Оверклокинг для всех. «Домашний» разгон процессора с открытым множителем
Так получилось, что за без малого двадцать лет айтишной практики мне ни разу не приходилось иметь дело с оверклокингом – другие как-то все были интересы. Тем не менее, подбирая конфигурацию для очередного нового (хотя теперь уже далеко не нового) компьютера, я почему-то остановился на процессоре Intel с открытым множителем – i5-2500К. Зачем я так сделал, сейчас уже не вспомню, возможно, предполагал все-таки разобраться на старости лет, что же такое этот оверклокинг. И вот как-то вечером, когда делать было нечего, я понял, что момент настал, и углубился в изучение вопроса, а следующим вечером применил изученное на практике. О чем и собираюсь доложить.
Теория разгона
Вопросы разгона интересовали человечество все время с того момента, как компьютерная техника пришла в массы. Главный движитель оверклокинга – дух соревнования, азарт, желание добиться лучших результатов, чем другие. Ну а основной его объект – ни в чем не повинные процессоры, которые подвергают нечеловеческим нагрузкам ради получения этих самых результатов. 
Существует два основных способа разгона процессора. Первый – увеличение частоты тактового генератора BCLK, который через множители определяет частоту работы процессора, памяти, шин и мостов. Этот вариант в принципе универсален, однако имеет множество нюансов и ограничений, связанных с конкретным процессором и материнской платой, поэтому чтобы ваши эксперименты не привели к кончине компьютера, необходимо во всем тщательно разобраться. Второй способ – изменение множителя процессора, того самого, на который умножается BCLK, чтобы получилась рабочая частота. Данный путь намного безопаснее (изменению подвергаются только режим работы процессора, а не всей системы) и проще (за разгон отвечает по сути один параметр), однако имеется одно но: множитель должен быть разблокирован (разрешен для изменения) производителем процессора. 
Изначально процессоры Intel имели открытый множитель, однако в 90-х годах прошлого века после серии скандалов, связанных с перемаркировкой процессоров недобросовестными поставщиками, когда медленные процессоры разгонялись и продавались по цене более быстрых, компания заблокировала множитель. С тех пор разблокированный множитель встречался только в топовых моделях «для энтузиастов», которые, естественно, стоили недешево. Ситуация принципиально изменилась с появлением процессоров второго поколения Intel Core (Sandy Bridge) – в их линейке присутствовали модели с разблокированным множителем для массового потребителя, получившие индекс К. Первоначально стоимость К и не-К варианта одного процессора отличалась довольно существенно, однако сейчас она практически сошла на нет (например, разница между Core i5 3570 и Core i5 3570К сегодня составляет 150 рублей).
Итак, Intel сама открыла дорогу для «домашнего», быстрого и требующего высокой квалификации, разгона. Грех такой возможностью не воспользоваться, и я начал свои эксперименты. В качестве тестового стенда, как я уже говорил, в который раз выступил мой многострадальный домашний компьютер, к слову сказать, совершенно для разгона не подготовленный, скорее наоборот, выбиравшийся из соображений экономичности и бесшумности.
Эксперимент
Согласно спецификации, i5-2500K работает на множителях от 16 до 56. При стандартных параметрах и использовании SpeedStep мы имеем 16х в простое и 34х под нагрузкой. Теперь запустим процесс. «Домашний» разгон стал таким домашним, что может теперь быть произведен прямо из Windows, не заходя в BIOS. Но мы все-таки побудем для начала олдфагами – только BIOS, только хардкор! Впрочем, особого хардкора не получится – там нам понадобится всего один параметр; в BIOS моей материнки ASUS P8Z68-V LX он называется CPU Ratio и находится в меню CPU Power Management. Для разгона процессора выше стандартных значений потребуется также включить опцию Turbo Mode (она никак не относится к Intel Turbo Boost, который, напротив, рекомендуют выключить).
Первый разгон был крохотным, до 36х, дабы ознаменовать мое вступление в ряды оверклокеров. Однако фанфар не последовало, и вообще ничего не случилось, кроме частоты в мониторе ЦПУ. Температура так же осталась неизменной. Следующий уровень – 40х, знаменательная цифра, еще недавно такой результат (при разгоне «по шине») считался гроссмейстерским. Высота была взята без малейшего усилия и без изменения напряжения на процессоре. А вот температура, к сожалению, поползла вверх и при 100% нагрузке достигла 68 градусов. Ничего не поделаешь, система охлаждения, установленная на компьютере, показала себя совершенно негодной для разгона.
Шаг третий. 44х, то есть 1 ГГц прироста. Сделав морду кирпичом, я запустил компьютер. «Ну уж нет, хватит», — ответил он и вылетел в синий экран. Нужно увеличивать напряжение питания процессора. Я поднял сразу до 1,4 В, чтобы хватило. Теперь я решил действовать через GUI в Windows. В поставляемом вместе с материнкой ASUS ПО AI Suite за оверклокинг отвечает компонент Turbo V EVO. Для своей работы эта программа использует контроллер TPU (TurboV Processing Unit) на материнской плате. Модуль TPU настолько интеллектуален, что может сам, без участия человека, разогнать систему до максимально возможных параметров. Таким образом, технология разгона, с точки зрения «чайника», достигла своей наивысшей точки, когда для получения результата достаточно нажать одну кнопку «сделать, чтобы все было зашибись».
Толком протестировать режим 4,4 ГГц мне не удалось, так как уже через несколько секунд после запуска полной нагрузки температура поднялась до предельно допустимой, и я был вынужден прервать эксперимент. Однако не сомневаюсь, что с нормальным охлаждением работа процессора была бы стабильной – в этом меня убеждают многочисленные эксперименты других пользователей. Если говорить конкретно о i5-2500K, то до 4,5 ГГц процессоры работают абсолютно у всех, результат 5 ГГц довольно обычен, а самые упертые дошли до 5,2 ГГц. Подчеркну, что речь идет о стабильной работе при большой (тестовой или реальной) нагрузке. Таким образом, мы имеем дело с более чем 50% приростом по частоте при минимальных материальных и душевных затратах.
Результаты и выводы
Как и ожидалось, результаты вычислительных тестов ползли линейно вверх при увеличении частоты. Для примера я выбрал целочисленный «шахматный» тест CPU Queen. Как видим, при максимальном разгоне наш процессор «подвинул» не только экстремальный i7 первого поколения, но и серверный Xeon (хотя изначально уступал обоим).
Кому-то, наверное, интересно, что случилось с индексом производительности Windows? Практически ничего, он увеличился всего на одну десятую, с 7,5 до 7,6. Однако не стоит забывать, что для Windows 7 максимальное значение индекса составляет 7,9, поэтому большого скачка произойти и не могло.
Теперь попробуем ответить на вопрос, кому же нужен этот разгон – кроме, непосредственно, оверклокеров? На него, впрочем, ответили до нас: в первую очередь – любителям компьютерных игр. Эксперименты показали, что мощности процессора на стандартных частотах не хватает для «запитки» топовых видеокарт, особенно если их несколько, и с ростом частоты до определенного предела производительность в играх тоже растет. Насыщение наступает, кстати, на наших «домашних» 4-4,5 ГГц, именно на этой частоте процессор перестает быть «узким местом» всей системы. Кроме того, лишнему гигагерцу будут определенно рады люди, имеющие дело с тяжелым медиа контентом, ну и, конечно же, уважаемые поклонники распределенных вычислений. Замечу, что всем категориям граждан придется зорко следить за температурой процессоров и их системой охлаждения – иначе легкий «пшик» и задымление обеспечено.
Что нужно знать о разгоне процессоров
Разгон (overclocking) процессоров — один из самых доступных способов увеличить производительность рабочей станции без внушительных финансовых затрат. Однако новички, зачастую, не понимают, как к этому делу подступиться и переживают за работоспособность системы при неправильном разгоне. На самом деле, базовый «оверклокинг» довольно легко провернуть при надлежащем уровне аппаратного обеспечения.
С чего нужно начать
Сразу стоит отметить, что разгоняемыми являются почти все процессоры от AMD (Ryzen или FX), а у Intel это будут модели с индексом «K» или «X» (например, Intel Core i9-9900K или Core i7-9700K). Также для разгона потребуется материнская плата с подходящим чипсетом.
Не вдаваясь в подробности об устройстве чипсета, можно сказать, что для разгона Intel понадобятся материнские платы с чипсетом маркировки «Z» или «X» (Z99, Z390, X99, X299 и т.д.). Для «оверклокинга» процессоров от AMD семейства Ryzen подойдет любая материнская сокета AM4 на чипсетах B350, B450, X370, X470 или X570. Исключение составляет чипсет A320, на котором разгон процессоров AMD не поддерживается.
Принцип разгона любого процессора
Каждый процессор состоит из нескольких ядер, которые работают на определенной тактовой частоте, измеряемой в ГГц (МГц). Это значение показывает количество тактов процессора в секунду и получается путем умножения множителя процессора на частоту шины (некий магистральный канал, который обеспечивает взаимодействие процессора с чипсетом). Частота шины сегодня является константным значением. Таким образом, мы получаем базовую частоту процессора (или частоту всех ядер), например, процессор Intel Core i3-9100F, согласно характеристикам, имеет базовую частоту 3,6 ГГц, то есть его базовый множитель составляет 36:
36 (множитель) x 100 МГц (const частота шины) = 3600 МГц.
Помимо базового значения частоты, практически любой современный процессор имеет режим повышенной производительности (Turbo Boost), когда множитель автоматически меняется, разгоняя ядра процессора. Для того же i3-9100f это значение составляет 4,2 ГГц, то есть, согласно формуле, множитель процессора в нагрузке меняется на 42, вместо 36.
Принцип разгона процессоров состоит в том, чтобы увеличивать множитель процессора на значение, большее, чем установлено производителем, тем самым повышая тактовую частоту ядер процессора или увеличивая производительность системы за счет большего количества операций, обрабатываемых процессором в секунду.
Однако все оказывается не так просто. Для каждого процессора существует определенный порог частоты, который он не способен преодолеть без угрозы деградации ядер. Этот порог обуславливается напряжением и соответствующей температурой.
Особенности энергопотребления процессоров
Для того чтобы процессор мог работать на более высоких частотах, ему потребуется повышенное энергопотребление, то есть — увеличение напряжения. При этом температура процессора будет увеличиваться экспоненциально. Как правило, процессоры от AMD или Intel начинают перегреваться и, как следствие, выключаться или пропускать такты, чтобы немного охладиться, на отметке в 85–95 градусов по Цельсию. Это и есть главный, ограничивающий фактор разгона процессоров.
Обычно напряжение процессоров находится в районе 1.2 V–1.3 V. При таких значениях система охлаждения способна развеивать выделяемое процессором тепло, позволяя системе работать стабильно. Для разгона потребуется повышать напряжение выше этих значений, но крайне нежелательно ставить его выше 1.45 V, особенно при слабой системе охлаждения.
Таким образом, весь процесс разгона заключается в нахождении «золотой середины» между максимальной частотой процессора и минимальным напряжением (и, соответственно, температуры), необходимым для стабильной работы системы на заданной частоте процессора.
Требования к охлаждению
Процессор, как и любой другой элемент компьютера, нагревается во время работы, поэтому необходимо обеспечить ЦПУ качественным охлаждением. В зависимости от архитектуры, частоты и напряжения на ядра, у каждого процессора есть свой показатель TDP (Thermal Design Power — тепловая расчетная мощность), который измеряется в ваттах и показывает мощность, на которую должна быть рассчитана система охлаждения. Например, у Ryzen 7 3700X показатель TDP «из коробки» равен 65 Вт. Это означает, что кулера, рассчитанного на 95 Вт, с излишком хватит для неразогнанного 3700X.
При разгоне тепловыделение процессора растет, поэтому всегда стоит брать систему охлаждения с запасом. Для разгона мощных многоядерных процессоров хорошо подойдут башенные воздушные и двухсекционные (и более) жидкостные системы охлаждения.
Выбор материнской платы
Как уже было сказано, при разгоне процессора возрастает его энергопотребление и нагрузка на цепи питания материнской платы. Поэтому для безопасного разгона рекомендуется подбирать плату с качественными силовыми элементами.
При желании, конечно, можно заниматься оверклокингом даже на плате самого начального уровня, имеющей 4-pin разъем питания процессора и 3 фазы питания. Главное, чтобы в BIOS было доступно изменение параметров частоты. Однако подобные эксперименты могут закончиться плачевно, ведь в таком режиме железо работает «на износ», и неизвестно сколько оно проживет под повышенной нагрузкой.
Питание процессора
4-pin подходит для питания процессоров не более 120 Вт. Компьютер продолжит работать и при более высоком потреблении энергии, но излишняя нагрузка будет негативно сказываться на состоянии как блока питания, так и материнской платы (4-pin может банально расплавиться и перегореть). Четыре провода 12 V имеют в два раза больше сечение, чем два, из-за чего увеличивается выдерживаемая нагрузка на кабели.
Стоит отметить, что через 4-pin коннектор можно запитать даже плату с разъемами 8+4, и все будет работать. Увеличенное количество контактов лишь призвано уменьшить нагрузку на каждый элемент и, следовательно, нагрев. Поэтому для разгона нужен разъем 8-pin CPU, ведь его хватит для любого процессора из массового сегмента рынка. К счастью, в 2020 году большинство блоков питания имеет восьмиконтактный коннектор.
Фазы питания
Система питания процессора на материнской плате должна подходить под разгон. Так как через разъем 8-pin, проходит 12 вольт, а обычное напряжение на процессор 1.2 V–1.3 V, то нужен элемент, корректирующий питание процессора. Эту роль на себя берёт VRM (Voltage Regulator Module). С его помощью на процессор подается питание с необходимыми параметрами.
Многофазовое устройство VRM снижает пульсации и нагрузку на электронику, что положительно влияет на работу системы питания. Информацию о количестве фаз можно найти на сайте производителя материнской платы, либо посчитав количество дросселей. Чем больше фаз, тем меньше нагрузка на каждый из транзисторов в сети, следовательно, меньше общее тепловыделение. Высокая температура влияет на сопротивление элементов, что негативно сказывается на работе системы и может, в конечном итоге, привести к выходу платы из строя.
Охлаждение силовых элементов
Чтобы фазы питания материнской платы стабильно работали при разгоне, им необходимо охлаждение. Поэтому, выбирая материнскую плату, надо обратить внимание на радиаторы, расположенные на мосфетах. Они должны быть достаточно массивными, чтобы рассеивать выделяющееся тепло и не допускать перегрева цепей питания.
Процесс разгона процессоров Intel и AMD
Когда с требованиями разобрались, можно приступать к разгону. Стоит сказать, что принцип разгона процессоров AMD и Intel одинаков. Единственное отличие, пожалуй, будет в возможности разгона BCLK-шины у AMD Ryzen, т.е. повышения той самой константы в пределах 5–8 %, но это процесс творческий и совсем необязательный, если нет желания точно регулировать частоту ОЗУ, вольтаж и частоту самой шины.
В первую очередь, нужно зайти в BIOS материнской платы. Для этого нужно запустить ПК и нажимать клавишу «Delete» на клавиатуре. После этого откроется интерфейс с большим количеством окон, но для начала нужно перейти в расширенный режим (Advanced Mode). Далее ищем во вкладке «Advanced»/«CPU Features» и отключаем (Disabled) технологии энергосбережения, такие как:
- Intel Speed Shift Technology
- CPU Enhanced Halt (C1E)
- C3 State Support
- C6 / C7 State Support
- C8 State Support
- C10 State Support
Далее ищем в этих же вкладках настройку CPU Load-Line Calibration (LLC). Эта настройка имеет несколько уровней и предназначена для управления напряжением в нагрузках. Нужно выбрать такой уровень, при котором график LLC будет плоским, то есть напряжение в простое и в нагрузке будет примерно на одном уровне. Для разных материнских плат уровни LLC и их количество разные. Если нет графика рядом с этой настройкой, стоит поискать такой график в интернете для конкретной платы или экспериментировать вручную, запуская стресс-тесты, проверять колебания напряжения.
После того, как первоочередные настройки были выполнены, можно приступать к разгону.
В BIOS нужно найти вкладку «Overclocking» (или различные вариации этой настройки, в зависимости от материнской платы). После этого переводим режим регулировки множителя в расширенный (Advanced/Expert/Manual). Становится доступно поле «CPU Ratio», изначально устанавливаем множитель равный частоте турбо-буста процессора (например, для Intel Core i7-8700K это значение составляет 4,7 ГГц или множитель 47), а также устанавливаем напряжение «CPU Core Voltage» в 1.2 V. Стоит отметить, что на некоторых материнских платах нужно синхронизировать изменение множителя для всех ядер: поле «CPU Core Ratio»/«Ratio Apply Mode».
После этого нажимаем клавишу F10, настройки сохраняются и компьютер перезагружается. Если система успешно загрузилась, запускаем стресс-тест процессора (например, AIDA64) и ожидаем 20–30 минут. При стабильной работе и оптимальных температурах (желательно до 90 градусов) можно продолжать разгон, повышая множитель процессора на единицу до тех пор, пока система не перестанет стабильно проходить стресс-тест или вовсе не запустится. Тогда повышаем напряжение на 0.01 V. К слову, если система не запускается, и, при включении, горит черный экран, нужно отключить ПК и вытащить батарейку CMOS из материнской платы (или замкнуть перемычку), тогда настройки BIOS вернутся к заводским, а процесс разгона придется повторить.
Источник https://habr.com/ru/companies/intel/articles/176331/
Источник https://club.dns-shop.ru/blog/t-100-protsessoryi/29353-chto-nujno-znat-o-razgone-protsessorov/