TECNOLOGIA, TABLETS Y MOVILES: Los MacBook Pro con CPU Intel Core i9 parecen tener un problema serio con el calor: este es el reto que Apple tiene por delante

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Hace poco más de una semana Apple desveló que los microprocesadores Intel de octava generación estaban a punto de aterrizar en sus MacBook Pro de 13 y 15 pulgadas con Touch Bar para 2018. A priori es una buena noticia a pesar de que la familia de chips Coffee Lake no ha acarreado mejoras tan atractivas como a los usuarios nos hubiese gustado. Pero lo que no imaginábamos hace solo unos días es que la integración en estos equipos de una de esas CPU en particular, el modelo Core i9, iba a desencadenar un revuelo tal que ha provocado que incluso Intel se vea inclinada a tomar cartas en el asunto.

La controversia empezó con la publicación de los primeros análisis del MacBook Pro de 15 pulgadas más ambicioso, que no es otro que la versión de este equipo que incorpora el microprocesador Intel Core i9-8950HK con seis núcleos físicos y capaz de manejar simultáneamente 12 hilos de ejecución (threads). Uno de estos análisis, el del «youtuber» e insider Dave Lee, puso el dedo en la llaga: cuando este equipo es sometido a una carga de trabajo muy intensa rinde menos que la versión equipada con un chip Core i7 del año pasado. Y, lógicamente, esto no debería ser así.

Qué parece sucederles a los MacBook Pro con CPU Intel Core i9 y qué conlleva

Apple por el momento no se ha manifestado, pero las pruebas que reflejan que, efectivamente, el rendimiento de esta versión del MacBook Pro es claramente inferior a lo que cabía esperar son lo suficientemente sólidas como para que nos las tomemos en serio. Sobre todo si tenemos presente que este equipo en su versión más asequible con CPU Intel Core i9 cuesta nada menos que 3.279 euros. Y es evidente que quien está dispuesto a pagar ese precio por un ordenador portátil confía en que su rendimiento esté a la altura, y no se vea superado por un modelo del año pasado.

En la prueba de renderizado de un vídeo con Adobe Premier Pro el MacBook Pro con CPU Intel Core i9 se vio superado por un MacBook Pro con un Intel Core i7

Una de las pruebas más reveladoras a las que Dave Lee ha sometido a este MacBook Pro consistió en renderizar una secuencia de vídeo con Adobe Premier Pro. En esta tarea el nuevo equipo de Apple con CPU Intel Core i9 invirtió 39 minutos y 37 segundos. Hasta aquí todo bien. Pero el panorama se complica mucho al averiguar que el MacBook Pro de 15 pulgadas de 2017 equipado con un procesador Intel Core i7 invierte en la misma tarea 35 minutos y 22 segundos. Cuatro minutos menos que el MacBook Pro en teoría más potente que Apple tiene actualmente en su catálogo.

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Pero esto no es todo. Lo siguiente que hizo Lee fue repetir la misma prueba utilizando el MacBook Pro con CPU Core i9, pero esta vez lo metió en su congelador. ¿Por qué lo hizo? Porque lo único que puede explicar que un microprocesador dotado de semejante nivel de paralelismo y diseñado para trabajar a una frecuencia de reloj base de 2,9 GHz rinda tan por debajo de lo esperado es el sobrecalentamiento. Y el congelador podría evitarlo. De hecho, así fue.

El nuevo equipo de Apple en estas condiciones tardó en renderizar esa misma secuencia de vídeo mucho menos tiempo: 27 minutos y 18 segundos. Este resultado sí es coherente con lo que cabe esperar de este portátil, y parece reflejar que estamos ante un problema serio de refrigeración. Lo realmente preocupante es que este contratiempo en realidad no debería tener nada que ver con la utilización de Premier Pro, sino que debería poder reproducirse sometiendo a la CPU a una carga de trabajo muy alta con cualquier otra aplicación. Posiblemente al animar y renderizar gráficos en 3D con 3ds Max o al jugar a cualquier título de última generación medianamente exigente, entre otros muchos escenarios posibles, obtendremos el mismo resultado.

Esta es la raíz del problema: la electromigración y el sistema de refrigeración

Aún no hemos tenido la ocasión de analizar el nuevo MacBook Pro equipado con el microprocesador Intel Core i9-8950HK que tanto está dando de qué hablar, pero es evidente que, si finalmente se confirma el resultado que ha obtenido Dave Lee, el origen de este problema reside en la incapacidad del sistema de refrigeración diseñado por Apple de evacuar fuera del chasis la energía disipada por la CPU en forma de calor cuando la carga de trabajo es alta. Hay un dato al que merece la pena que prestemos atención antes de seguir adelante: el TDP de este chip es 45 vatios, una cifra importante si tenemos presente que en este caso está integrado en un ordenador portátil que tiene un chasis realmente fino (solo mide 1,55 cm incluida la pantalla).

El TDP refleja la potencia media medida en vatios que disipa la CPU con todos sus núcleos trabajando a la frecuencia de reloj base

Esta sigla procede del término en inglés Thermal Design Power (potencia de diseño térmico), y refleja la potencia media medida en vatios que el procesador es capaz de disipar cuando trabaja a la frecuencia de reloj base y todos los núcleos están activos. Este chip Core i9 tiene seis núcleos y su frecuencia de reloj base asciende a 2,9 GHz, pero si la carga de trabajo lo exige es capaz de incrementar la frecuencia de reloj de uno o varios núcleos hasta alcanzar los 4,8 GHz. Y en estas circunstancias lo lógico es pensar que es capaz de disipar mucha más energía en forma de calor.

La frecuencia a la que trabaja un microprocesador no es un problema siempre que la temperatura de su núcleo no exceda su umbral máximo. Si el sistema de refrigeración es capaz de transportar la energía disipada en forma de calor mediante conducción y convección con eficiencia, y la temperatura del núcleo permanece bajo control, la CPU debería comportarse de forma estable. Esta es la razón por la que los profesionales del overclocking recurren al nitrógeno líquido. Y es que utilizándolo pueden incrementar el voltaje y la frecuencia de reloj del núcleo sin que la temperatura se incremente en exceso. Eso sí, el margen de maniobra es limitado, por lo que incluso utilizando nitrógeno líquido llegará un punto en el que no podremos continuar «pisando el acelerador».

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Un fenómeno físico interesante que puede ayudarnos a entender por qué un microprocesador, o un circuito integrado en general, se vuelve inestable cuando su temperatura se incrementa en exceso se conoce como electromigración. Fue descrito por primera vez por el físico francés M. Gerardin en 1861, por lo que, como veis, es un proceso conocido desde hace mucho tiempo. La electromigración es una degradación ocasionada por el transporte de material que llevan a cabo los iones (que son partículas con carga eléctrica positiva o negativa) en un conductor, y tiene como consecuencia el posible deterioro del material metálico.

Este fenómeno ha ido adquiriendo más relevancia a medida que los fabricantes de microprocesadores han ido desarrollando la tecnología de integración, y depende no solo del tamaño de los transistores que conforman uno de estos chips, sino también de la densidad de corriente que circula a través de los semiconductores y de su temperatura. Aquí tenemos de nuevo, como esperábamos, a la temperatura. Pero, ¿qué sucede cuando los sensores de temperatura determinan que la CPU ha superado su umbral máximo o lo hará de forma inminente? Sencillamente, es necesario reducir su frecuencia de reloj. Y, lógicamente, su rendimiento también se ve sensiblemente mermado.

La electromigración es un fenómeno físico que conlleva la degradación ocasionada por el transporte de material que llevan a cabo los iones en un conductor, y se ve condicionada por la densidad de corriente y la temperatura

Los parámetros que describen el comportamiento del sistema de refrigeración de un equipo, como, por ejemplo, el régimen de giro de los ventiladores y su adecuación a la temperatura de la CPU, se definen en la BIOS. Pero es fácil comprender que hay unas limitaciones físicas infranqueables que coartan la eficiencia de todos los sistemas de refrigeración, por muy ambiciosos que seamos al manipular la BIOS. Esto es lo que parece estar pasando en los MacBook Pro con procesador Intel Core i9: cuando la carga de trabajo es muy alta es necesario reducir la frecuencia de reloj de la CPU para evitar que el equipo se vuelva inestable porque el sistema de refrigeración no da más de sí. Pero lo más grave es que, tal y como reflejan las pruebas de Dave Lee, ese descenso de la frecuencia de reloj es muy importante.

Los anglosajones conocen al procedimiento que es necesario ejecutar para mantener la temperatura de la CPU bajo control como thermal throttling, que podemos traducir como «ajuste térmico». El problema es que este «frenazo», tal y como reflejan las pruebas de Lee, es monumental. Y es que, al parecer, el chip Core i9 se calienta tanto dentro del chasis del MacBook Pro que ni siquiera es capaz de mantener su frecuencia de reloj base, que asciende a 2,9 GHz y que en estas circunstancias se ve reducida hasta los 2,2 GHz. Esto es lo que explica que el rendimiento se vea tan mermado al incrementar tanto la carga de trabajo. Y, lo que es si cabe más importante, refleja que Apple ha podido equivocarse al confiar en que el chasis unibody de sus MacBook Pro es capaz de convivir de forma óptima con este chip de Intel.

La solución probablemente requiera un cambio de diseño

Dave Lee no es el único analista que se ha hecho eco del comportamiento anómalo e inesperado de los nuevos MacBook Pro con CPU Intel Core i9. En 9To5Mac también lo han probado y su análisis apunta en la misma dirección. Pero esto no es todo. Durante las últimas horas otros analistas estadounidenses, como UrAvgConsumer o Jonathan Morrison, han publicado sus análisis, y en ellos esta controvertida versión del MacBook Pro sale mejor parada porque deriva parte de la responsabilidad del ajuste térmico que debe llevar a cabo la CPU al calor que disipa la GPU en algunas aplicaciones que requieren un esfuerzo muy importante de ambos chips, como, por ejemplo, Adobe Premiere.

Desafortunadamente, si finalmente se confirma que la envergadura del ajuste térmico que debe llevar a cabo la CPU es tan severa, a priori parece un problema difícil de resolver de forma satisfactoria para los usuarios. Es posible mantenerlo bajo control reduciendo la frecuencia de reloj de los núcleos de la CPU, o bien manteniendo alguno de los núcleos inactivo, de manera que la energía total disipada en forma de calor pueda ser evacuada de forma eficiente por el sistema de refrigeración, y evitando así que el procesador supere su umbral máximo de temperatura.

Para corregir este problema sin que el rendimiento de la CPU se vea mermado es preciso rediseñar el sistema de refrigeración, y, por tanto, también el chasis

El problema es que si el chip Intel Core i9 tiene que ir con el «freno de mano echado» para que no se sobrecaliente dentro del chasis de este MacBook Pro quizás la diferencia de rendimiento con la versión de este equipo que cuenta con un Core i7 no se vea justificada. Pasar de la versión con este último microprocesador a la que integra el Core i9 acarrea un sobrecoste de 480 euros, una cifra muy elevada que adquiere incluso más relevancia si, como reflejan las pruebas de Lee, al final este último es más lento en algunas pruebas exigentes que el Core i7.

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Al parecer esta controversia está alcanzando tal magnitud que incluso Intel ha tomado cartas en el asunto, declarando que les importa mucho la opinión de los usuarios y que están trabajando codo con codo con los ensambladores (en este caso es evidente que se refieren a Apple) para investigarlo. En cualquier caso, ¿qué puede hacer Apple? La compañía de Cupertino ha lanzado varias generaciones de sus MacBook Pro (este problema parece indicarnos que demasiadas) sin introducir mejoras significativas en el diseño del chasis unibody. Y es evidente que este componente condiciona seriamente las características del sistema de refrigeración que acoge en su interior.

Con esta perspectiva en mente es muy probable que los próximos MacBook Pro no sean tan finos. Ni tan ligeros. Al menos si Apple quiere seguir apostando por microprocesadores tan ambiciosos como el Core i9 de Intel. Parece poco probable que las mejoras que introducirá esta última compañía en la litografía durante los próximos años puedan evitar que Apple se vea obligada a rediseñar sus ordenadores portátiles. Quién sabe, quizás este problema adelante la llegada de los primeros MacBook con chips ARM (algunos estamos convencidos de que este momento llegará, aunque aún no hay ningún anuncio oficial). Por el momento lo único que podemos hacer es especular. Y seguirles la pista. Os seguiremos contando cuando tengamos información interesante que arroje más luz sobre este tema.

En Xataka | Apple actualiza el MacBook Pro: procesadores de hasta 6 núcleos, pantalla True Tone y teclado menos ruidoso
En Applesfera | MacBook Pro 2018 y el problema del Thermal Throttling explicado