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Ratgeber: CPU-Undervolting in XMG-Laptops

Einige XMG-Laptops unterstützen CPU-Undervolting über das BIOS-Setup oder das Control Center. Dieser Artikel erläutert die Hintergründe und dokumentiert Methoden und Best Practice der einzelnen Modelle. Der Artikel wird fortlaufend erweitert.

English translation: 🇬🇧 Guide: CPU Undervolting in XMG Laptops

Inhaltsverzeichnis:

  • Einführung
  • Unterstützte CPU-Plattformen
  • Rückblick / Meilensteine
  • Methodik: Run-time vs. Boot-time
  • Potenzielles Sicherheitsrisiko im Öffnen der „Run-time“-Methode
  • Recovery-Methode zur Verhinderung von „No Boot“-Situation
  • Zwischen Performance und Stabilität
  • Performance-Auswirkungen von Undervolting
  • Kompatibilitäts-Hinweis
  • Undervolting ist kein Allheilmittel
  • Modellspezifische Informationen
  • XMG NEO (E23) mit Intel Core i9-13900HX
  • XMG PRO (E23) mit Intel Core i9-13900HX
  • Support & Feedback

Einführung

Unter Undervolting versteht man die absichtliche Reduzierung der elektrischen Spannung an CPU und GPU. Bei korrekter Anwendung hat Undervolting das Potenzial, die Temperatur und den Stromverbrauch des Systems leicht zu senken, ohne die Systemstabilität zu beeinträchtigen. Unter hoher Last kann Undervolting auch die Gesamtleistung erhöhen, da das Erreichen der Temperatur-Obergrenzen verzögert wird, wodurch die in der Spannung abgesenkte Komponenten mehr Zeit erhält, in welcher sie ihr volles Boost-Potenzial entfalten kann.

Verlaufsdiagramm: CPU-Taktrate des i9-13900HX im Cinebench R23 Multi (10min) bei identischer Kühlung: mit und ohne Undervolting. In diesem Beispiel liegen lediglich -100 mV Voltage Offset auf P- und E-Cores, ohne Anpassung von L2/Ring/SA. Resultat: Die CPU-Leistungsaufnahme ist identisch, aber die Taktrate mit Undervolting ist höher. Die periodischen Lücken in der Verlaufskurve der Leistungsaufnahme markieren jeweils den Beginn eines neuen Cinebench-Rendering-Loops.
Verlaufsdiagramm: CPU-Taktrate des i9-13900HX im Cinebench R23 Multi (10min) bei identischer Kühlung: mit und ohne Undervolting. In diesem Beispiel liegen lediglich -100 mV Voltage Offset auf P- und E-Cores, ohne Anpassung von L2/Ring/SA. Resultat: Die CPU-Leistungsaufnahme ist identisch, aber die Taktrate mit Undervolting ist höher. Die periodischen Lücken in der Verlaufskurve der Leistungsaufnahme markieren jeweils den Beginn eines neuen Cinebench-Rendering-Loops.
xmg neo e23 undervolting example sustained
Balkendiagramm: prozentualer Unterschied in den Taktraten der P- und E-Kerne zum Ende des 10-minütigen Durchlaufs mit und ohne -100 mV-Undervolting.

Bei Intel CPUs wird Undervolting über den „Core Voltage Offset“ geregelt, definiert in Milli-Volt (mV). „Offset“ heißt auf deutsch „Versatz“ und bezeichnet die Differenz zwischen der von Intel vorgegebenen und der vom Anwender gewünschten, niedrigeren Spannung. Die Spannung bleibt dabei weiterhin „adaptiv“ (anpassbar), wird also von der Intel CPU automatisch je nach Lastsituation geregelt – nur eben mit Offset nach unten. Bei Undervolting ist der Offset-Wert grundsätzlich mit negativem Vorzeichen (minus). Mit positiven Vorzeichen (plus) wäre es Overvolting.

Die hier gezeigten Diagramme zeigen einen für die HX-Serie vergleichsweise milden Offset von minus 100 Milli-Volt.

Undervolting ist theoretisch auch bei Grafikkarten möglich, ist dort aber ungleich komplizierter und fehleranfälliger. Dieser Artikel behandelt deshalb ausschließlich CPU-Undervolting.

Unterstützte CPU-Plattformen

Ob CPU-Undervolting unterstützt werden kann, hängt zunächst davon ab, ob die CPU-Plattform es unterstützt. Es handelt sich dabei um eine Hardware-Eigenschaft der CPU wie sie von Intel spezifiziert ist. Falls die CPU-Plattform das Verändern des „Voltage Offset“ prinzipiell nicht unterstützt, führt daran kein Weg vorbei – auch nicht mit Tools von Drittanbietern wie etwa ThrottleStop.

Überblick

  • Bis einschließlich Intel Core 11th Gen hat die H-Serie noch Voltage Offset unterstützt.
  • Seit Intel Core 12th Gen wird Voltage Offset nur noch in der HK- und HX-Serie unterstützt.
rpl hx55 platform
Plattform-Diagramm von Intel Core 13th Gen HX-Serie. Die Kennzeichnung „Unlocked, overclocking“ oben links deutet an, dass bei dieser Plattform Undervolting prinzipiell möglich ist. Quelle: Intel

Die Unterstützung seitens Intel ist Grundvoraussetzung. Dazu kommt noch die Frage, ob der jeweilige Laptop-Hersteller bzw. dessen Modellserie das Feature auch freigibt und unterstützt. Für XMG und SCHENKER wird dies in der folgenden Tabelle dargestellt:

Unsere Tabelle listet auf der ersten Seite auf, ob und welche Undervolting-Methoden in den jeweiligen Modellserien unterstützt werden. Auf weiteren Seiten werden in der Tabelle die Tipps und Methoden für einelne Modellserie zusammengefasst, z.Bsp. ob das Undervolting einen Neustart benötigt und ob es auf bestimmte Performance-Profile beschränkt ist. Diese Angaben befinden sich auch weiter unten hier im Artikel.

Rückblick / Meilensteine

Auch auf den unterstützten Plattformen war der Weg zum optimalen Voltage Offset in den letzten Jahren recht steinig. Dennoch war es uns in vielen Modellreihen möglich, Undervolting-Optionen offiziell anzubieten.

voltage offset in bios dropdown menu 2019
Screenshot aus dem BIOS-Setup von XMG NEO (Early 2020) mit Undervolting-Optionen via Drop-down-Menü.

Die folgende Chronik stellt die Entwicklung der letzten Jahre dar.

Bis 2019

  • Der Voltage Offset war bei Intel-CPUs der H-Serie lange Zeit freigeschaltet.
  • Nach der Veröffentlichung von Plundervolt (2019) gab Intel eine Empfehlung an OEMs heraus, dass diese lieber kein Undervolting anbieten sollten. Viele OEMs folgten dieser Empfehlung.

2020

  • Es herrschte Uneinigkeit darüber, ob Intels Empfehlung eine verbindliche Anweisung ist. Nachdem wir um Klärung gebeten hatten, bestätigte uns Intel, dass wir Voltage Offset immer noch anbieten können, solange wir die Risiken verstehen und diese auch tragen. Dies führte dazu, dass wir in vielen Modellen weiterhin Undervolting anbieten konnten.
  • Im Zuge der allgemeinen Aufmerksamkeit um Undervolting veröffentlichten wir auf Igor’s Lab den Artikel „Intel-Laptops und Undervolting: was man wissen muss und wie es geht“ mit unserer offiziellen Anleitung basierend auf der Intel Core 10th Gen H-Serie.

2021

  • Mit der Intel Core 11th Gen H-Serie (Tiger Lake) führten wir für XMG CORE und XMG NEO einen Fallback-Mechanismus ein, bei dem die EC-Firmware automatisch alle BIOS-Tuning-Optionen zurücksetzen kann, wenn das System aufgrund von unangemessenen Werten für den Voltage Offset oder das Speichertuning mehrmals nicht bootet (POST). Dieser Fallback-Mechanismus konnte auch manuell per Hotkey ausgelöst werden (Strg+B beim Kaltstart). Diese Recovery-Methode neutralisiert das Risiko von „No boot“-Szenarien bei übertriebenen Undervolting-Einstellungen. Dadurch wurde Undervolting über BIOS-Setup für die entsprechenden Kunden 100% sicher. Diese Recovery-Methode existiert auch heute in aktuellen Modellen der XMG CORE- und NEO-Serie.

2022

  • Mit 12th Generation Intel Core hat Intel die „H-Serie“ (Marketing-Bezeichnung) auf die kompaktere „P“-Plattform (Intel-interne Bezeichnung der Technologie-Plattform) gehoben, auf welcher die für Core Voltage Offset zuständige sog. „Mailbox“ mit der Nummer „MSR 0x150“ nicht zur Verfügung steht. Seitdem entspricht das Plattform-Layout der H-Serie den früheren CPUs der U- und P-Serien (z. B. i7-1165G7, i7-11370H). Ausnahme: i9-12900HK (also HK, nicht nur H) stellte die „MSR 0x150“-Mailbox weiterhin zur Verfügung, obwohl es sich ansonsten um dasselbe Silizium wie i7-12700H oder i9-12900H handelt. Dies legte den Schluss nahe, dass die Nicht-Unterstützung von Undervolting auf der H-Serie keinen tiefen technischen Grund hatte sondern im Wesentlichen der Produktsegmentierung diente, in welcher derartige Overclocking- und Tuning-Optionen den HK- und HX-Serien vorbehalten seien.
  • Als Alternative zu Voltage Offset begannen wir, das Feature „AC Loadline“ per BIOS-Updates für einige Modelle mit 12th Gen Intel Core freizuschalten. Einn ausführlicher Artikel zu AC Loadline befindet sich hier: [Launch] Undervolting via „AC Loadline“ in XMG and SCHENKER with Intel Core 12th/13th Gen
  • Im selben Jahr (2022) führte Intel innerhalb der 12ten Generation die „HX“-Serie ein, welche auf Desktop-Chips basiert und die entsprechende Mailbox für Core Voltage Offset zur Verfügung stellt.
  • Ab ca. Ende 2022 gab es jedoch offenbar einen Push innerhalb der Industrie, Voltage Offset aus Sicherheitsgründen zu unterbinden. Dies äußerte sich in einer neuen „Undervolt-Protection“-Funktion, welche zusammen mit normalen Intel-Referenz-Code-Updates nach und nach Einzug in die BIOS-Updates von OEM-Herstellern fand. Zunächst gab es keine Möglichkeit, diesen „Schutz“ abzuschalten. Dokumentiert ist dieses Unterfangen u.a. in diesen Artikel: [1] Ankündigung von HP, [2] Statement von Intels Lex Hoyos, [3] Zusammenfassung von u/toniyevych.
XTU mouseover Undervolt Protect
Screenshot aus Intel XTU mit aktivierter „Undervolt Protection“. Der Regler, mit der man sonst den Voltage Offset regeln konnte, ist blockiert bzw. ausgegraut. Ein Mouseover-Tooltip bezeugt, dass dieser Schutz von Intel offiziell dokumentiert ist.

2023

  • Anfang 2023 hat die HX-Serie von Intel Core 13th Gen zusammen mit der NVIDIA RTX 40-Serie aufgrund außerordentlich hoher Performance-Steigerungen eine recht hohes Kaufinteresse in Enthusiast-Kreisen erzeugt. Dank der gegenüber vorherigen H- und HK-Serien üppigen Performance-Steigerungen mit 24 Kernen und 32 Threads und dank des recht hohen Undervolting-Potenzials der von Desktop-CPUs abgeleiteten HX-Serie wurde CPU-Undervolting wieder ein sehr breit besprochenes Thema.
  • Intels offizielle „Undervolting Protection“ war bereits von Anfang an in den Release-BIOS-Version von Intel Core 13th Gen vorhanden. Dadurch wurde Undervolting zunächst komplett abgeschnitten und lies sich auch mit Tools von Drittanbietern nicht mehr durchführen.
  • Durch die Wirkungsweise von Intels „Undervolting Protection“ auf tiefster Firmware-Ebene (Intel-Plattform-Referenz-Code) gab es scheinbar eine Wechselwirkung mit gewissen BIOS-Update-Sicherheitsmechanismen der BIOS-Plattformen AMI und Insyde. Diese Wechselwirkung hatte offenbar zur Folge, dass bei deaktivierter Undervolt Protection auch ein sehr geringfügiges Undervolting zum Scheitern von BIOS-Updates führen konnte, wodurch Systeme unbrauchbar gemacht werden konnten. Dieser Umstand verhinderte lange Zeit, dass wir Undervolting für Intel Core 13th Gen HX-Serie anbieten konnten.
  • Nach einigem Hin und Her zwischen Intel, den BIOS-Lieferanten und unseren ODM-Partnern konnten wir die technischen Hürden überweinden. Seit sichergestellt ist, dass das Risiko des Fehlschlagens von BIOS-Updates bei aktivierten Undervolting-Einstellungen vollständig ausgeräumt ist, bieten wir Undervolting wieder offiziell in ausgewählten Modellen mit Intel Core 13th Gen an.

(wird fortgesetzt)

Methodik: Run-time vs. Boot-time

Es gibt grundsätzlich zwei Methoden, den „Voltage Offset“-Wert zu ändern.

  • Über das BIOS-Setup direkt beim Systemstart (Boot-Time)
  • Über eine Windows-Software im Laufenden Betrieb (Runtime)

Die Methoden haben unterschiedliche Vor- und Nachteile.

Run-time Voltage OffsetBoot-time Voltage Offset
VorteileErfordert keinen Neustart.
Kein Risiko eines „No-Boot“-Szenarios.
Einmal eingestellt, bleibt die Einstellung dauerhaft bestehen, solange man keinen BIOS-Reset bzw. BIOS-Update durchführt. „Fire & Forget“-Prinzip.
NachteileFunktioniert nicht, wenn VBS (Core Isolation, Memory Integrity, Hyper-V) aktiviert ist.

Kann von Malware missbraucht werden, um Geheimnisse zu stehlen (z. B. um in den Speicherbereich des Passwortmanagers einzubrechen).

Kann versehentlich auf die Standardeinstellungen zurückgesetzt werden.
Erfordert einen Neustart, um die Einstellungen zu ändern.

Bei extremen Einstellungen besteht die Gefahr, dass das System nicht mehr startet. Benötigt dann eine Recovery-Methode wie z.Bsp. Recovery-Hotkey.

Manche Modelle unterstützen nur eine der beiden Methoden; manche unterstützen beide. Welche Methode unterstützt wird, ist für das jeweilige Modelle in der o.g. Übersichts-Tabelle oder weiter unten hier im Artikel angegeben.

Potenzielles Sicherheitsrisiko im Öffnen der „Run-time“-Methode

Ein System, welches die oben beschriebene „Run-time“-Methode unterstützt, birgt prinzipiell das Risiko, dass die Methode von Malware (bösartiger Software) dazu ausgenutzt wird, Geheimnisse aus geschützten Speicher-Bereichen zu ergattern.

Hierbei ist es unerheblich, ob der Anwender bereits ein Undervolting durchgeführt hat. Das Risiko liegt nicht in der Anwendung von Voltage Offset, sondern allein schon darin, ob Run-time Voltage Offset vom System zur Verfügung gestellt (erlaubt) wird.

Sicherheits-Tipp

Solange VBS (Virtalisation-based Security) in Windows aktiviert ist, ist die „Run-time“-Methode blockiert. VBS ist dann aktiv, wenn in den Windows-Einstellungen unter „Kernisolation“ das Feature „Speicherintegrität“ aktiviert ist.

win11 vbs memory integrity on
Screenshot: Speicherintegrität (Memory integrity) ist aktiviert. Run-time-Undervolting wird damit unterbunden.

Hintergrund

Über diesen Exploit wurde im Jahr 2019 unter dem Namen Plundervolt berichtet. Der Plundervolt-Exploit bezog sich dabei spezifisch auf die SGX-Enklave, welche u.a. von manchen Passwort-Manager dazu genutzt wurde, die offene Passwort-Datenbank vor unbefugtem Zugriff zu schützen. SGX wird seit Intel Core 11th Gen seitens Intel nicht mehr unterstützt. Uns ist daher nicht bekannt, ob dieser Exploit auf aktuellen Intel-Plattformen noch zur Anwendung kommen kann. Allerdings hat Intel Ende 2022 eine neue, standardmäßig aktivierte Undervolting-Sperre eingeführt (siehe Chronik). Wir gehen also davon aus, dass es weiterhin Sicherheitsbedenken bzgl. der Öffnung der „Run-time“-Undervolting-Methode gibt.

Recovery-Methode zur Verhinderung von „No Boot“-Situation

Wie in der Tabelle oben erläutert, hat die „Boot time“-Methode das prinzipielle Risiko, dass ein übetriebenes Undervolting dazu führen kann, dass das System nicht mehr hochfahren kann – so dass man also auch nicht mehr ins BIOS-Setup kommt um die übertriebenen Werte zurückzunehmen. Dies nennt man eine „No Boot“-Situation. Eine solche Situation macht es erforderlich, die Tuning-Werte auf Umwegen wieder auf Standard zurückzusetzen. Ein einfacher CMOS-Reset (z.Bsp. durch Herausnahme der CMOS-Batterie) genügt hierfür nicht.

Automatische Wiederherstellung

Um diese Situation zu entschärfen, hatten wir in der XMG CORE- und NEO-Serie bereits im Jahr 2021 eine umfassende Recovery-Methode eingeführt. Hierbei erkennt der von der CPU unabhängig operierende EC-Mikrocontroller (EC = Embedded Controller), ob das System mehrmals hintereinander am Boot-Vorgang gescheitert ist. Sollte dies erkannt werden, sorgt die EC-Firmware dafür, dass der nächste Boot-Vorgang mit Standard-Werten ausgelöst wird, so dass der Anwender anschließend wieder ins BIOS-Setup kommt und die Werte anpassen kann. In manchen Modell-Serien sorgt die EC-Firmware auch direkt für einen BIOS-Reset.

Manuelle Wiederherstellung via Strg+B

Diese Wiederherstellung lässt sich auch manuell über den Hotkey „Strg+B“ auslösen. Hält man diese Tastenkombination beim Kaltstart gedrückt, dann wird das Zurücksetzen der Tuning-Optionen manuell ausgelöst. Anschließend sollte man wieder ins BIOS-Setup gelangen, wo man weitere Einstellungen vornehmen kann.

xmg neo 15 ctrg b hotkey
Strg+B mit der linken Hand am XMG NEO 15.

Wichtige Hinweise:

  • Recovery mit Strg+B funktioniert nur während eines Kaltstarts, nicht bei Neustart.
  • Falls sich das Gerät aufgrund von nicht-bootfähigen Einstellungen in einer Reboot-Schleife befindet, muss es durch besonders langes Drücken der Einschalttaste zunächst vollständig ausgeschaltet werden. Es ist dann ausgeschaltet, wenn alle LEDs erloschen sind.
  • Vor dem Kaltstart ist es erforderlich, dass man das Netzteil herauszieht und es kurz darauf wieder einsteckt.

Ausführliche Anleitung:

  • System komplett ausschalten durch langen Druck auf den Power-Button. Das System ist dann ausgeschaltet, wenn alle LEDs erloschen sind.
  • Netzteil herausziehen und wenige Momente später wieder einstecken.
  • Strg+B gedrückt halten, die Einschalttaste betätigen, dabei aber Strg+B nicht loslassen.
  • Die Wiederherstellung ist dann erfolgreich abgeschlossen, sobald die Display-Hintergrundbeleuchtung zu sehen ist. Spätestens dann kann man Strg+B loslassen und gleich F2 drücken, um ins BIOS-Setup zu gelangen.

Dauer des Recovery-Vorgangs je nach Modellreihe

Die Dauer, wie lange man Strg+B gedrückt halten muss bzw. wie lange man im Anschluss warten muss, hängt von der Modellreihe ab.

ModellreiheDauer des Vorganges
XMG CORE und XMG NEO bis 2021Strg+B muss bis zu zwei Minuten lang ununterbrochen gedrückt gehalten werden. Sobald der Reset erfolgreich durchgeführt wird, blinkt die LED des Power-Button kurz. Danach kann man Strg+B loslassen. Es kann jetzt je nach Modellserie nochmals bis zu 30 Sekunden dauern, bis der nächste Boot-Vorgang erfolgt. Währendessen kann man gleich F2 drücken, um beim nun folgenden Boot-Vorgang ins BIOS-Setup zu gelangen.
XMG NEO ab 2023Wenn der Recovery-Vorgang mit Ctrl+B korrekt angewendet wird (Kaltstart mit vorher getrenntem und wiedereingestecktem Netzteil), dann dauert der Vorgang nur wenige Sekunden bis das Boot-Logo wieder zu sehen ist.

Zwischen Performance und Stabilität

CPU-Undervolting kann die Systemstabilität beeinträchtigen und (wie im vorherigen Abschnitt erläutert) dazu führen, dass sich das System nicht mehr hochfahren lässt. Daher ist es erforderlich, das System in kleinen Schritten an das Optimum heranzuführen und nach jedem Schritt zu testen.

In Punkto Stabilität gibt es zwischen „bootet nicht“ (worst case) und „führt manchmal zu Abstürzen“ eine große Grauzone. Daher kann man erst nach langer Testphase (ggf. mehrere Wochen) wirklich sicher sein, ob eine Undervolting-Einstellung stabil ist.

Undervolting gilt als nicht-destruktiv

Undervolting kann zwar die Systemstabilität beeinträchtigen oder sogar zu „No Boot“-Situationen führen. Aber dies gilt immer nur für Zeiträume, in denen auch wirklich entsprechend hohe Voltage-Offset-Werte anliegen. Sobald man diese wieder auf Null zurücksetzt, sind sämtliche Instabilitäten vorbei. Undervolting hat somit keine negative Nachwirkung und wirkt sich auch nicht negativ auf die Lebensdauer des Gerätes aus. Dies ist ein entscheidender Vorteil von Undervolting gegenüber Overvolting und Overclocking. Wir unterstützen daher Undervolting – aber nicht Overvolting.

Stabilitätstests

Es werden folgende Tests empfohlen:

  • Prime95, Preset „Small FFT“ mit deaktiviertem AVX
  • AIDA64 System Stress Test
  • Furmark, 3DMark oder Gaming Tests

Prime95 und AIDA64 testen standardmäßig nur die CPU. AIDA64 gilt hierbei als der härtere Test. Das Scheitern des eines solchen Tests kann sich in einem Bluescreen oder einem Programmabsturz bemerkbar machen. Bei AIDA64 könnte auch die Meldung „Hardware failure detected“ erscheinen, wie im folgenden Screenshot zu sehen:

aida64 trial version hardware failure
Screenshot: AIDA64 „System Stability Test“ mit Standard-Einstellungen (CPU, FPU, cache, system memory) und einem Fehler nach etwa 38 Minuten.

Sollten diese Tests keine Instabilitäten aufweisen, kann man auch noch GPU- und Gaming-Tests hinzuziehen. Auch wenn die Grafikkarte vom CPU-Undervolting unberührt ist, so ruft typische 3D-Last auch eine recht hohe und recht fluktuierende CPU-Last hervor, u.a. auch durch den intensiven Datenaustausch zwischen CPU und Grafikkarte über die PCI-Express-Schnittstelle.

Bei Vorfällen jeglicher Art: Undervolting zurücknehmen

Auch wenn die zuvor genannten Stabilitätstests erfolgreich verlaufen, heißt das noch nicht, dass die Undervolting-Einstellung zu 100% stabil ist. Instabilitäten können auch sporadisch bei variabler oder geringer Last auftreten.

Derartige Langzeit-Instabilitäten können sich in Symptomen wie Software-Abstürzen, Bluescreens, willkürliche System-Abschaltung, visuellen Bild-Artefakten oder Audio-Glitches äußern. Dies kann im Grenzbereich zwischen „stabil“ und „instabil“ ggf. auch erst nach mehreren Wochen aktiver Nutzung auftreten. Sollte es also jemals zu unerwarteten Vorfällen kommen, sollte man das Undervolting um ein paar Stufen zurückfahren und weitertesten bzw. weiterarbeiten.

Performance-Auswirkungen von Undervolting

Undervolting sorgt dafür, dass die CPU versucht, hohe Taktraten mit weniger Energieeinsatz zu erreichen. Der geringere Einsatz von Energie führt zu einer geringeren Emission von Wärme. Ob dies in einen Performance-Vorteil mündet, hängt davon ab, ob das Anwendungsszenario thermisch limitiert ist.

Szenarien

Die folgende Tabelle erläutert die zwei typischen Lastszenarien und wie sich Undervolting auf das Systemverhalten auswirkt.

Szenario:Volle AuslastungLimitierte Auslastung
BenchmarkCinebench R23 MultiCinebench R23 Single
Praktische BeispieleBlender; Video-Bearbeitung; für Multi-Core optimiertes Gaming auf besonders starken GrafikkartenWeb/Office/Multimedia; Video-Konferenzen; Bild-Bearbeitung; Gaming allgemein
Typisches CPU-Verhalten in diesem SzenarioCPU erreicht früher oder später das vom BIOS vorgeschriebene Temperatur-Maximum und beginnt daraufhin, ihre Leistungsaufnahme und Taktrate graduell zu drosseln.Temperaturmaximum wird nicht erreicht, da die CPU-Kerne nur begrenzt ausgelastet werden.
Auswirkung von UndervoltingCPU benötigt weniger Energie für Volllast und erreicht ihr Temperaturmaximum deshalb erst später. Mit Undervolting wird die Leistung nach Erreichen des Temperaturmaximum prozentual weniger gedrosselt, da die CPU mit Undervolting für die gleiche Leistung weniger Abwärme emittiert. Deshalb unterm Strich höhere Leistung.Leistung ist nicht höher, da die CPU-Leistung mangels Erreichen des Temperaturmaximums ohnehin nicht gedrosselt werden muss. Aber mit Undervolting sind die Temperaturen geringer, wodurch die Lüfter ggf. etwas leiser sind. Der geringere Energieaufwand sorgt auch für geringfügig längere Akkulaufzeit.

Benchmark-Übersicht

Die folgende Tabelle zeigt an, was Undervolting mit Intel Core 13th Gen HX-Serie bewirken kann. Diese Serie scheint besonders viel Undervolting-Potenzial zu haben. Die realisierbaren Performance-Gewinne bei anderen Serien mögen geringer sein.

Test-System:

  • XMG NEO 16 mit i9-13900HX und RTX 4090
  • Laptop aufgebockt auf passivem Laptop-Kühler
  • Luftkühlung (ohne XMG OASIS)

Undervolting-Einstellungen:

  • P-Core Voltage Offset: -150 mV
  • E-Core L2 Voltage Offset: -100 mV
  • Ring Voltage Offset: -100 mV

Stabilität:

Diese Einstellungen liefen am Test-Gerät stundenlang stabil in Stress Test-Benchmarks: zum einen in AIDA64 System Stress Test allein, als auch in der Kombination aus AIDA64 mit 3DMark Speed Way Stress Test. Man kann daher davon ausgehen, dass die gewählten Werte noch nicht das obere Ende der Fahnenstange auf diesem exemplarischen Test-Gerät darstellen.

Ergebnisse:

xmg neo e23 undervolting benchmark table
Benchmark-Vergleichstabelle mit und ohne Undervolting bei sonst identischen Settings. Benchmarks (außer YouTube) liefen im Overboost mit 100% Fan Boost auf passivem Laptop-Ständer mit Luftkühlung. YouTube-Playback-Test im Profil „Ausbalanciert“ und mit automatischer Lüftersteuerung.
Die CPU-Temperaturwerte basieren auf den ‚Core Temperatures (avg)‘ in HWiNFO64.
Die „Sustained“-Werte in Cinebench geben die Durchschnittswerte während der letzten 2 Minuten des 10-minütigen Benchmarklaufs an.

Beispiel: Cinebench R23 Multi

Der 10-minütige Endurance-Test von Cinebench ist zur Demonstration von Undervolting besonders gut geeignet, da sich die Leistungssteigerung aus dem Abmildern des sog. „thermal throttling“ ergibt (siehe Erläuterung in der o.a. Tabelle). Kurzum: je länger der Volllast-Benchmark läuft, desto größer ist der Unterschied zwischen normaler und reduzierter Leistungsaufnahme. Ein entsprechendes Diagramm ist bereits ganz oben im Artikel zu finden.

Beispiel: Shadow of the Tomb Raider

Shadow of the Tomb Raider steht exemplarisch für ein Spiel mit relativ hoher CPU-Auslastung. Die Tabelle zeigt, dass die durchschnittliche Framerate mit Undervolting höher liegt, während CPU-Leistungsaufnahme und -Temperatur niedriger sind. Die Unterschiede lassen sich auch als Verlaufsdiagramm darstellen:

xmg neo e23 undervolting shadow of the tomb raider diagram
Verlaufsdiagramm: CPU-/GPU-Leistungsaufnahme und CPU-Temperatur während des integrierten Benchmark-Durchlaufs von Shadow of the Tomb Raider bei nativer Auflösung im Profil „Highest“.

Die CPU-Leistungsaufnahme mit Undervolting ist in einigen Szenen des Benchmarks deutlich geringer, was zu niedrigeren CPU-Temperaturen führt. In Szenen mit besonders hoher CPU-Last ist die CPU-Leistungsaufnahme identisch, aber dafür ist dann die GPU-Ausnutzung höher, da die CPU mit Undervolting trotz gleicher Leistungsaufnahme mehr leisten kann.

Weitere Beispiele aus der Community

Besitzer des XMG NEO (E23) haben aus eigenen Tests folgende Vergleichswerte zusammengetragen:

Die Tabelle gibt für verschiedene Anwender die jeweils stabil erreichten Undervolting-Werte an und welche Performance-Steigerung sich dadurch im Cinebench R23 erreichen ließen.

Kompatibilitäts-Hinweis

Unsere BIOS-Updates sind nur mit Laptops von XMG, SCHENKER und TUXEDO kompatibel. Wir übernehmen keine Verantwortung für Anwender, die versuchen, unser BIOS auf vermeintlich baugleichen Laptops von Drittanbietern zu installieren. Wer entgegen dieser Richtlinie versucht, unser BIOS auf einem Laptop eines Drittanbieters zu installieren, wird im Mindesten damit rechnen müssen, dass das Layout der Fn-Tasten nicht mehr mit den Symbolen auf der Tastatur übereinstimmt. Weitere Nebenwirkungen sind nicht ausgeschlossen. Wir leisten keine Hilfestellung dabei, den Ausgangszustand auf dem Fremdsystem wiederherzustellen. Anwender, die kein originales XMG-, SCHENKER- oder TUXEDO-Modell besitzen, mögen sich bitte an den Hersteller ihres jeweiligen Systems wenden.

Undervolting ist kein Allheilmittel

Lüfter sind laut? Akkulaufzeit ist schlecht? Undervolting ist nicht die Lösung! Das Problem liegt wahrscheinlich woanders.

Wenn über laute Lüfter, schlechte Akkulaufzeiten oder hohe Temperaturen bei geringer Last Anlass zur Sorge besteht, sollte man zunächst den allgemeinen Stromverbrauch des Systems prüfen.

Akkulaufzeit, Stromverbrauch und Lüfterlautstärke hängen eng miteinander zusammen. Wenn das System bei geringer Last mehr Strom verbraucht als nötig, dann steigen die Gehäuse-Temperaturen, die Lüfterlautstärke nimmt zu und die Akkulaufzeit nimmt ab.

Ein unnötig hoher Stromverbrauch kann verschiedene Ursachen haben:

  • Ein Hintergrundprozess belastet permanent die CPU, ggf. auch nur einen einzigen CPU-Kern
  • Die dedizierte Grafikkarte schaltet sich trotz Hybrid-Grafik nicht ab, weil sie von irgendetwas wachgehalten wird
  • Eine Komponente oder ein Treiber verhindert, dass die CPU sich trotz niedriger Last in tiefere Sleep States legen kann
  • Eine Komponente (z.Bsp. SSD) erzeugt für sich selbst einen hohen Verbrauch im Idle

Mitunter können auch mehrere dieser Faktoren gleichzeitig eine Rolle spielen.

task manager single thread fully loaded
Screenshot: Task Manager während eines „Single Core“-Benchmark von Cinebench. Der Task Manager zeigt nur 6% Auslastung an, weil das Beispiel-System hier insgesamt 16 Threads (Kerne) hat. 100% durch 16 Kerne ist gleich 6,25% pro Kern. Läuft ein Kern auf Volllast, wird dieser aber hochgetaktet und wird entsprechend heiß. Die vermeintlich „geringe Auslastung“ im Task Manager ist also keine verlässliche Kennzahl. Das gleiche Prinzip gilt auch für Hintergrund-Software wie z.Bsp. Windows Updates oder Virenscanner. Ist das System wirklich im Idle, dann ist die Auslastung im Schnitt nahezu bei Null.

Falls ein System bzw. dessen Software-Ausstattung also generell eine zu Hohe Leistungsaufnahme aufweist, oder falls das Kühlsystem aufgrund von eingestaubten Kühlrippen nicht mehr gut dann kühlt, dann ist Undervolting keine Lösung. Stattdessen müssen zunächst die Ursachen für diese Probleme beseitigt werden. Die folgenden FAQ-Beiträge geben hierzu weitere Auskunft:

Modellspezifische Informationen

Die vorherigen Abschnitte dieses Artikels enthalten einen Rundumblick auf alle Informationen zu Laptops mit Intel-Mobilprozessoren im Allgemeinen und zu Laptops von XMG, SCHENKER und TUXEDO im Besonderen. Die folgenden Abschnitte dokumentieren nun die Einzelheiten der jeweiligen Modell-Generationen. Die wichtigsten Informationen stehen auch in der bereits am Anfang des Artikels verlinkten Übersichtstabelle zum Nachschlagen zur Verfügung:

Wir machen hier den Anfang mit besonders aktuellen Modellen und pflegen ältere Modelle in zukünftigen Updates des Artikels weiter ein.

XMG NEO (E23) mit Intel Core i9-13900HX

XMG NEO Series KV 1

Gilt für:

  • XMG NEO 16 – E23 (Product ID: XNE16E23)
  • XMG NEO 17 – E23 (Product ID: XNE17E23)

Derzeit nur mit RTX 4080/4090. BIOS-Update für RTX 4060/4070 folgt.

Unterstützte Features

FeatureStatus
Supported Voltage Offsets in BIOS SetupP/E-core Voltage Offset
L2 E-core Cache Voltage Offset
Ring Voltage Offset
Uncore (SA) Voltage Offset
Pre-RequirementsNone
Requires Reboot?Requires one reboot to enter BIOS Setup
BIOS HotkeysF2 = Enter BIOS Setup
F9 = Load Defaults
F10 = Save & Exit
Recovery HotkeyCtrl+B during Cold Boot
Performance ProfilesApplies to all profiles
CaveatsNone

Screenshots

Das folgende Bild zeigt die alle Voltage Offset-Optionen auf einen Blick:

xmg neo e23 bios undervolting options v2
Screenshot mit Gesamtüberblick über alle Undervolting-Optionen im BIOS von XMG NEO (E23).

XMG PRO (E23) mit Intel Core i9-13900HX

XMG PRO Series KV 3

Gilt für:

  • XMG PRO 15 – E23 (Product ID: XPR15E23)
  • XMG PRO 17 – E23 (Product ID: XPR17E23)
  • SCHENKER KEY 15 – E23 (Product ID: SKE15E23)
  • SCHENKER KEY 17 – E23 (Product ID: SKE17E23)
  • SCHENKER KEY 17 Pro – E23 (Product ID: SKE17PE23)

Preview. BIOS-Update in Kürze erhältlich.

Unterstützte Features

FeatureStatus
Supported Voltage Offsets in Control CenterP/E-core Voltage Offset
Pre-Requirements„CPU Overclocking Features“ must be set to „Enabled“ in BIOS Setup
Requires Reboot?Does not require reboot. Values applied on-the-fly. HWiNFO64 needs to be restarted to see the changes.
Core Isolation must be turned off?Windows Core Isolation must be disabled before Voltage Offset can be applied.
BIOS HotkeysF2 = Enter BIOS Setup
F9 = Load Defaults
F10 = Save & Exit
Recovery HotkeyRuntime Voltage Offset only, no recovery hotkey required
Performance ProfilesOnly applies to „Performance“ profile

Screenshots

xmg pro e23 control center undervolting options
Screenshot (Auszug) vom Control Center des XMG PRO, SCHENKER KEY und KEY 17 Pro (E23)

Eine vollständige Sammlung an Screenshots sind in dieser PDF zu finden:

Support & Feedback

Wir freuen uns über das Interesse unserer Kunden an unseren CPU-Undervolting-Optionen. Dieser Artikel wird laufend gepflegt und fortgesetzt. Ihr findet diesen Artikel dauerhaft unter dieser URL:

Auch sei noch einmal an die Übersichtstabelle erinnert:

Solltet ihr euch mit anderen Nutzern austauschen wollen, sind dies die am meisten geeigneten Kanäle:

  • Unser Discord-Server, dort insbesondere die User-Group für euer Laptop-Modell
  • Sammelthread auf Reddit (englisch) (in Kürze)
  • Sammelthread auf Reddit (deutsch) (in Kürze)
  • Sammelthread auf Computerbase (deutsch) (in Kürze)

Wir freuen uns auf euer Feedback!

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