ThinkPad T420i po pełnej modernizacji – Coreboot, Ivy Bridge, FHD IPS i finalna konfiguracja

Lenovo ThinkPad T420i po modernizacji może być dziś czymś znacznie więcej niż tylko ciekawym laptopem retro. Mój egzemplarz zaczynał jako stosunkowo zwyczajny komputer z procesorem Intel Core i3 drugiej generacji, 8 GB pamięci RAM i fabrycznym ekranem. Finalnie powstał z niego T420 z Corebootem, czterordzeniowym procesorem Ivy Bridge, 16 GB RAM, Wi-Fi 6, matrycą FHD IPS, mocniejszym chłodzeniem i dodatkowym dyskiem w Ultrabay.

Cały projekt trwał znacznie dłużej, niż początkowo zakładałem. Po drodze pojawił się Coreboot, problemy z programatorami BIOS-u, eksperyment z ekstremalnym Core i7-3940XM, temperatury przekraczające 100°C, ręczne sterowanie limitami mocy, wymiana matrycy oraz diagnostyka zawieszeń systemu. Dopiero po tych wszystkich próbach udało się dojść do konfiguracji, którą można potraktować nie jako eksperyment, ale jako normalny i stabilny laptop do codziennego użytkowania.

I właśnie to jest najciekawsze. Celem projektu przestało być sprawdzanie, co da się fizycznie uruchomić w T420. Ważniejsze stało się znalezienie konfiguracji, która zachowuje charakter tego modelu, a jednocześnie jest wygodna, szybka i przede wszystkim stabilna.

Coreboot był początkiem, a nie celem modernizacji T420

Najważniejszym etapem całego projektu było zastąpienie fabrycznego firmware Lenovo przez Coreboot. Proces programowania pamięci SPI, wykonywania kopii BIOS-u i problemy z CH341A oraz TL866II Plus opisałem już wcześniej, dlatego nie ma sensu powtarzać tutaj całej procedury.

Najważniejszy efekt tamtej modyfikacji był prosty: ThinkPad T420 otrzymał możliwość pracy z procesorami Ivy Bridge trzeciej generacji.

Fabrycznie T420 jest platformą Sandy Bridge. Dopiero odpowiednio przygotowany Coreboot otworzył możliwość wykorzystania nowszych procesorów, a przy okazji usunął ograniczenia związane z whitelistą kart Mini PCI Express.

Coreboot okazał się więc fundamentem całej późniejszej przebudowy. Sam w sobie nie poprawił ekranu, chłodzenia czy wydajności procesora, ale umożliwił wykonanie kolejnych modyfikacji, które bez niego nie miałyby większego sensu.

Eksperyment z Intel Core i7-3940XM Extreme Edition

Najbardziej ekstremalnym etapem projektu był montaż Intel Core i7-3940XM Extreme Edition. Procesor ma cztery rdzenie, osiem wątków, maksymalne Turbo 3,9 GHz oraz TDP wynoszące 55 W.

T420 rzeczywiście potrafił go uruchomić. Co więcej, podczas testów udało się zobaczyć około 3,7 GHz na wszystkich czterech rdzeniach. Był to dobry dowód na to, że Coreboot poprawnie obsługuje mocne procesory Ivy Bridge i że sama platforma ma znacznie większe możliwości, niż przewidział producent.

Problemem była fizyka.

Przy pierwszym pełnym obciążeniu 3940XM osiągnął około 103°C, po czym laptop się wyłączył. Zastosowanie mocniejszego chłodzenia z wersji T420 z dedykowaną grafiką oraz ciekłego metalu poprawiło sytuację, ale nadal było jasne, że 55-watowy CPU pracuje bardzo blisko granic możliwości tej konstrukcji.

Eksperymentowałem więc z limitami RAPL. Ograniczenie PL1 i PL2 pozwalało utrzymywać wysokie taktowania bez ciągłego wchodzenia w skrajne temperatury. Podczas normalnej pracy laptop zachowywał się zaskakująco dobrze.

Dopiero dłuższe użytkowanie ujawniło ważniejszy problem – losowe zawieszenia.

Dlaczego ostatecznie zrezygnowałem z i7-3940XM?

Początkowo trudno było ustalić źródło zawieszeń. W międzyczasie zmieniona została matryca, pojawił się adapter FHD, nowe pamięci RAM i kilka innych elementów, więc potencjalnych przyczyn było sporo.

Przełom nastąpił po wymianie 3940XM na Intel Core i7-3740QM.

Laptop przestał się zawieszać. Co istotne, stabilnie działał zarówno ze starszą matrycą, jak i później z nowym panelem IPS. To mocno ograniczyło liczbę podejrzanych i wskazało na 3940XM albo warunki jego pracy w T420.

Nie oznacza to automatycznie, że sam procesor jest uszkodzony. Bardziej prawdopodobne jest to, że 55-watowy XM stawiał sekcji zasilania i całej platformie wymagania, do których T420 po prostu nie został zaprojektowany.

Podczas wcześniejszych eksperymentów było widać również zależność od sposobu zasilania. Przy słabszym zasilaczu procesor był ograniczany, a pełna wydajność pojawiała się przy mocnym zasilaczu i podłączonej baterii. To kolejny sygnał, że w przypadku 3940XM znajdowaliśmy się już na granicy możliwości układu zasilania.

Ostatecznie uznałem więc, że najmocniejszy procesor, który da się uruchomić, niekoniecznie jest najlepszym procesorem do tego komputera.

Intel Core i7-3740QM jako finalny procesor ThinkPada T420

Intel Core i7-3740QM jest znacznie bardziej rozsądnym wyborem. Nadal otrzymuję cztery rdzenie i osiem wątków Ivy Bridge, ale procesor ma TDP 45 W zamiast 55 W.

W codziennym użytkowaniu różnica względem 3940XM jest niewielka. Przeglądarka, YouTube, terminal, aktualizacje systemu, praca z dokumentami czy okazjonalna obróbka zdjęć nie wykorzystują przez długi czas pełnej mocy ośmiu wątków.

Znacznie ważniejsza jest stabilność.

Po przejściu na 3740QM laptop zaczął zachowywać się tak, jak oczekiwałem od finalnego buildu. Mogę korzystać z niego przez wiele godzin, oglądać materiały wideo i normalnie pracować bez wcześniejszych losowych freeze’ów.

PL1 pozostawiłem na poziomie 45 W, czyli zgodnie z klasą energetyczną procesora. Nie ma większego sensu podnosić limitu tylko po to, żeby odzyskać niewielką ilość wydajności w syntetycznym obciążeniu.

Po doświadczeniach z 3940XM zacząłem bardziej doceniać dobrze zbalansowaną konfigurację niż maksymalne liczby w benchmarkach.

Mocniejsze chłodzenie i ciekły metal zostały w laptopie

Zmiana procesora na 3740QM nie oznaczała powrotu do fabrycznego chłodzenia.

W T420 nadal pracuje wydajniejszy układ chłodzenia z wersji wyposażonej w dedykowaną grafikę NVIDIA. Ma dodatkowy heatpipe, dzięki czemu daje większy zapas przy czterordzeniowym Ivy Bridge.

Zostawiłem również ciekły metal pomiędzy procesorem a radiatorem. Przed jego aplikacją okolice rdzenia CPU zostały zabezpieczone taśmą kaptonową, ponieważ ciekły metal przewodzi prąd i przypadkowe wydostanie się materiału poza powierzchnię styku mogłoby doprowadzić do zwarcia.

Przy 3740QM taki układ chłodzenia ma już dużo łatwiejsze zadanie niż przy 3940XM. Zamiast walczyć o utrzymanie temperatur przy ponad 50 W, dostaję spory zapas termiczny przy normalnej pracy.

Thinkfan zamiast fabrycznej krzywej wentylatora

Kolejnym elementem końcowego strojenia było przejęcie kontroli nad wentylatorem w CachyOS.

Do tego wykorzystałem thinkfan współpracujący z modułem thinkpad_acpi. Pozwala on ustawić własne poziomy pracy wentylatora zależnie od temperatury CPU.

Po kilku zmianach ustawiłem krzywą tak, aby wentylator pozostawał wyłączony przy niskiej temperaturze, uruchamiał pierwszy poziom przy około 55°C, drugi przy około 65°C, a później stopniowo zwiększał obroty wraz ze wzrostem temperatury.

Dzięki temu T420 jest cichy podczas lekkiej pracy, ale nie czeka z reakcją chłodzenia aż procesor stanie się bardzo gorący.

To drobna modyfikacja, ale w praktyce mocno wpływa na kulturę pracy kilkunastoletniego laptopa.

FHD IPS – modyfikacja, która najbardziej zmieniła komfort pracy

Procesor jest ciekawy technicznie, Coreboot daje ogromne możliwości, ale z punktu widzenia codziennego użytkowania chyba największą zmianę przyniosła wymiana ekranu.

Fabryczna matryca T420 jest dzisiaj jednym z elementów najbardziej przypominających o wieku tej konstrukcji. Niska rozdzielczość ogranicza przestrzeń roboczą, a jakość obrazu wyraźnie odstaje od współczesnych ekranów.

Do wykonania moda potrzebny był adapter konwertujący sygnał LVDS z T420 na eDP używany przez nowszą matrycę.

Finalnie w laptopie znalazł się AU Optronics B140HAN01.3. Linux poprawnie odczytuje jego EDID, a ekran pracuje w rozdzielczości 1920 × 1080.

To właśnie po montażu FHD IPS T420 zaczął sprawiać wrażenie kompletnego.

Większa przestrzeń robocza bardzo dobrze pasuje do przeglądarki, terminala i pracy z tekstem. Jednocześnie pozostaje klasyczna siedmiorzędowa klawiatura T420, która była jednym z głównych powodów, dla których w ogóle chciałem doprowadzić ten projekt do końca.

16 GB RAM, Wi-Fi 6 i dodatkowy dysk w Ultrabay

Pozostałe modyfikacje są mniej spektakularne, ale razem tworzą komputer znacznie bardziej użyteczny niż fabryczny T420.

Finalna konfiguracja obejmuje:

• Intel Core i7-3740QM, 4 rdzenie i 8 wątków,
• 16 GB DDR3L-1600,
• matrycę AUO B140HAN01.3 FHD IPS,
• kartę Wi-Fi 6 AX3000 w formacie Half Mini PCI-E,
• SSD jako główny dysk,
• dodatkowy dysk 1 TB zamontowany w adapterze Ultrabay,
• mocniejsze chłodzenie z dodatkowym heatpipe’em,
• Coreboot z EDK2,
• CachyOS z KDE Plasma i Waylandem.

Szczególnie praktyczny okazał się Ultrabay. Poprzedni właściciel usunął napęd DVD i pozostawił w laptopie adapter na dysk 2,5 cala. Skoro caddy już był, do środka trafił dodatkowy HDD 1 TB. Napęd optyczny w takim komputerze przydałby mi się sporadycznie, natomiast dodatkowa przestrzeń na dane jest użyteczna cały czas.

Czy ThinkPad T420 nadal nadaje się do codziennego użytkowania?

To zależy od oczekiwań.

Nie ma sensu porównywać T420 z nowoczesnym ultrabookiem pod względem wydajności na wat, czasu pracy na baterii czy masy. Nowoczesny laptop będzie szybszy, chłodniejszy i lżejszy.

T420 oferuje jednak coś innego.

Ma wymienny procesor, łatwy dostęp do pamięci i dysków, klasyczną klawiaturę, rozbudowane porty i konstrukcję, przy której większość elementów można wymienić bez walki z klejem i lutowanymi podzespołami.

Po przejściu na czterordzeniowe Ivy Bridge i 16 GB RAM wydajność podczas zwykłej pracy nadal jest wystarczająca. Firefox, YouTube, Netflix, terminal czy praca biurowa nie sprawiają problemów. FHD IPS usuwa natomiast jedną z największych użytkowych wad fabrycznego T420.

W moim przypadku laptop ma pełnić podobną rolę do T430 – być drugim, normalnie używanym ThinkPadem, a nie tylko eksponatem stojącym na półce.

I właśnie stabilny 3740QM sprawił, że ten cel stał się realny.

Czy warto maksymalnie modernizować ThinkPada T420?

Finansowo taki projekt trudno racjonalnie uzasadnić. Za pieniądze wydane na laptopa, części, programatory, procesory, chłodzenie, adapter FHD i matrycę można kupić zdecydowanie nowszy komputer.

Ale nie taki był cel.

Ten projekt był połączeniem renowacji, nauki, diagnostyki i sprawdzania możliwości konstrukcji, która ma już kilkanaście lat. Po drodze okazało się również, że czasami trzeba cofnąć się o krok. 3940XM był efektowny i udowodnił, że T420 z Corebootem potrafi uruchomić 55-watowego Extreme Edition, ale dopiero 3740QM dał konfigurację, której rzeczywiście chcę używać.

I to jest chyba najważniejszy wniosek z całej modernizacji.

Najlepszy ThinkPad T420 nie musi mieć najmocniejszego procesora, jaki da się do niego włożyć. Powinien mieć najmocniejszą konfigurację, która nadal działa stabilnie, cicho i przewidywalnie.

W obecnej wersji projekt praktycznie dobiegł końca. Pozostała jeszcze kwestia słabszej baterii, którą prawdopodobnie wymienię w najbliższym czasie. Najważniejsze elementy są jednak gotowe: Coreboot, Ivy Bridge, 16 GB RAM, nowoczesne Wi-Fi, FHD IPS oraz poprawione chłodzenie.

T420 nadal wygląda jak klasyczny ThinkPad z początku poprzedniej dekady, ale pod względem możliwości znajduje się daleko poza konfiguracją, którą Lenovo przewidywało dla tego modelu. Co ważniejsze, po wszystkich eksperymentach przestał być projektem testowym. Stał się po prostu laptopem, którego można otworzyć, uruchomić i normalnie używać.

Pozostałe wpisy o ThinkPadzie T420i

Finalna konfiguracja jest efektem kilku wcześniejszych eksperymentów z firmware, procesorami i całym sposobem uruchamiania laptopa. Poszczególne etapy projektu opisałem dokładniej w osobnych artykułach:

• Coreboot w ThinkPadzie T420 – odblokowanie procesorów Ivy Bridge i Intel Core trzeciej generacji
• Intel Core i7-3940XM w ThinkPadzie T420i – jak uruchomiłem 55-watowego Ivy Bridge dzięki Coreboot
• SeaBIOS czy EDK2 w Coreboot? Test obu payloadów na ThinkPadzie T420