FAQ: Процессоры & Разгон
Комментарии: 3
сначала
лучшие
Тема закрыта. Публикация новых комментариев отключена.
Разгон процессора
Общие понятия
Разгон – повышение тактовой частоты работы узла, ведущее к увеличению количества операций в единицу времени.
В данной статье описаны основные теоретические основы разгона центрального процессора (CPU). Пожалуйста имейте ввиду что каждая платформа имеет свои особенности разгона, с которыми следует ознакомиться перед началом попыток разгона.
Помимо увеличения производительности ЦП, разгон так же приводит к увеличению энергопотребления и тепловыделения процессора, поэтому перед началом следует убедиться, что ваш блок питания и охлаждение процессора имеют запас мощности.
Для начала немного теории
Частота ЦП является результирующей от произведения частоты центральной шины, и множителя ядер процессора. Цель разгона состоит в том, чтобы увеличить конечную частоту процессора, что в свою очередь требует увеличения как минимум одной из ее составляющих.
Множитель процессора — это значение, на которую умножается частота задающего генератора (основной системной шины). За это действие отвечает PLL (Phase locked loop).
Преимущества разгона по множителю состоит в том, что при использовании такого метода частота процессора меняется независимо от частот остальных узлов. Однако большинство процессоров имеют искусственно ограниченный множитель, который как правило позволяет установить множитель на 1-2 значения выше стандартного. Значительного разгона по множителю в такой ситуации не достичь.
FSB (Front-Side Bus) frequency или BCLK (Base Clock) – это частота основного генератора / центральной шины, которая синхронизирует частоты всех узлов системы. Повышение этой частоты так же можно использовать для разгона процессора, однако ее изменение так же приводит к разгону других узлов, таких как оперативная память, шина между CPU и NB (QPI) или PCH (DMI), или иногда шина PCI-E, контролер памяти или кэш-память. При использовании основной частоты для разгона процессора необходимо отслеживать результирующие частоты других узлов и при необходимости снижать их множители (или если это невозможно – по мере необходимости повышать соответствующие напряжения), чтобы обеспечить стабильность работы этих узлов.
Ближе к делу
Наверное, ни для кого не секрет, что разгон связан с повышением напряжения. Однако не все понимают почему это необходимо, и какие побочные эффекты это несет.
Процессор является крайне сложным устройством, чтобы понять принцип его работы одних только знаний физики уровня школьной программы недостаточно. Однако, что такое сопротивление, и как оно влияет на проходящий через проводник электрический ток для простого человека не секрет. Чем больше сопротивление, тем больше снижается напряжение проходя через проводник, и тем больше тепла при этом проводник выделяет. Так же не секрет, что сопротивление имеет прямую зависимость с температурой проводника.
Далее, для наглядности, рассмотрим график взаимозависимости этих 3-х критически важных при разгоне показателей: частота процессора, напряжение и температура:
Данный график составлен исходя из общего опыта автора и не подкреплен результатами конкретных тестов. Для каждого конкретного экземпляра процессора эти значения будут уникальными, а потому данный график представлен в качестве иллюстрации общих тенденций, и не может быть использован для нахождения целевых показателей разгона процессора.
На приведенном выше графике обозначена зависимость частоты от напряжения. На графике вы можете видеть 3 кривых линии, каждая из которых соответствует заданной температуре (речь о температуре окружающей среды). Стоит немного объяснить смысл этих кривых: первое что стоит отметить это экспоненциальный характер. Иными словами, каждые последующие 100 МГц «стоят» дороже, чем предыдущие. Связано это с тем, что количество энергии, потребляемое процессором (а следовательно и его тепловыделение) растут, а площадь рассева этого тепла (площадь самого кристалла процессора) остается неизменной. Это приводит к росту температуры ядра, как следствие повышению сопротивления, и еще большему падению напряжения. Кроме того, на графике можно отследить «перелом» кривых, который наступает в районе 4,5 - 4,6 GHz. Эта переломная точка, как правило, является оптимальным целью для ежедневного разгона, так как эта частота может быть достигнута «малой кровью». Дальнейший разгон сильно повышает требования, в первую очередь к системе охлаждения, а так же к элементам питания расположенным на материнской плате.
Теперь, когда мы знаем что частота это хорошо, нагрев это плохо, напряжение это необходимое зло, а повышение производительности оправдывает все средства, пора приступить к практике. Первый вопрос на который нужно получить ответ, это каков потенциал разгона нашего процессора, и на сколько вообще имеет смысл его разгонять. Ответ на этот вопрос зависит от ряда показателей, большинство из которых выявляются опытным путем. Для начала стоит обзавестись парой полезных программ и выяснить основные показатели процессора: его заводскую частоту (хотя это скорее всего и так известно), заводское напряжение (так же известное как VID), и температуру, до которой он разогревается под нагрузкой. Для данных целей рекомендуется использовать следующее ПО:
CPU-Z – Приложение для мониторинга текущей частоты, напряжения и других характеристик процессора, памяти, и других узлов системы.
RealTemp – удобное приложение для отслеживания температуры ядер ЦП.
Prime95 – стресс тест с высоким уровнем нагрузки для ЦП, кэша и оперативной памяти.
По ссылке доступна версия Prime95 без поддержки набора инструкций AVX2.
Запустив все 3 программы мы можем получить необходимые данные: для создания нагрузки запускаем Prime95, частоту и VID процессора берем из CPU-Z, температуру ядер из RealTemp.
В результате мы должны получить следующее.
На картинке мы видим процессор, работающий на заводской частоте 3,4GHz, с напряжением 1,06v. Температура ядер не превышает 50 градусов.
Так как в данной статье мы рассматриваем разгон для ежедневного использования, целью которого является получить дополнительную производительность без ущерба для комплектующих, основными ограничителями такого разгона будут являться охлаждение, и, разумеется возможности самого процессора. Есть несколько способов тестирования, но в этой статье мы рассмотрим самый быстрый и простой:
Для начала нужно выставить максимальное «комфортное» для процессора напряжение. Для каждого семейства процессоров оно свое, но как правило это значение примерно равно VID + 0.3v. Так же можно положиться на материнскую плату, которая окрашивает значение заданного напряжения разными цветами в зависимости от диапазона. Обычно последовательность следующая: белый, желтый, фиолетовый, красный. В таком случаи вам нужно найти максимальное значение, попадающее в желтый диапазон. На время тестирования напряжение необходимо выставлять в ручном (форсированном) режиме. Определившись с напряжением, выставляем множитель (или сочетание множителя и частоты шины). Частоту стоит взять заведомо завышенную, чтобы дальше ее снижать. К примеру можно начать с частоты 4,8GHz. Обычно для работы на такой частоте требуется напряжение не менее 1,4v, что как правило выходит за границы «комфортного».
После установки этих 2-х значений нужно загрузиться в ОС и запустить стресс тест вместе с мониторингом температуры и напряжения.
Сценариев развития события может быть несколько:
1) Система даже не начинает грузиться – это значит что вы достаточно далеки от рабочей частоты. В таком случаи нужно сбросить настройки BIOS и выставить частоту на 200MHz ниже, при том же напряжении.
2) Система начала грузить ОС но в процессе этого зависла – снизить частоту на 100MHz.
3) Система загрузилась, но при запуске стресс теста сразу же повисла / вылетела в синий экран - снизить частоту на 100MHz.
4) Стресс тест начал выдавать ошибки - снизить частоту на 100MHz.
5) Стресс тест запустился, но температура ядер стала слишком большой (выше 85С) – Снизить напряжение на 0,05v и частоту на 100MHz.
6) Если же при первой попытке вы сразу загрузились в систему и стресс тест отработав 30 секунд не выдал ошибок, а температура осталась в норме (не выше 70С) – поздравляем, у вас на руках очень удачный экземпляр процессора, можно попробовать начать повышать частоту на 100MHz за шаг чтобы найти предел возможностей процессора.
После того как вы нашли максимальную стабильную частоту с заданным напряжением, можно начинать понижать напряжение для нахождения оптимального сочетания. Понижать стоит с шагом в 0,02v. На этом этапе тестирования рекомендуется тестировать каждую настройку в течении 5 минут. В случаи обнаружения нестабильности вернуться на последнее удачное сочетание.
Конечные настройки стоит протестировать в течении 10 минут.
Теперь познакомившись с общим алгоритмом рассмотрим дополнительные особенности.
Напряжение: зачастую во время нагрузки реальное напряжение, которое показывает CPU-Z, может падать относительно заданного в BIOS, причем иногда достаточно значительно. Во время тестирования необходимо отмечать реальное напряжение под нагрузкой, оно потребуется в дальнейшем для установки оптимальных настроек для ежедневной работы.
Феномен падения напряжения под нагрузкой известен под названием vdroop. Для борьбы с ним существует специальная опция элементов питания процессора (VRM). Опция у разных производителей материнских плат называется по разному (у плат ASUS обычно называется LoadLine Calibration, у MSI – Digital Level Compensation). Настройка призвана компенсировать просадку под нагрузкой, что позволяет задавать более низкое значение напряжения, и не выдавать в простое излишнее напряжение. У данной опции как правило есть несколько уровней, для ежедневного разгона рекомендуется выставлять такой уровень, который обеспечивает прирост напряжение под нагрузкой на 0,02-0,03v. К сожалению, такой уровень способны обеспечить далеко не все материнские платы, и в таком случаи стоит поставить максимальный уровень компенсации.
После изменения данной настройки необходимо понизить напряжение процессора так, чтобы конечное реальное напряжение на процессоре во время нагрузки оставалось таким же, как и при тестировании на стабильность.
Автоматический подбор напряжения: все современные процессоры снабжены функциями энергосбережения, которые снижают реальную тактовую частоту и напряжение в режиме простоя. В случаи если напряжение процессора выставлено вручную (форсированно), энергосберегающие технологии не смогут его изменять, что так же приводит к излишнему напряжению в простое. Для того чтобы этого избежать используется опция выставления напряжения процессора через Offset. Смысл этой опции состоит в том, что система сама регулирует напряжение на процессоре (как в режиме Auto), но при этом вы изменять конечное значение, прибавляя или отнимая от него определенное количество вольт. Для начала необходимо выставить напряжение на Auto, и посмотреть какое напряжение будет выставлять система, далее сравнить в тем, которое было найдено опытным путем при тестировании, и вручную задать эту разницу.
К примеру если оптимальное напряжение оказалось 1,32v, а система автоматически задает 1,28v, нужно включить опцию Offset, указать символ + и выставить значение на 0,04v.
Работа над материалом: DartMaul
Общий FAQ:
Q) Как правильно выбрать процессор? На что обратить внимание?
A) Основные характеристики процессора это количество ядер и частота. Однако выбор процессора неразрывно связан с выбором платформы (чипсета), который определяет массу других параметров компьютера. Вопрос выбора чипсета будет рассмотрен в соответствующем разделе о материнских платах.
Q) Что такое socket?
A) Socket это специальный разъем на материнской плате, в который устанавливается процессор. Для установки процессора в материнскую плату их версии сокетов должны быть одинаковыми.
Q) Что такое кэш память?
A) Кэш память это специальная память, расположенная внутри процессора. С ее помощью создается буфер, через который процессор загружает информацию, и обменивается ей между ядрами. Большинство современных процессоров имеют одинаковое количество кэш памяти 1 и 2 уровней, а объем кэша 3 уровня обычно зависит от количества ядер. В целом, объем кэш памяти значительного влияния на производительность не оказывает.
Q) Всегда ли большее количество ядер дает большую производительность?
A) Нет. Большее количество ядер, ровно как и большая частота дают линейный прирост производительности только относительно процессора из того же семейства. Существует условное понятие “производительность на МГц ядра”. Данный термин означает количество операций (обычно измеряемое во flops (floating point operations per second)), которое способно совершить одно ядро процессора за 1 миллион тактов (1 МГц). Конечная производительность процессора считается по формуле “производительность на мгц ядра * количество ядер * частота в МГц”. Процессоры разных семейств имеют разный показатель производительности на мгц ядра.
Q) Как правильно сравнивать производительность разных процессоров из разных семейств \ производителей?
A) Чтобы измерить производительность процессора используются специальные программы, именуемые бенчмарками. Данные программы запускают алгоритм вычислений фиксированной, заранее известной длинны, и замеряют время, за которое процессор выполнит алгоритм. Бенчмарки могут использовать разные алгоритмы, и разные инструкции. Для корректного сравнения стоит использовать результаты как минимум двух тестов, один из которых использует параллельный алгоритм, другой - последовательный. Стоит отметить, что производительность последовательных вычислений (при которых используется только одно ядро), для большинства приложений имеет решающее значение, поэтому процессоры с лучшими результатами в последовательных (однопоточных) тестах являются более предпочтительными.
Q) Что такое последовательные и параллельные вычисления?
A) Все вычислительные алгоритмы делятся на последовательные (однопоточные) и параллельные (многопоточные). Последовательные вычисления всегда требуют выполнения предыдущего действия, перед выполнением последующего. В качестве примера возьмем выражение a+b=c c+d=e, в котором переменные “a”, “b” и “d” известны, а переменные “с” и “e” не известны. Для вычисления такого алгоритма необходимо совершить 2 действия, но выполнить их можно лишь последовательно, так как для нахождения переменной “е” необходимо сначала вычислить переменную “с”. При параллельных же вычислениях нет жесткой последовательности действий, что позволяет дробить алгоритм на части, и выполнять их одновременно.
Q) В чем разница между параллельными и последовательными вычислениями с точки зрения процессора?
A) Последовательные вычисления, в отличии от параллельных, могут задействовать только одно ядро процессора. Следовательно количество ядер процессора на производительность таких вычислений не влияет.
Q) В описании процессора отдельно указывается количество ядер, и количество потоков. В чем разница? Что такое “физическое” и “логическое” ядро?
A) Количество ядер (физических ядер), это количество вычислительных блоков, а количество потоков (логических ядер), это блоки очереди. Некоторые процессоры имеют по 2 блока очереди на одно ядро. По такому принципу работает технология Hyper-threading. Смысл заключается в том, что иногда процессор ждет загрузки в него данных, и в это время простаивает. Наличие второй очереди позволяет ему выполнять одни задачи, пока ждет загрузки данных для выполнения других. Процессор с 2мя блоками очереди на ядро способен показывать производительность параллельных вычислений до 30% выше аналогичного процессора с 1 блоком.
Q) Что такое TDP?
A) TDP (thermal design power) переводится как требование к теплоотводу. Фактически это значение мощности процессора. Количество (пиковое) электричества которое он тратит при работе, и количество тепла, которое выделяет. Важно учитывать этот показатель (а так же TDP других устройств в системе) при выборе кулера, материнской платы и блока питания.
Q) Что такое набор инструкции процессора?
A) Инструкции процессора это математические действия, которые на аппаратном уровне способен воспринимать процессор. Большинство их них связаны регистром памяти, и командам обращения к нему. Для обычных пользователей набор инструкций процессора значения не имеет, так как все процессоры имеют достаточный их набор для большинства задач.
Q) Что такое тех. процесс?
A) Тех. процесс, по которому изготовлен кристалл процессора, это ширина проводящей дорожки + ширина изолятора. По мере развития технологий, тех процесс становится все меньше, позволяя размещать больше элементов на меньших площадях. Данный параметр не имеет значения для конечных пользователей, хотя по нему вы можете примерно определить, на новая та или иная модель процессора.
Работа над материалом: DartMaul
FAQ по разгону процессора:
Q: Повредит ли разгон моему процессору, сократит ли его срок службы?
A: В случае если разгон был выполнен правильно, и если значения напряжения и температуры не выходят за допустимые пределы – разгон практически никак не влияет на срок службы процессора.
Q: Как определить оптимальные значения температуры и напряжения для моего процессора?
A: Оптимальное напряжение процессора на самом деле зависит от температуры. Другими словами, практически любое напряжение считается нормальным до тех пор, пока температура не выходит за разумные пределы. Максимальная температура ядер, установленная производителями обычно находится в диапазоне 95-100С, однако в случаи разгона не рекомендуется создавать условия, в которых температура может выйти за пределы 80C.
Q: Во время стресс теста температура моего ЦП примерно на 10-15 градусов выше чем во время реальной работы, почему так?
A: Стресс тест специально сделан для того, чтобы дать максимально возможную нагрузку на процессор. Смысл такого тестирования состоит в выявлении предельных значений, в том числе и температуры. Прохождение таких тестов призвано гарантировать стабильную работу в рамках допустимых значений при любом уровне нагрузки системы.
Q: При запуске стресс теста мой процессор мгновенно нагревается на 50+ градусов относительно температуры простоя. Это нормально?
A: Как правило большая разница между температурой простоя и температурой при стресс тестировании говорит о плохом охлаждении, или слишком высоком напряжении. Если напряжение не превышает 1,4v то разница температур нагрузки и простоя не должна превышать 35 градусов. Если это происходит возможно стоит проверить термопасту, или рассмотреть возможность замены системы охлаждения.
Q: Может ли новая система охлаждения увеличить разгонный потенциал?
A: Да. В случае если разница между старой и новой СО будет значительна, возможно удастся получить 100-200 дополнительных MHz или снизить напряжение, требуемое для стабильной работы на текущей частоте.
Работа над материалом: DartMaul
Введение
CPU (Central Processor Unit) или просто центральный процессор это главный вычислительный узел (мозг) системы. Слово «центральный» в его названии присутствует не случайно: в любой схеме процессор действительно является центром, осуществляя связь всех устройств в системе между собой, а так же их связь с программной оболочкой. Основа центрального процессора –вычислительные ядра. Вся работа ПК представляет из себя вычисления, то есть любая задача, которую выполняет компьютер, на самом деле ни что иное как математический алгоритм. Однако сам по себе алгоритм, это лишь функция, которая приобретает смысл при наличии переменных. Переменные это данные, которые должны где то храниться, поэтому в процессоре так же присутствует кэш-память. Кроме того, для реализации функции «центрального связующего звена» системы процессору так же необходимы «средства связи» с другими устройствами, именуемые интерфейсами. Среди них обычно находятся контролеры памяти, шины для связи с хабами (мостами), контролер PCI-E.
Сам процессор наверняка видели многие: квадратная печатная плата зеленого цвета, и металическая крыжка сверху, однако самое интересное скрыто внутри.
Под крышкой находится кремниевый кристалл. Его размер всего пару квадрантных сантиметров, но в нем спрятаны миллиарды транзисторов. Давайте заглянем еще глубже.
На рисунке изображено внутреннее устройство процессора. Мы можем видеть здесь уже рание упомянутые узлы, и теперь пришло время поглубже рассмотреть принцип их работы и назначение.
Не смотря на то, что вычислительные ядра (Core) обычно рассматриваются как единый модуль, внутри ядра спрятанны множество узлов: это кэш память 1 и 2 уровня, различные блоки для вычислений по разным алгоритмам, а так же свой интерфейс ввода/вывода.
По центру мы можем видеть достаточно большое пространство занимаемое кэшем 3 уровня. В отличии от 1 и 2 уровней, память 3 уровня является общей для всех ядер, что позволяет им обмениваться информацией при параллельных вычислениях, а так же быстрее принимать новые задачи по завершению предыдущих.
Справа и с низу мы можем видеть контролеры основных интерфейсов. Для того чтобы понять зачем они нужны давайте рассмотрим схему взаимодействия CPU с другими основными элементами ПК.
На картинке изображена блок-схема чипсета Z77. Чипсет это набор системной логики которая разрабатывается для работы с конкретным семейством процессоров. Включает в себя шины доступа и интерфейсы для подключения других устройств. Чипсет является основой любой материнской платы.
На изображении хорошо видно что центрами схемы являются процессор и PCH (Platform Controller Hub – связующий узел для вторичных устройств ПК, обеспечивающий им канал связи с процессором).
Теперь рассмотрим основные контролеры процессора.
IMC (Integrated memory controller), или контролер памяти. Обеспечивает доступ и управление оперативной памятью. Обычно контролер памяти является многоканальным, что означает возможность работы с несколькими модулями памяти одновременно. В нашем примере контролер имеет 2 канала, что позволяет ему одновременно работать с 2мя модулями типа DDR3. Одновременная работа позволяет получить кратный прирост пропускной способности.
PCI-E контролер осуществляет поддержку PCI-Express интерфейса, который является наиболее быстрым из всех присутствующих в системе. Данный интерфейс используется для подключения широкого ряда устройств, таких как видеокарта, звуковая карта, RAID-контролер, и прочих. Основной характеристикой PCI-E контролера является количество поддерживаемых линий. Одна линия (или полоса пропускания) PCI-E обеспечивает до 16Gbit (версия 3.0) пропускной способности с процессором. Один слот может снабжаться несколькими каналами, вплоть до 16.
DMI. DMI является одним из примеров интерфейса связи с PCH. В разных системах используются разные мосты и разные шины, однако общий смысл один и тот же: предоставить универсальный интерфейс связи с процессором для массы различных устройств. Большинство устройств в системе, такие как контролеры USB, SATA, Ethernet, Audio и многие другие не требуют сверх высоких пропускных способностей, но за счет их количества и частоты обращения к ним, процессор не может содержать в себе достаточно логики чтобы общаться с каждым напрямую. Для этой цели существует специальный узел, через который все эти устройства связываются с процессором.
Теперь когда мы рассмотрели устройство процессора, пора познакомиться с принципом его работы.
Как любое цифровое устройство, процессор работает на определенной частоте. Частота это количество выполняемых операций в секунду. Как не сложно догадаться, чем больше операций в секунду выполняет процессор, тем более он производителен. Большинство современных процессоров работают на частоте от 2 до 4 ГГц. Так как в системе очень много различных устройств, и все они работают с определенной, при этом разной частотой, их необходимо синхронизировать. Для этого существует основной частотный генератор (обычно именуемая BCLK), который обычно генерирует частоту в 100МГц, а все остальные частоты, в том числе и частота ядер процессора, получаются в результате умножения BCLK.
Для того чтобы лучше понять как работает процессор, и для чего он нужен, рассмотрим его работу на конкретном примере. Что может быть для нас ближе чем компьютерные игры? Возьмем их в качестве примера.
Когда мы играем в игры компьютер выполняет массу операций: это и звук, и графика, и физика, и ввод/вывод информации на переферийные устройства, и многое другое. Однако, как мы уже говорили, все эти операции для компьютера не более чем математический алгоритм. Игра представляет собой некоторое приложение. В первую очередь его необходимо загрузить. Для этого ядро операционной системы генерирует запрос на чтение данных из памяти (жесткого диска). Процессор посылает соответствующий запрос на PCH, откуда он попадает на SATA контролер, и дальше на жесткий диск, который в свою очередь считывает нужную информацию. После этого информация попадает в оперативную память, которая так же подключена к процессору. После этого становится возможным запустить алгоритм. Начинаются вычисления самой программы, того что происходит в игре. Теперь необходимо показать картинку на монитор, отрисовкой изображения и выводом его на монитор занимается видеокарта, однако она ничего не знает о том, что ей нужно рисовать. В начале процессор из оперативной памяти берет текстуры и отправляет их в память видеокарты. Затем запускает графический движек, с помощью которого он начинает создавать сцену. После того как сцена создана и положение всех объектов на ней известно, сцена отправляется для отрисовки на видеокарту. Необходимо так же воспроизвести звук: для этого процессор запускает аудио движек, и начаинет отслеживать события, которые должны приводить к воспроизведению звука. Как только такое событие наступает, процессор сообщает звуковой карте какой аудио файл нужно воспроизвести. И наконец самое главное: процессор начинает получать вводную информацию от пользователя: это движения мыши, нажатие кнопок на клавиатуре, или геймпаде, или команда с любого другого контролера. Каждое новое действие игрока приводит к изменению происходящего в игре, что запускает новые алгоритмы, и так продолжается пока вам не надоест.
Подводя итоги можно сказать что процессор это крайне многофункциональное устройство, которое следит за всем происходящим в системе, без него не обходится ни одна операция, и потому он по праву называется центральным. Ни одно устройство не начнет работать пока не получит от него команду, а значит его быстродействие является главным параметром быстродействия всей системы.
Работа над материалом: DartMaul