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[測試] Intel Core i7-13700K 空冷 & 降壓超頻

前言

先談談撰寫這篇測試文的契機,入手 i7-13700K 後約有 5 個月左右的時間,這段時間內有一陣沒一陣的爬文,希望能跟資優生借筆記本抄答案向各路大神學習交流,但不知道 i7-13700K 是不是真的太冷門,跟 13900K/13600K 相較之下,討論熱度真的差滿多的,實在是找不到滿意參數,才終於認命自己動手。

因為已經太久沒玩 Intel CPU 超頻,很多東西都很陌生,上一顆使用的 Intel CPU 是鎖倍頻的 Xeon E3-1231v3,拉外頻也沒戲 (103 Mhz 就開不了機),上一顆成功超頻的 Intel CPU 已經是 775 時代的 Core 2 Duo E5300 了,間隔了十幾年有,需要注意的眉角也是天差地別,儘管中間跳槽玩 AMD Ryzen 5 3600X -> 3600 -> 5600X 時技能樹稍微有點成長,但也沒有起到多大的作用,真的是在一次又一次的 BSOD 重開機時間中懷疑人生。

如同開箱篇所說的,目前沒有玩水冷,所以第一部分會是以空冷壓制並且不會撞溫度牆的條件下測試最大效能;第二部分是對 CPU 進行降壓,試著找出在不會明顯讓效能大打折扣的前提下大幅減少功耗,讓日常使用更加安定。

平台配置

除了 CPU 以外,與開箱篇僅有 2 處不同:

  1. RAM 的部分因為 4 條插滿只能超到 3400Mhz,拔掉 2 條後超上 3600Mhz-CL17
  2. 主機板 BIOS 更新至 ver 2204

完整配置如下:

  • CPU: Intel Core i7-13700k
    • P-Core: 5.3 Ghz @ 1.41V (OC 5.4 Ghz @ 1.36V)
    • E-Core: 4.2 Ghz @ 1.40V (OC 4.4 Ghz @ 1.36V)
    • Bus/Cache Freq: 100 Mhz / 4800 Mhz (OC 100 Mhz / 4500 Mhz)
  • CPU Cooler: Thermalright Peerless Assassin 120 White ARGB
  • CPU Thermal Paste: Thermalright TF8
  • RAM: Micron Crucial Ballistix DDR4-3200 32GB Kit (16GBx2 dual channel)
    • OC 3600Mhz, CL17-19-19-36 1T - RFC: 630, Gear Mode 1
  • Motherboard: ASUS ROG STRIX Z690-A GAMING WIFI D4 (BIOS Ver: 2204)
  • GPU: MSI Geforce RTX 3090 SUPRIM X 24G
  • Case: Montech Air 1000 Premium White
    • Front Panel: Montech 140mm ARGB *3 (stock/pre-installed)
    • Back Panel: Montech 120mm ARGB *1 (stock/pre-installed)
  • OS: Windows 11 22H2 (build 10.0.22621, 64 bit)

空冷超頻

測試環境室溫約攝氏 25 度,剛入手 i7-13700K 時已試過全預設跑 Cinebench R23,利民 PA120 完全壓不住原廠的 PL2 253W,不到 5 秒內就撞上溫度牆;這次看到觸發過熱保護就直接中斷並下修 PL2,藉此先找出空冷的極限在哪;調整數次後,在 225W 左右的功耗下跑完 Cinebench R23 20 分鐘壓力測試,同時未觸發過熱保護。PL2 固定在 225W 後嘗試拉高核心頻率,結果也是沒有什麼成長,幾乎跟原廠設定沒差。微幅調降 Processor Cache Freq 到 4.5 Ghz 後,P-Core 只多 0.1 Ghz,E-Core 多 0.2 Ghz,滿載功耗落在 220W 上下。

Cinebench R23

Cinebench R23 多核成績得到 32027 pts,P-Core 最大溫度攝氏 92度,最大功耗測得 219W。

Cinebench R20

Cinebench R20 多核成績得到 12228 pts,P-Core 最大溫度攝氏 93 度,最大功耗測得 221W。

降壓超頻

近年 CPU 與顯示卡的發展趨勢皆為出廠即灰燼,新產品除了效能提升,功耗與溫度也大幅增長。硬體玩過後終究是要回到日常用途,雖然滿載的情況並不常發生,原廠規格的正常工作溫度範圍也很廣,但如果能在不影響體感的情況下,溫度/功耗本來就是越低越好,所以降壓的玩法也漸漸的流行起來。

Intel 13 代 CPU 上市五個月了,也不知道是真的銷售遠不如預期,還是只有 i7-13700K 的客群較小,一直找不到滿意的降壓超頻配置可以偷懶照抄,只好動動手花點時間自己找。

步驟一: 關閉 Undervolt Protection

BIOS 中預設會啟用 Undervolt Protection,這項設定會導致無法將核心電壓設成比原廠還要低,在啟用的情況下只能透過 PL2 控制總功耗,因此要先進 BIOS 關閉它。

Intel XTU 軟體內也有 Undervolt Protection 的選項,但是在軟體內是沒辦法切換的,一定要進 BIOS 關閉。

步驟二: 測試 CPU 在不同 Power Limit 下的效能表現

這一步若透過在 BIOS 中進行調整後要反覆重開機會變得很繁瑣與耗時,建議使用 Intel 原廠的超頻軟體 - XTU (Intel Extreme Tuning Utility) 進行調整。

在全原廠設定下,只調整 PL2 (Turbo Boost Short Power Max) 去測試不同功耗下的表現。

  • 理論上將 Turbo Boost Short Power Max Enable 設為 Disable 時應該就只要調整 PL1 (XTU 的 Turbo Boost Short Power Max 選項會被停用),但不知為何當我這樣設置時,CPU Package Power 還是衝上原廠 PL2 值 (253W)。
  • 當 PL2 (Turbo Boost Short Power Max) 小於 PL1 (Turbo Boost Power Max) 時,XTU 會自動修正 PL1 = PL2。
  • 基於以上原因,調整時只動 PL2,實際上是 PL1 與 PL2 一起連動。

將前面的 CPU 相關設定還原成預設值後,從 220W 開始進行測試,每次降 20W 跑 Cinebench R23。

因為預設功耗吃滿 253W 會因為過熱降頻導致成績較差,這邊以空冷測試能壓住的 220W 功耗為基準進行比較。在 100W ~ 140W 區間下的節省功耗/效能損失比例較佳,再以 5~10W 的差距進行測試,測得最佳比例為 120W。

PL R23 得分 溫度 每瓦效能 效能損失 (%) 節省功耗 (%) 節省功耗/效能損失比例
(越高越好)
253 30679 100 121.2608696 3.53% -15.00% -4.2551
220 31800 95 144.5454545 0.00% 0.00% -
200 29409 91 147.045 7.52% 9.09% 1.2091
180 28514 84 158.4111111 10.33% 18.18% 1.7595
160 27684 78 173.025 12.94% 27.27% 2.1071
140 26612 75 190.0857143 16.31% 36.36% 2.2289
130 26150 70 201.1538462 17.77% 40.91% 2.3025
125 25698 69 205.584 19.19% 43.18% 2.2504
120 25534 68 212.7833333 19.70% 45.45% 2.3068
115 24808 68 215.7217391 21.99% 47.73% 2.1707
110 24506 66 222.7818182 22.94% 50.00% 2.1799
100 23647 65 236.47 25.64% 54.55% 2.1275
80 21591 59 269.8875 32.10% 63.64% 1.9822
60 18542 57 309.0333333 41.69% 72.73% 1.7444
40 13929 53 348.225 56.20% 81.82% 1.4559

PL 253W 為開箱時簡單測試,記憶體僅為 DDR4-3200-C16 16G*4,也未在乾淨的系統下進行測試,因此 R23 跑分看起來低了不少。

步驟三 - 調整其他參數,以對應最佳比例的功耗區間

130W 的比例與 120W 只差 0.0043,在 120W ~ 130W 的區間下,觀測到核心自動調整 P-Core ratio 與 E-Core ratio 的值分別是 46x / 36x,核心電壓約在 1.1V 左右,接下來修改 XTU 的設定:

  • Turbo Boost Short Power Max: 130
  • Turbo Boost Power Max: 130
  • Core Voltage: 1.100
  • Core Voltage Mode: Static
  • Active Performance Cores Ratio (1-8): 46x/46x/46x/46x/46x/46x/46x/46x
  • Active Efficient Cores Ratio (1-8): 36x/36x/36x/36x/36x/36x/36x/36x
  • Performance Core Ratio (0-7): 46x
  • Performance Core Voltage Override (0-7): 1.100 V
  • Performance Core Voltage Mode (0-7): Static
  • Efficient Core Ratio (0-7): 36x
  • Efficient Core Voltage Override (0-7): 1.100 V
  • Efficient Core Voltage Mode (0-7): Static

測試後確定功耗也是落在 120W ~ 130W 的區間,並能夠跑完 Cinebench R23,就可以進行下一步。

步驟四 - 微調倍頻

最後嘗試一點一點的增加 P-Core ratio 與 E-Core ratio,直到當機或是軟體 crash。

另外,CPU Cache 的頻率對於效能沒有明顯的影響,但是會分走一些電,適度的降低頻率可以增加系統穩定性,甚至多偷一點 P-Core 效能出來。

步驟五 - 微幅增加 active core 頻率

因為 CPU 的所有核心並不是隨時處於活躍/滿載的狀態,前面調整的 P-Core ratio 是 46x,但假設系統當下只有 2 個核心在使用中,可以透過 Active Core Ratio 設定,讓 CPU 依照當下的負載動態調節最大頻率,在部份情境下可以稍微增加一點單核性能。

原廠的設定也是如此,i7-13700K 原廠設定的 Active P-Core Ratio 為 54x/54x/53x/53x/53x/53x/53x/53x,前面我們調整的 48x 為全核最大頻率,在這時候就可以多測試一下可以拉到多少,ratio 的部分建議範圍增加 0.1 ~ 0.4 Ghz,核心數量 2 ~ 4 個(E-Core 也適用)。

完整參數

做完前面五個步驟,並穩定跑完 Cinebench R23 20 分鐘壓力測試,因為忘記截圖了,只有保存文字數據,Cinebench R23 Multi Core 得分為 27371,最大功耗測得 128W,最高溫攝氏 70 度。

以下是我最終調整好的完整參數設定:

  • Turbo Boost Short Power Max: 200
  • Turbo Boost Power Max: 150
  • Processor Cache Ratio: 42x
  • Processor Cache Voltage: 0.900 V
  • Processor Cache Voltage Mode: Static
  • Core Voltage: 1.050
  • Core Voltage Mode: Static
  • Active Performance Cores Ratio (1-8): 50x/50x/49x/48x/48x/48x/48x/48x
  • Active Efficient Cores Ratio (1-8): 40x/39x/38x/37x/36x/36x/36x/36x
  • Performance Core Ratio (0-7): 50x
  • Performance Core Voltage Override (0-7): 1.050 V
  • Performance Core Voltage Mode (0-7): Static
  • Efficient Core Ratio (0-7): 40x
  • Efficient Core Voltage Override (0-7): 1.050 V
  • Efficient Core Voltage Mode (0-7): Static
  • Efficient Cores Cache Voltage Mode: Static

額外設定了 PL1 與 PL2 只是預防有奇怪的情況讓功耗爆走的一道保險,實際上在各種使用情境下最大功耗未超過 128W。

對比 PL 220 下,溫度減少 25 度,效能損失 13.93%,功耗節省了 41.82%。

若是對比 PL 253 的話,溫度減少 30 度,效能損失 10.78%,功耗節省了 49.41%,用接近十分之一的效能換取節省近一半的功耗。

PL R23 得分 溫度 每瓦效能 效能損失 (%) 節省功耗 (%) 節省功耗/效能損失比例
(越高越好)
253 30679 100 121.2608696 3.53% -15.00% -4.2551
220 31800 95 144.5454545 0.00% 0.00% -
128 27371 70 213.8359375 13.93% 41.82% 3.0025

補充:

雖然上面的設定跑各種測試軟體都沒問題,但之後的一個月在日常使用上有遇到 2 次 BSOD,trace memory dump file 看起來不是軟體引起的問題,試著微調更保守一點的超頻設定後就再也沒有遇到 BSOD,以下是調整後的完整設定:

  • Turbo Boost Short Power Max: 200
  • Turbo Boost Power Max: 150
  • Processor Cache Ratio: 40x
  • Processor Cache Voltage: 1.000 V
  • Processor Cache Voltage Mode: Static
  • Core Voltage: 1.050
  • Core Voltage Mode: Static
  • Active Performance Cores Ratio (1-8): 50x/50x/49x/48x/48x/48x/48x/48x
  • Active Efficient Cores Ratio (1-8): 36x/36x/36x/36x/36x/36x/36x/36x
  • Performance Core Ratio (0-7): 50x
  • Performance Core Voltage Override (0-7): 1.050 V
  • Performance Core Voltage Mode (0-7): Static
  • Efficient Core Ratio (0-7): 36x
  • Efficient Core Voltage Override (0-7): 1.050 V
  • Efficient Core Voltage Mode (0-7): Static
  • Efficient Cores Cache Voltage: 1.000 V
  • Efficient Cores Cache Voltage Mode: Static

總結

Intel 12 代與 13 代 CPU 不只再次將效能天花板推高,各種意義上都到達了新的高度(功耗,溫度,以及價格)。

水冷派的玩家應該可以得到更多的樂趣,而空冷派的玩家也不必擔心,空冷是足夠的,除非是拿來用在專業用途/生產用途,否則是極少會在全原廠設定的情況下吃滿 253W。而吃滿 253W 也不必太擔心,過熱保護機制會好好的保護 CPU,但強烈建議 CPU 經常飆上 80 ~ 90 度的話還是花點時間調整設定,長時間高溫多少都是有負面影響的。

雖然空冷派沒辦法體驗極限效能,但是在空冷的守備範圍內可玩性也很夠,而且相較於極限超頻,降壓超頻的難度也不會遜色太多,作為一個精神時光屋的玩具,不管是水冷還是空冷,都能夠在一次又一次的 BSOD 重開機時間中懷疑人生很好的打發時間,但經過這輪折騰後,就算有人送我 13900KS 寫測試文,我大概會選擇先不要 XDDD。

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