Zahoření CPU

Joro: článek popisuje jeden jev, se kterým jsem se setkal v menší míře i já. Jedná se o to, že se přetaktovaný procesor často po určité době "zajede" a stačí mu menší napětí (což zase mírně sníží emitované teplo), než při prvních pokusech s provozem na této frekvenci. Nejedná se sice o pravidlo, ale je pravdou, že se tato otázka objevuje na diskusních forech poměrně často. 

Nejdříve se podívejme na našeho kandidáta:

Co se skrývá za značkou 166ALR (formát xxxpvt).? Nahlédnutím do příslušné dokumentace snadno zjistíme, že:

Testovaná K6-ka tudíž běží na frekvenci 166MHz, má napětí jádra 2,755-3,045V a maximální teplotu na povrchu čipu 70°C.

Poznámka: U FCPGA procesorů se dnes udává teplota čipu. Obvykle činí maximálně kolem 80 - 90°C. Procesory v provedení PPGA (nebo obdobném) mají čip krytý vrstvou kovu. Ten je chrání před poškozením, ale zároveň klade odpor tepelné energii, která opouští procesor. Proto musí být na povrchu nižší teplota - uvnitř je totiž minimálně o dalších 10°C víc.

Insider: Historie AMD K6

Procesor K6 vznikl v roce 1997, několik měsíců poté, co AMD koupila firmu NexGen. Ta právě vyvíjela nový procesor, z něhož vzešla K6-ka. Model 6, první verze procesoru, byl vyráběn technologií 0,35ľm a obsahoval na svou dobu obrovských 64kB L1 cache, což mělo ovšem za následek zvýšení počtu tranzistorů na 8,8 milionu (více než Pentium II).

Model 6 byl díky tomu velký "žrout" proudu a nespokojil se s ledajakým napětím. Pro srovnání uvádím Pentium MMX (4,5 milionu tranzistorů):

Vyrobit 233MHz verzi nebylo vůbec snadné. Málokterý procesor byl ochoten pracovat spolehlivě na 3,2V. AMD proto ještě zvýšilo u některých procesorů voltáž na 3,3V.

Pokus

A nyní k předmětu zkoumání. O K6-kách se říká, že jdou přetaktovat tzv. o jeden stupeň, tj. z 166 na 200MHz, z 300 na 350MHz apod. Toto můžu jen potvrdit. Testovaná 166-ka bez nejmenších problémů pracovala na 200MHz, 233MHz však bylo na ni příliš, i když jsem zvedl napájení na 3,2V procesor ani nedojel do Windows.

Výjimkou byla situace, kdy jsem použil chladič, který před tím 1/2 hodiny pobýval v mrazáku (cca -24°C). I tak ale došlo do 2 minut od zapnutí PC k havarování systému. Navíc jsem měl menší problémy s kondenzací vodní páry na chladiči...

Je známé, že vyšších frekvencí dosahují procesory po zvýšení napájecího napětí a v situaci kdy jsem 3.2V už vyzkoušel, jsem musel jit výše. V honbě za každým MHz jsem se rozhodl pro poněkud kontroverzní řešení - vyzkoušet nedokumentované nastavení DIP přepínače (který je nepochybně referenčním děličem napětí). Standard byl takovýto:

Bylo mi totiž jasné, že deska musí zvládat i vyšší napětí pro starší procesory, které nemají duální napájení. Ty v případě Socketu 7 používají napětí 3,3V nebo 3,52V. V každém případě deska musela zvládat alespoň jedno z těchto napětí. Pochopitelně jsem nechtěl procesor spálit, proto jsem si opatřil chladič Cooler Master DP5-6H51 (recenze zde). Ten je určen pro procesory Athlon až do frekvence 1200MHz (66W tepla max.). 

Pak jsem nelenil a přepnul jsem "napěový můstek" DIP do následující polohy:

Opatrný rozjezd

Chování systému jsem nejdříve vyzkoušel na co nejnižší frekvenci (méně než 166MHz). Systém pracoval a dokonce stabilně. Postupně jsem zvyšoval frekvenci až na 233MHz. Procesor i při této frekvenci pracoval stabilně! Měl jsem však menší problémy s teplem. Ne že by docházelo k zatuhávání, jen se mi teplota zdála dosti vysoká. Otevření jedné strany skříně sice hodně pomohlo, tepla však bylo stále moc. Navíc jsem nevěděl, jakéže to napětí vlastně do procesoru proudí. Můj case má naštěstí na druhé straně v desce, na kterou se přidělává motherboard, díry o rozměrech cca. 5x5cm v místech, kde obvykle bývá umístěn socket (umožňuje chlazení i zezadu motherboardu). Otevřel jsem proto i druhou stranu a teplota opět o něco klesla. To mi však nestačilo. Problém byl v tom, že teplo se z chladiče nedostávalo tak snadno, jak bych si představoval.

Přídavný větrák o průměru 92mm odvedl dobrou práci:

• dodává chladný vzduch před ventilátor chladiče
• ofukuje chladič v místech, kam vzduch od ventilátoru chladiče nemá přístup
• chladí přímo procesor na jeho stranách v místě, kde se nedotýká chladič

Větrák těchto rozměrů se dá pořídit do 200Kč.

Zahořeno!

Procesor sice dost topil, to ovšem při tomto typu chlazení nebránilo provozu na 233MHz při neznámé voltáži. Takto jsem K6-ku provozoval několik dní a samozřejmě na 100% zátěže (Distributed.net client - šifra RC5-64).

Rozhodl jsem se pro další experimenty. Přepnul jsem voltáž zpět na 3,2V a v domnění, že procesor cestou do Windows zatuhne, spustil počítač. ALE ON NEZATUHNUL! Wow... dojel jsem do Windows a to bez sebemenších problémů. Na 3,2V! Chvíli jsem prováděl testování, když došlo k resetu, počítač ale stále nezatuhnul. Po čase jsem zjistil, že k resetům dochází při zatížení procesoru na 100% na alespoň 5 minut.

Na 233MHz při 3,2V sice procesor běžel, ale ne zcela stabilně (resety) nebo naopak pracoval stabilně ale s vysokým napětím, díky čemuž dost topil (alespoň o třetinu víc než při 3,2V).

Rozhodl jsem se vrátit k experimentování na nižších frekvencích. 166MHz mě nezajímalo, takže 200MHz. Nejdříve jsem otestoval, zda procesor stále funguje a bez chyb. Fungoval. Proto jsem vyzkoušel, jestli by se náhodou nerozjel na 200MHz při 2,5V (což je méně, než je pro tento typ doporučeno), ačkoliv jsem věděl, že se to nikdy před tím nepovedlo (neobjevil se ani POST). Teď to najednou šlo! A nejenom to, procesor dojel při této voltáži do Windows a vůbec neměl problémy s šifrou RC5-64. Prostě absolutní stabilita, žádné problémy. Celkem jsem tomu nechtěl věřit.

A teď srovnání (výrobní hodnoty jsou zvýrazněny černě):

Snížením voltáže na 2,5V se zároveň sníží tepelný výkon zhruba o třetinu oproti 2,9V. Při 200MHz a 2,5V se vůči původnímu nastavení (166MHz, 2,9V) jedná v podstatě o značné snížení emitovaného tepla. Tento režim je tepelně výhodnější než nepřetaktovaný stav!

Jak je to možné?

Na 100% to nevím. Napadá mě několik variant z níž je nejpravděpodobnější ta, která říká, že časem v křemíkové struktuře může dojít (teplem) ke změnám, které způsobí, že některé polovodičové přechody můžou fungovat lépe.

Lze si to představit tak, že by mohlo dojít k "usmažení" některých příměsí v procesoru - třeba (mikro)prachu, čímž by se zlepšila vodivost.... musíme vzít v úvahu, že sebečistší prostředí továrny na výrobu procesorů nezabrání vniku mikročásteček jakéhokoliv původu.

Závěr

Ještě než se do něčeho podobného pustíte, musím vás opět varovat, že tak činíte na vlastní riziko. Nikdo nemůže zaručit, že tato metoda bude s úspěchem fungovat ve všech případech. Navíc se zde jedná o "hard-core" metodu overclockingu, takže ji doporučuji jen těm, kteří již mají s přetaktováním jisté zkušenosti.

Pokud se přesto rozhodnete tento způsob vyzkoušet, budu rád, když mi dáte vědět, jak jste dopadli...

Eagle

PS: Dodatečné manuální měření napětí ukázalo hodnotu 3,8V! To je víc, než doporučuje samotné AMD jako horní limit spolehlivosti - 3,5V. Jedná se o navýšení napětí oproti normálu o neskutečných 31%!