Overclocking - Cum se face un overclocking?

Overclocking -- Prezentare generala

Definitie
Sugerata prin insusi numele sau, overclocking-ul este operatiunea prin care putem creste artificial frecventa de functionare a unui procesor peste valoarea sa nominala cu mai multe procente, fara sa ne coste si mai ales fara sa riscam nimic, daca stim exact cum sa procedam.

Explicatie stiintifica
Nici unul dintre producatorii de procesoare nu detine linii de fabricatie diferite pentru fiecare frecventa in parte, in cadrul aceleiasi game de CPU-uri. Inainte de a fi marcat la frecventa la care produsul va fi vandut, procesorul este supus unor teste (care sa reflecte cele mai vitrege conditii din realitate), iar exemplarele care reusesc sa le ruleze stabil la o anumita frecventa de tact sunt marcate corespunzator. In caz contrar, testul se repeta la o frecventa mai joasa si asa mai departe, pana la atingerea minimului stabil. Aici intervine sansa overclocker-ului: daca producatorul testeaza procesorul dupa un standard dus la extrem, inseamna ca in realitate procesorul va putea rula si la o frecventa mai mare decat cea inscriptionata, perfect stabil, intr-un PC obisnuit, unde sansele sa se reproduca acel test extrem (si in consecinta blocarea) sunt aproape nule. Pe langa acesta marja generoasa de eroare, utilizatorul mai beneficiaza si de avantajele unui marketing mai neobisnuit, si anume daca cererea pietei este mai mare pentru o anumita frecventa, mai joasa decat maximul suportat, acel procesor este marcat la un numar de MegaHertzi mai mic decat ar putea el rula, el fiind in realitate 'apt' de o frecventa superioara, daca il setam manual ca atare. Astfel, marea atractie oferita de overclocking are la baza faptul ca utilizatorul va plati mai putin pe un produs echivalent cu unul mai scump.

Riscuri
Spuneam ca aceasta operatiune este lipsita de risc daca stim cum s-o realizam, deoarece in cel mai rau caz, cand se atinge frecventa la care efectiv nu mai poate functiona, procesorul incepe sa provoace erori in operare si blocari ale sistemului. Cum acestea sunt reversibile, nu avem decat sa selectam ultima frecventa la care procesorul a rulat stabil si obtinem astfel un salt de performanta gratuit.
Inainte de orice sugestie, tinem sa precizam ca in cazul overclocking-ului, cuvantul de ordine este precautia. Sa nu credeti ca se poate pune un procesor de 100 MHz la 200 MHz, sa nu credeti ca dubland sau tripland voltajul procesorului acesta va rula mai repede si stabil. In aceste doua cazuri riscul arderii procesorului e mare, singur sau cu tot cu placa de baza. La un overclocking, totul se rezuma la caldura disipata de procesor, atingerea unei valori prea ridicate blocand procesorul, sau in cazuri extreme, arzandu-l iremediabil. Este nevoie de cunostinte tehnice privind calculatoarele, pentru aprecierea corecta a unei valori teoretice maxime la care ar rezista procesorul. Factorii ce asigura un overclocking reusit sunt numerosi, fiind prezentati pe larg in articol

Cum se face un overclocking

In esenta, overclocking-ul insemna modificarea frecventei semnalului de tact a unitatii centrale de procesare (UCP) la o valoare mai mare decat ceea indicata de producator. Astfel putem creste performanta procesorului si prin aceasta a tot sistemului de calcul, fara sa investim intr-un nou procesor mai rapid si mai scump. Cu toate ca overclocking- ul avantaje atat financiare cat si de performanta, trebuie sa fim constienti de aspectele negative ce apar in jurul overclocking-ului. Acest articol are ca scop initierea in overclocking prin sfaturi practice si prin dezvaluirea pericolelor legate de aceasta tema.

Avantaje si dezavantaje

Overclocking-ul este o cale atractiva de a mari performantele PC- ului existent, deoarece sistemul actual poate fi transformat intr-unul cu performante superioare fara investitii costisitoare, putand ajunge usor la performanta unui sistem dotat cu un procesor mai puternic. In cele mai multe cazuri utilizatorul insusi poate efectua modificarile pe placa de baza, fara sa fie un expert in hardware, fiind vorba de manipularea jumper-ilor care determina frecventa semnalului de tact a procesorului si a busului sistem, precum si de montarea unui sistem de racire de capacitate mai mare.

Nu uitati ca sunt si anumite dezavantaje inerente. Nu sunt rare cazurile cand unele procesoare sau circuite vitale s-au stricat cu viteza luminii, marcand tragica lor stingere din viata printr-o mic nor de fum. Acesta este, evident, extrema cea mai nefavorabila, in realitate aceasta experienta trista este foarte rara. In general, overclocking-ul este inofensiv. Trebuie totusi sa precizam unele amanunte:

-Circuitele integrate nu sunt imortale. Fiecare se va deteriora dupa un timp din cauza migrarii electronilor (electromigration). Temperatura ridicata si campul electric determina migrarea atomilor de fier in jurul straturilor pasive de siliciu alcatuind zone de conductivitate care pot determina scurtcircuite interne in structura circuitului integrat. Intr-un procesor cu frecventa de tact marita acest fenomen se agraveaza. Inainte insa de a intra in panica trebuie sa stim ca procesoarele sunt proiectate sa functioneze intre temperaturi de la ?25 pana la +80C. (Temperatura externa masurabila de 70C ne indica limita interna de 80C. Ca sa nu depasim aceasta limita trebuie sa inlocuim radiatorul actual cu unul de suprafata marita si dotat cu un ventilator corespunzator). Migrarea electronilor nu determina insa deteriorarea imediata a circuitelor integrate. Durata medie de viata a unui procesor este de 10 ani, unuia cu tactul marit de 3-4 ani dar aceasta depinde de temperatura, de masura in care am marit frecventa de tact si nu in ultimul rand de tipul procesorului.

-Cu marirea frecventei de tact creste posibilitatea ca sistemul sa devina instabil. Aceasta deseori conduce la pierderi de date, pierdere de timp asteptand ca sistemul sa reporneasca. Sa nu aplicam overclocking-ul in cazul sistemelor unde functionarea continua este vitala (servere, procese industriale, sisteme oglinda, etc.).

-O problema fatala constituie deteriorarea procesorului. In acest caz din cauza temperaturii ridicate peste limita maxima conductele din fir de aur care leaga punctele de conectare a placii de siliciu cu pinii de conectare a procesorului se topesc. Pericolul arderii procesorului creste odata cu masura maririi frecventei tactului. In cazurile extreme cand un procesor proiectat pentru 75 MHz este fortat la 150 MHz (Intel) sau procesorul Cx6x86 de 200 MHz fortat la 233 MHz care are o multiplicare interna a tactului de 1,5, pericolul deteriorarii este si mai reala. In alte cazuri defectarea ventilatorului de racire poate determina supraincalzirea stratului de siliciu si prin aceasta pierderea controlului circuitelor interne procesorului, rezultand resetarea brusca a sistemului.

Unde putem actiona

Procesorul este factorul principal. Cele mai bune rezultate se pot obtine cu procesoarele firmei Intel din seria Pentium (P5XX). Inainte de incercari sa verificam daca dispunem de procesor autentic Intel si nu de unul falsificat!

Placa de baza este un al element cheie. Calitatea placii de baza este la fel de importanta ca si calitatea procesorului. Practic reusita incercarilor de fortare este garantata daca dispunem de placi fabricate de Asus, Abit, Aopen, etc. echipate cu chipset Intel. Din punctul de vedere al overclocking-ului este necesar ca pe placa de baza sa dispunem de urmatoarele valori de baza ale frecventei de tact: 50, 55, 60, 66, 75, 83, 100 MHz. Pe placile de baza in majoritate avem posibilitatea de a seta tactul la 83 MHz, recent apar si cele care suporta 100 MHz. Pe langa frecventa de tact o importanta marita are gama de tensiuni de alimentare a procesorului. Placa de baza sa cunoasca gama intre 3,3V si 3,45V (3,6V), in cazul procesoarelor MMX (P55C) sau K6, K6-2, Cyrix M2 sau 6X68L sa dispunem si de tensiunea secundara (split voltage) de la 2,1V pana la 2,9V preferabil in trepte de 0,1V. (Tensiuea secundara este necesara alimentarii circuitelor interne procesoarelor MMX unde numai partea de I/O functioneaza la 3,45V). Un aspect important este posibilitatea multiplicari (CPU to Bus Frequency Ratio Selection) frecventei de tact cu: 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5.

Memoriile folosite sunt, de asemenea, decisive. Daca frecventa tactului de baza (a busului de sistem) depaseste valoarea de 66 MHz avem nevoie de memorii de 60ns EDO, la 83MHz de memorii EDO de calitate si marca superioara sau SDRAM-uri care functioneaza si la 100 MHz (marci de calitate).

Dupa factorii de mai sus, cel mai important lucru este racirea eficienta. Noile procesoare SSS fabricate cu tehnologia de 0,35 microni nu se incalzesc la fel de puternic ca cele vechi fabricate cu tehnologia de 0,6 microni. Cu urmatorul test empiric putem determina daca procesorul nostru va rezista la fortare: dupa circa 20 de minute de functionare oprim alimentarea sistemului, scoatem radiatorul si atingem suprafata procesorului. Daca putem tine degetul apasat pe suprafata procesorului inseamna ca nu am depasit limita de 60C, procesorul va rezista! Dupa aceasta pe suprafata procesorului se aplica un srat de silicon pe care va fi lipit radiatorul. Siliconul fiind bun conducator termic intensifica (sporeste) schimbul de caldura intre suprafata radiatorului si procesorului, umpland totodata micile neliniaritati (rezultate din tehnologia de fabricatie) ale suprafetelor in contact.

Cand vorbim de frecventa de baza trebuie sa stim ca aceasta valoare se refera la tactul busului extern procesorului. Aceasta frecventa determina viteza de comunicare (rata de transfer exprimat in MB/s) intre memoria sistem, memoria cache si procesor. De aici se ramifica frecventa de tact a busului PCI prin divizarea frecventei de baza cu 2 (de exemplu la un tact de baza de 66 MHz avem un tact de 33 MHz pe busul PCI, la 75 MHz de 37,5 MHz, etc.). Frecventa tactului intern procesorului se genereaza prin multiplicarea valorii frecventei de baza cu multiplicatorii predefiniti de: 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5. Astfel, putem obtine pentru o frecventa de baza de 66 MHz tacturi interne procesorului de 99, 132, 165, 198, 231 MHz (pentru frecventa de baza de 75 MHz rezulta 112, 144, etc.).

Dupa cele precizate se pune urmatoarea intrebare: daca dispunem de un Pentium de 100 MHz cum trebuie sa setam frecventa de baza si multiplicatorul (66*1,5 sau 50*2) ca sa obtinem performanta maxima? Raspunsul este firesc, alegem 66 MHz ca frecventa de baza cu multiplicatorul de 1,5. Astfel vom ajunge la frecventa de 33 MHz pe busul PCI si 99(100) MHz pentru tactul intern procesorului. Cu 50 MHz si multiplicator de 2 ajungeam la 25 MHz pentru busul PCI, 50MHz pentru memorie sistem si cache, care in ansamblu (desi procesorul ruleaza la 100 MHz) rezulta o performanta inferioara primei configuratii.

Merita oare sa fortam un procesor de 166 MHz la 180 MHz cand pentru 166 MHz avem frecventa de baza de 66 MHz iar pentru 180 MHz avem de 60 MHz (60*3=180)? Raspunsul este NU! Sa retinem: marirea frecventei tactului intern procesorului pe seama micsorarii frecventei de baza nu conduce la marirea performantelor sistemului (in unele cazuri chiar stricam performantele initiale)! La fel nu merita fortarea de la 100 MHz (66*1,5) la 120 MHz (60*2) sau de la 133 MHz (66*2) la 150 MHz (50*3). Insa merita de la 133 MHz la 150 MHz daca alegem 75*2!

Inainte de a modifica orice configuratie de jumper-i de pe placa de baza sa notam configuratia veche! Preferabil sa rasfoim caietul de serviciu al placii de baza unde de obicei gasim tabelate posibilitatile de modificare. Modificarile sa le efectuam cu grija oprind alimentarea sistemului, cu o penseta scotand si remontand jumper-ii implicati. In cazul sistemelor care folosesc tehnologia SoftMenu, aceste modificari se pot efectua din meniuri BIOS.

Cel mai riscant este schimbarea tensiunii de alimentare a procesorului. Procesoarele Pentium si Pentium Pro functioneaza si la 4,6V cu conditia unei raciri puternice. Cu marirea tensiunii de alimentare contribuim la separarea accentuata a nivelelor logice de '1' si '0'. Explicarea fenomenului se complica cu timpi de stabilire a semnalelor pe nivele, durata fronturilor crescatoare si cazatoare, in general probleme de tehnica digitala in care nu ne permitem sa ne implicam in cadrul acestui articol. In cazul cand sistemul dupa o prealabila marire a frecventei tactului refuza sa porneasca putem incerca marirea tensiunilor de alimentare. Sa nu uitam insa de efectele termice accentuate! Procesoarele trebuiesc racite eficient in permanenta.

Consecinte hardware

Prin modificarea frecventei de baza modificam si frecventa de tact a busului PCI aceasta putand fi sursa unor erori hardware. Pe busul PCI sunt conectate driverele video, placile de retea, drivere SCSI. Acestea din urma de obicei refuza cooperarea, placile de retea pot suferi desincronizari repetate (largimea de banda ? rata de transfer reala scade esential). Procesoarele grafice de pe driverele video la fel se pot supraincalzi precum si circuitele de control al harddisk-ului.

Viteza de transfer al harddisk-urilor EIDE pe langa modul de lucru (PIO, DMA, UDMA) depinde si de frecventa de baza a busului extern procesorului. Harddisk-urile vechi nu suporta 75 MHz. Cele noi (marci autentice de la 1,2GB in sus) suporta si frecventa de 83 MHz.. Daca harddisk-ul refuza frecventa marita ca o eventualitate putem modifica PIO MODE-ul din BIOS-ul sistemului la o valoare mai mica.

Frecventa de tact a busului ISA trebuie sa fie de 8 MHz. Daca marim frecventa de baza prin urmare se mareste si frecventa de tact a busului ISA. Perifericele conectate la busul ISA precum placa de sunet, modemul, o placa de retea mai veche pot suferi desincronizari, pierderi de date datorita circuitelor atasate cum ar fi controller-ul DMA sau de intreruperi care fiind integrate pe placa de baza de obicei suporta fara probleme tactul marit modificand prin urmare diagramele de timp ale protocoalelor de transfer initiale. Pot aparea pocneturi suparatoare in sunetul generat de placa de sunet, modemul isi pierde 'linia', placa de retea raporteaza pierderi de pachete, etc. Frecventa tactului busului ISA se obtine prin divizarea cu 4 a frecventei de tact a busului PCI (do obicei setabila din BIOS unde apare sub numele de ISA Clock Speed). La 66 MHz frecventa de tact al busului PCI este de 33 MHz de unde rezulta 8,25 MHz pentru busul ISA. Cu 83 MHz ajungem la 41,5 MHz pentru PCI si 10,37 MHz pentru ISA.. O eventuala rezolvare ar pute fi marirea factorului de divizare din BIOS sau intercalarea a mai multor 'wait state'.

Procesoarele Intel Pentium sunt cele mai rezistente la overclock-ing. Astfel procesoarele din noua serie MMX sunt mai rezistente decat cele din seria P54C. Cam 10% dintre aceste procesoare (primul lot) sunt echipate cu protectie impotriva fortarii la frecvente de tact mai mari decat cele prevazute (overclock protection) astfel aceste procesoare refuza multiplicatorii de 2,5 si 3. Tabelul 1 indica cateva dintre posibilitatile de overclocking a procesoarelor Intel Pentium. Mentionam faptul ca pentru configuratiile care implica 83 MHz trebuie sa dispunem de un hardware de calitate superioara.

Procesoarele Pentium Pro sunt fiabile si de o calitate buna, insa sunt putine placi de baza compatibile Pentium Pro care suporta 75 sau 83 MHz. Procesorul de 150 MHz ruleaza satisfacator la 166 MHz (2*66 MHz), cel de 200 MHz la 233 MHz (3,5*66 MHz) sau 266 MHz (4*66 MHz).

AMD, Cyrix, AMD K5 sunt procesoare din linia doua pe piata si in general sunt folosite la limitele maxime posibile tehnologiei lor de fabricatie. Un astfel de procesor, proiectat la 200 MHz, nu-si poate depasi aceasta limita numai in cazuri extreme si destul de rare. Chiar daca este fortat, necesita o racire puternica sau intercalarea perioadelor de 'odihna'. Aceasta nu inseamna insa ca nu se pot forta. De exemplu, rulam timp indelungat un procesor AMD K5 de 133 MHz la 166 MHz (2,5*66 MHz) echipat cu un radiator tip Pentium 200. Procesoarele Cyrix sunt foarte sensibile la fortare datorita caldurii degajate, astfel overclocking-ul acestor procesoare este contraindicata. Seria Cx6x86 recunoaste numai multiplicatorii de 2 si 3, iar multiplicatorul de 3 o foloseste numai la 3*50 MHz care din cauza micsorarii frecventei de baza nu merita efortul fortarii.

Evaluarea rezultatelor

Exista nenumarate programe de test cu care se pot evalua performantele unui sistem, ex. Winstone, Wintune, Sisoft Sandra etc. De obicei, pe utilizator il intereseaza performanta reala, siguranta in functionare timp indelungat. Nu ma pot pronunta pe langa un anume program de testare, fiecare generand alte si alte rezultate, care depind sensibil de configuratia hard si nu doar de procesor. In opinia mea, cele mai bune teste din punct de vedere al utilizatorului raman jocurile, sistemul de operare sau programele Microsoft. In cazul jocurilor, dupa un overclocking reusit deseori putem observa accelerarea generarii lumii virtuale, incarcarea rapida a misiunilor etc. Un alt test satisfacator ar putea fi rularea programelor de arhivare-dezarhivare sau player-elor de mp3.

Sa fim totdeauna realisti! Sa nu incercam fortarea unui procesor de 100 MHz la 200 MHz, chiar daca ar fi un Intel Pentium. Overclocking-ul este totdeauna o operatie riscanta, sa-l efectuam cu grija si cu atentie sporita.