Cum se face un overclocking

Cum se face un overclocking

În esenta, overclocking-ul însemna modificarea frecventei semnalului de tact a unitatii centrale de procesare (UCP) la o valoare mai mare decât ceea
indicata de producator. Astfel putem creste performanta procesorului si prin aceasta a tot sistemului de calcul, fara sa investim într-un nou procesor
mai rapid si mai scump. Cu toate ca overclocking- ul avantaje atât financiare cât si de performanta, trebuie sa fim constienti de aspectele negative ce
apar în jurul overclocking-ului. Acest articol are ca scop initierea în 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 într-unul cu performante
superioare fara investitii costisitoare, putând ajunge usor la performanta unui sistem dotat cu un procesor mai puternic. În cele mai multe cazuri
utilizatorul însusi poate efectua modificarile pe placa de baza, fara sa fie un expert în 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 când unele procesoare sau circuite vitale s-au stricat cu viteza luminii, marcând
tragica lor stingere din viata printr-o mic nor de fum. Acesta este, evident, extrema cea mai nefavorabila, în realitate aceasta experienta trista este
foarte rara. În 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
câmpul electric determina migrarea atomilor de fier în jurul straturilor pasive de siliciu alcatuind zone de conductivitate care pot determina scurtcircuite
interne în structura circuitului integrat. Într-un procesor cu frecventa de tact marita acest fenomen se agraveaza. Înainte însa de a întra în panica
trebuie sa stim ca procesoarele sunt proiectate sa functioneze între temperaturi de la ?25 pâna la +80°C. (Temperatura externa masurabila de 70°C ne
indica limita interna de 80°C. Ca sa nu depasim aceasta limita trebuie sa înlocuim radiatorul actual cu unul de suprafata marita si dotat cu un ventilator
corespunzator). Migrarea electronilor nu determina însa 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 în care am marit frecventa de tact si nu în ultimul rând 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 asteptând
ca sistemul sa reporneasca. Sa nu aplicam overclocking-ul în cazul sistemelor unde functionarea continua este vitala (servere, procese industriale,
sisteme oglinda, etc.).

-O problema fatala constituie deteriorarea procesorului. În 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. În cazurile extreme când 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. În alte cazuri defectarea ventilatorului de racire
poate determina supraîncalzirea stratului de siliciu si prin aceasta pierderea controlului circuitelor interne procesorului, rezultând 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). Înainte de încercari 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 încercarilor 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 în
majoritate avem posibilitatea de a seta tactul la 83 MHz, recent apar si cele care suporta 100 MHz. Pe lânga frecventa de tact o importanta marita are
gama de tensiuni de alimentare a procesorului. Placa de baza sa cunoasca gama între 3,3V si 3,45V (3,6V), în cazul procesoarelor MMX (P55C) sau K6,
K6-2, Cyrix M2 sau 6X68L sa dispunem si de tensiunea secundara (split voltage) de la 2,1V pâna la 2,9V preferabil în 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 încalzesc 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 înseamna ca nu am depasit limita de 60°C, 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 între suprafata radiatorului si
procesorului, umplând totodata micile neliniaritati (rezultate din tehnologia de fabricatie) ale suprafetelor în contact.

Când 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 în MB/s) între 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 întrebare: 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 în 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 când 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 (în 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). Însa merita de la 133 MHz la 150 MHz daca alegem 75*2!

Înainte 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 scotând si
remontând jumper-ii implicati. În 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, în general probleme de tehnica digitala în care nu ne permitem sa ne
implicam în cadrul acestui articol. În cazul când sistemul dupa o prealabila marire a frecventei tactului refuza sa porneasca putem încerca marirea
tensiunilor de alimentare. Sa nu uitam însa de efectele termice accentuate! Procesoarele trebuiesc racite eficient în permanenta.


Consecinte hardware

Prin modificarea frecventei de baza modificam si frecventa de tact a busului PCI aceasta putând 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 supraîncalzi precum si circuitele de
control al harddisk-ului.

Viteza de transfer al harddisk-urilor EIDE pe lânga 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 în 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 întreruperi care fiind integrate pe placa de baza de obicei suporta fara probleme tactul marit
modificând prin urmare diagramele de timp ale protocoalelor de transfer initiale. Pot aparea pocneturi suparatoare în sunetul generat de placa de sunet,
modemul îsi 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 decât cele din seria
P54C. Cam 10% dintre aceste procesoare (primul lot) sunt echipate cu protectie împotriva fortarii la frecvente de tact mai mari decât cele prevazute
(overclock protection) astfel aceste procesoare refuza multiplicatorii de 2,5 si 3. Tabelul 1 indica câteva 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, însa 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 în 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 în cazuri extreme si destul de rare. Chiar daca este fortat, necesita o racire
puternica sau intercalarea perioadelor de "odihna". Aceasta nu înseamna însa ca nu se pot forta. De exemplu, rulam timp îndelungat 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 îl
intereseaza performanta reala, siguranta în functionare timp îndelungat. Nu ma pot pronunta pe lânga un anume program de testare, fiecare generând
alte si alte rezultate, care depind sensibil de configuratia hard si nu doar de procesor. În opinia mea, cele mai bune teste din punct de vedere al
utilizatorului ramân jocurile, sistemul de operare sau programele Microsoft. În cazul jocurilor, dupa un overclocking reusit deseori putem observa
accelerarea generarii lumii virtuale, încarcarea 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 încercam 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.

NOTA!!! Acest articol nu este scris de nime. Apartine domnului Csernáth Géza care este inginer de automatizari la IntegraSoft din Târgu Mures, l-am publicat deoarece mi se pare bun, coerent si la obiect.