes gültig sind und anschließend verworfen werden.
    Somit bietet Software Overclocking etwas mehr Spielraum für Fehler als BIOS Overclocking greift dafür aber erst ab Systemstart.

Software und Tools

Wir beginnen mit den notwendigen Programmen, welche zum Verändern von Spannung, Takt etc. notwendig sind:

  • CoreTemp (Überwachung der Temperaturen jedes einzelnen CPU-Kerns) [externer Link]
    CoreTemp ist schon lange ein etabliertes Tool zur Überwachung der Prozessortemperatur und in unserem Fall zwingend notwendig um die Auswirkungen unserer Veränderungen auch prüfen zu können.
  • TPFanControl 0.62 (individuellen Steuerung des CPU-Lüfters im P53) [externer Link]
    TPFanControl ist ein kleines Programm aus der Lenovo Community zur manuellen Steuerung des CPU-Lüfters im P53 und anderen ThinkPads.
    Laut diversen Quellen gibt es wohl im BIOS des P53 ein Problem mit der Lüftersteuerung, wodurch die Zeit bis der Lüfter auf eine höhere Temperatur reagiert viel zu langsam ist. Mit TPFC lässt sich nicht nur dieses Problem sehr elegant lösen, sondern ermöglicht auch eigene Lüftergeschwindikeiten an bestimmte Temperaturwerte zu binden und somit eine bessere Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Außerdem lässt sich so im Umkehrschluss das P53, bis zu einem bestimmten Temperaturwert, „lautlos“ betreiben.
  • TPFanControl 0.71 (individuellen Steuerung BEIDER Lüfter im P53) [externer Link]
    Da die Entwicklung von TPFC seit einiger Zeit eingestellt wurde, haben sich diesem Programm einige smarte Menschen angenommen – darunter der GitHub User „stenri„. Die neuste Version TPFanControl 0.71 ermöglicht zudem die simultane Steuerung des CPU und GPU Lüfters. Wichtig: die neuste Version TPFanControl 0.62 aus dem Thinkpad Forum muss installiert sein, bevor TPFC 0.71 genutzt werden kann. Eine genaue Anleitung findet sich auf der GitHub Seite und im Abschnitt „TPFanControl installieren und einrichten“ weiter unten auf dieser Seite.
  • ThrottleStop (Tool zum Anpassen der CPU Werte) [externer Link]
    ThrottleStop ist ein kostenloses Programm zur Übertaktung von Prozessoren. Es lassen sich auch diverse andere Einstellungen verändern – unter anderem lässt sich der TurboBoost recht bequem anpassen und somit ist dies das Tool unserer Wahl.
  • Prime95 (Benchmark-Tool zum auslasten der CPU) [externer Link]
    Ein schmales Programm zum Auslasten der CPU. Somit kann getestet werden, ob die CPU mit den gewählten Einstellungen sowohl stabil als auch kühler arbeitet.
  • FurMark (Benchmark-Tool zum auslasten der GPU) [externer Link]
    FurMark ist ein Programm zum Auslasten der GPU. Da sich CPU und GPU im P53 die selbe Heatpipe (Kupferverbindung zwischen Recheneinheit und Lüfter) teilen, ist eine Wärmeabführung etwas tückischer als bei Geräten mit separaten Heatpipes. Um also sichergehen zu können, dass bei einer 100% Auslastung von sowohl CPU als auch GPU das Gerät stabil und kühler läuft, ist es zwingend notwendig beide unter Volllast zu bringen und die Werte im Auge zu behalten.
  • Der Windows eigene Taskmanager zur Veranschaulichung der Prozessor- und Grafikauslastung


Achtung: Lesen Sie die folgenden Abschnitte vollständig! Diese Veränderungen sind nichts für Einsteiger und Gelegenheitsanwender. Durch falsche Einstellungen kann im schlimmsten Fall sogar der Prozessor zerstört werden! Daher übernehmen wir keinerlei Haftung und alle Punkte sind nur auf eigene Gefahr hin auszuführen!


Vorbereitung

Zu Beginn sollten alle oben genannten Tools installiert sein. Einige Programme wie TPFanControl und ThrottleStop müssen beim Starten von Windows auf dem P53 mit gestartet werden. Da beide Programme von Haus aus keinen richtigen Autostart integriert haben, gibt es von uns am Ende des Artikels eine Anleitung, wie genau sich das realisieren lässt. Der Autostart von CoreTemp ist zwar nicht notwendig, dennoch empfehlenswert – CoreTemp kann über einen Menüpunkt in den Einstellungen direkt mit Windows starten. Prime95 als auch Furmark werden nur bei Bedarf benötigt bzw. könnten auch anschließend wieder deinstalliert werden.

Durchführung

  • Initialer Benchmark
    Wir beginnen wir mit einem Initialen Benchmark um später die Werte vergleichen zu können.
    Wer dies nicht machen möchte, kann auch direkt zu dem Punkt „ThrottleStop Übersicht“ springen.

    Zuerst öffnen wir den Taskmanager mit der Leistungsübersicht. Im Taskmanager stellen wir die Ansicht auf alle Kerne mit „Rechtsklick -> Graph ändern in -> logische Prozessoren“ um.


    Anschließend öffnen wir Prime95 und bestätigen die Abfrage mit „Just Stress Testing“. Im nächsten Fenster wählen wir 8 Kerne, Hyperthreading sowie den „Blend“-Test und starten den Stresstest mit „OK“.
    Jetzt sollten wir im Taskmanager einen massiven Anstieg der Auslastung bemerken können. Wichtig ist jetzt auf die Temperaturen in CoreTemp zu achten, denn diese werden ebenfalls nach kurzer Zeit durch die Decke gehen.




    In unserem Test erreichte das P53 ohne Anpassungen eine maximale Temperatur bei 8 Kernen unter Last von 97°C. (leider auf dem obigen Bild nicht ersichtlich)
    Setzt man weniger Kerne unter Last, erreichen diese teilweise sogar 100°C, was natürlich deutlich zu viel ist.


    Die Temperaturen fallen jedoch recht schnell wieder unter die 100°C Marke, da das System ein sogenanntes Thermal Throtteling vornimmt – eine Drosselung der Taktrate um die Temperatur zu senken. Dies können wir prima im Taskmanager nachverfolgen. Zu finden unter den Kernen bei dem Punkt „Geschwindigkeit“.



    Zwar ist die Taktrate mit 2,94GHz noch immer über dem Basistakt von 2,30 GHz, dennoch ist der Leistungsvorteil bei dieser extremen Temperaturentwicklung nicht ideal. Von der Langlebigkeit des Prozessors und den umliegenden Komponenten mal ganz zu schweigen. Und wir müssen auch bedenken, dass die GPU, welche zusätzlich auch massiv Hitze erzeugen würde, hier überhaupt nicht unter Last steht.


  • ThrottleStop Übersicht
    Nun geht es ans Eingemachte – wir öffnen ThrottleStop und dieses begrüßt uns mit der Übersicht.
    (Hinweis: Die folgenden Einstellungen sind von uns mit unterschiedlichen P53 getestet und als stabil eingestuft worden. Dennoch ist jedes Gerät anders und daher sollte angemerkt werden, dass es dennoch hin und wieder vorkommen kann, dass einige Werte angepasst werden müssen um 100% Stabilität gewährleisten zu können)
    Wichtig: Damit die Einstellungen von ThrottleStop überhaupt angewendet werden, muss im Übersichtsfenster der Button „Turn On“ angeklickt werden. Im eingeschalteten Zustand steht dort dann „Turn Off“.

    Wir entfernen als erstes den Haken bei BD PROCHHOT. Bidirectional Processor Hot lässt bei Aktivierung zu, dass auch Sensorwerte anderer Komponenten außer den CPU-Eigenen eine Drosselung der Taktrate herbeiführen können. Aus unserer Sicht unnötig, da der Prozessor selbst über genug Sicherheitsmechanismen verfügt um sich vor kritischer Überhitzung zu schützen. Wer auf Nummer Sicher gehen möchte, lässt diesen Haken aktiviert.

    Als nächstes setzen wir einen Haken bei Speed Shift EPP. Speed Shift EPP drosselt je nach Leistungsbedarf die Taktrate des Prozessors. Wie stark hängt von dem Wert ab, welcher rechts in das Feld eingegeben wird. Die folgenden Werte (und Werte dazwischen) sind möglich, wobei wir mit 0 oder 80 sehr zufrieden gewesen sind:

    0 für dauerhaft maximale Geschwindigkeit
    80 für ein Runtertakten im Leerlauf und maximale Geschwindigkeit unter leichter Last
    128 für ein ausgeglichenes Runtertakten
    255 für maximale Energieeinsparung – z.B. wenn nur im Web gesurft wird etc.

    SpeedStep und C1E sind Energiesparoptionen unter anderem für den Leerlauf, welche bei einem mobilen Gerät deutlich die Akkulaufzeit beeinflussen und sollten dahingehend aktiviert werden.
    Zu guter Letzt aktivieren wir noch Task Bar was schlicht dafür sorgt, dass ThrottleStop in der Task Bar verbleibt und nicht beendet wird.



  • ThrottleStop FIVR
    Nun klicken wir auf FIVR, was ausgeschrieben für Fully Integrated Voltage Regulator steht. Dort sind alle Einstellungsmöglichkeiten für genau das versteckt sind: die Anpassung der Spannungen etc.


    Effektiv interessieren wir uns hier für 4 Punkte:
    Turbo Ratio Limits – Anpassen der TurboBoost Taktraten
    CPU Core – Veränderung der CPU Spannung
    CPU Cache – Veränderung der CPU Cache Spannung
    Intel GPU – Veränderung der Intel GPU Spannung

    Die Turbo Ratio Limits bestimmen die maximale Erhöhung der Taktrate im TurboBoost. Da wir ja bereits festgestellt haben, dass die maximalen Taktraten so oder so nicht erreicht werden können bzw. durch die extremen Temperaturen gedrosselt werden, können wir hier alle Werte ordentlich senken. Dies lässt sich über die Pfeile rechts realisieren. Unsere Einstellungen sehen wie folgt aus:



    1 Core - 43
    2 Core - 41
    3 Core - 40
    4 Core - 39
    5 Core - 38
    6 Core - 37
    7 Core - 36
    8 Core - 35


    Falls diese Einstellungen zu niedrig sind kann auch etwas nach oben gehen, jedoch werden diese Werte, wie erwähnt nur selten auch ausgenutzt. Am besten lässt sich das prüfen, indem ein Benchmark gestartet wird und im Taskmanager die Geschwindigkeit beobachtet wird. Bleibt diese stabil (Temperaturen parallel über CoreTemp im Auge behalten), sollten die Werte in Ordnung sein.

    Die Anpassung der Spannungen ist bei allen Punkten gleich. Als Beispiel nehmen wir die CPU Kern Spannung, „CPU Core“.



    Entscheiden für unser Undervolting ist der Abschnitt „Offset Voltage“, wodurch die Spannung dynamisch um einen festen Wert reduziert wird.
    Dazu muss ebenfalls der Haken bei „Unlock Adjustable Voltage“ gesetzt, sowie Adaptive ausgewählt sein.
    Nun schieben wir den Regler nach links auf -100mV wodurch die Spannung der CPU um 100mV reduziert wird. Leider lässt ThrottleStop es nicht zu, exakt -100mV auswählen zu können, also müssen wir mit -100,6mV leben.

    Das gleiche machen wir für „CPU Cache“, ebenfalls mit -100,6mV.



    Lediglich bei „Intel GPU“ setzen wir den Wert auf -30mV, was in -30,3mV resultiert.

    Abschließend wählen wir unter „Save Voltage Changes“ den Punkt „OK – Save voltages immediately“ aus, damit die Werte auch direkt übernommen werden. Wer sich unsicher ist, ob die Werte auch stabil laufen, zum Beispiel wenn diese nachträglich noch angepasst werden, wären die anderen Optionen eine bessere Wahl. Durch „OK – Do not save voltages“ werden alle Werte verworfen, sobald ThrottleStop beendet wird, bei „OK – Save voltages after ThrottleStop exits“ werden die Werte nur dauerhaft übernommen, falls das Programm geschlossen wird.


TPFanControl installieren und einrichten

An sich ist die Installation von TPFanControl nicht sonderlich umständlich, vorausgesetzt, es handelt sich um die Version 0.62 oder eine ältere von ThinkWiki. Hier gibt es ein Installationsprogramm, was alle erforderlichen Schritte erledigt. Für Version 0.71 von GitHub User „stenri“, sieht das etwas anders aus. Dieses Paket enthält nur die ausführbare Datei „TPFanControl.exe“ und die Konfigurationsdatei „TPFanControl.ini„. Daher ist es am einfachsten, zuallererst die Version 0.62 zu installieren und im Anschluss beide oben genannte Dateien im Ordner der Version 0.62 durch die der Version 0.71 zu ersetzen. Außerdem ist es ratsam, den Lenovo Thermal Dienst „Lenovo Intelligent Thermal Solution“ zu deaktivieren, da es in Kombination mit TPFanControl ab und an zu Problemen kommen kann. Dazu öffnen wir das Startmenü und suchen nach „Dienste“. Im geöffneten „Dienste“-Fenster finden sich dieser Dienst. Wir öffnen die Eigenschaften dieses Dienstes mit einem Doppelklick und ändern den „Starttyp“ zu „Deaktiviert„.

Die Installation sollte grundsätzlich TPFC automatisch mit Windows ausführen. Sollte dies nicht funktionieren (wie es leider bei uns auch häufiger der Fall war), haben wir weiter unten erklärt, wie man TPFC und auch ThrottleStop über einen alternativen Weg bei Systemstart startet.

Nun geht es an die Konfiguration – und diese ist sehr simpel: TPFC besitzt 3 (eigentlich sogar 4) verschiedene Modi:
BIOS – Wie von Werk: Das BIOS übernimmt die Kontrolle über die Lüfter
Smart – Lüftergeschwindigkeiten werden in der Konfigurationsdatei an Temperaturwerte geknüpft
Manual – Direkte Auswahl einer bestimmten Geschwindigkeitsstufe, wobei 0 für aus und 7 für maximale Geschwindigkeit steht

Der 4. Modi ist ein zweiter Smart Modus, welcher sich nur über die Taskleiste aktivieren lässt.

Grundsätzlich wäre das genug, damit die Lüftergeschwindigkeiten gescheit angepasst werden. Wir haben allerdings unsere eigenen Werte in der Konfigurationsdatei „TPFanControl.ini“ verewigt. Diese sehen wie folgt aus, wobei Level hier für die Temperatur steht und der Wert dahinter für die Geschwindigkeitsstufe der Lüfter:

Level=25 0
Level=35 1
Level=45 2
Level=50 3
Level=55 4
Level=60 5
Level=65 6
Level=70 7
Level=90 128

Unser Fokus liegt bei diesen Werten auf Langlebigkeit und möglichst niedrigen Temperaturen – auch im Leerlauf. Daher ist dies möglicherweise nichts für Benutzer mit empfindlichen Ohren, da der Lüfter hier schon ab 35°C anspringt. Zwar noch sehr leise, dennoch eventuell schon störend. Alternativ können auch ruhigere Werte genutzt werden wie folgende:

Level=60 0
Level=72 3
Level=75 5
Level=80 7
Level=90 64

TPFanControl bietet noch deutlich mehr Optionen über die Konfigurationsdatei, auf die wir allerdings hier nicht eingehen werden. Wer daran interessiert ist, sollte sich auf der ThinkWiki Seite die genaue Anleitung durchlesen.

Autostart von ThrottleStop und TPFanControl

Um ThrottleStop mit Windows zu starten, nutzen wir den Windows Aufgabenplaner. Dies funktioniert in gleicher Art und Weise für TPFanControl. Dazu öffnen wir das Startmenü und suchen nach „Aufgabenplanung“. Hier wählen wir auf der rechten Seite „Aufgabe erstellen“ aus.

Im darauffolgenden Fenster vergeben wir einen Namen, wählen „Nur ausführen, wenn der Benutzer angemeldet ist“ aus und setzen einen Haken bei „Mit höchsten Privilegien ausführen„.

Unter dem Reiter „Trigger“ wählen wir „Bei Anmeldung“ aus. Somit startet diese Aufgabe immer bei einer Benutzeranmeldung.

Im darauf folgenden Reiter wählen wir als Aktion „Programm starten“ aus und geben den Pfad zur ausführbaren Datei von ThrottleStop an.

Wichtig ist auch darauf zu achten, dass unter „Bedingungen“ nirgends ein Haken gesetzt wurde.

Zu guter Letzt haben wir den Reiter „Einstellungen„. Hier setzen wir den Haken bei „Ausführung bei Bedarf zulassen“ und erstellen den Task mit einem Klick auf „OK„.

Das war es – ab jetzt sollte ThrottleStop bei jeder Benutzeranmeldung mit starten. Das selbe Prozedere gilt auch für TPFanControl. Hier muss lediglich als ausführbaren Datei die von TPFC gewählt werden – die Einstellungen sind die gleichen.

Abschluss

Gegen Ende möchten wir noch einmal darauf hinweisen, dass die wenigsten mobilen Workstations dauerhaft unter Volllast laufen werden. Dennoch ist es nützlich, aus einer Kombination von FurMark und Prime95 einen abschließenden Stresstest zu starten und diesen für mindestens 30 Minuten laufen zu lassen. Sind alle Temperaturwerte danach noch immer unter bzw. bei ~90°C, ist dies ein ordentlicher Fortschritt.

Doch soweit zur Temperatur- und Leistungsoptimierung des P53. Für allgemeinere Tipps zur besseren Lauffähigkeit einer Workstation, der sollte sich den Artikel „Die maximale Leistung einer Workstation ausschöpfen“ einmal genauer anschauen.

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