Автоматическое увеличение частоты процессора что это
Принципы авторазгона современных процессоров, или как нас обманывают Intel и AMD
Скорее всего, про технологию Intel Turbo Boost слышали многие (а вот про AMD PBO — нет, но о ней будет ниже): дескать, это волшебная функция, позволяющая процессорам самостоятельно разгоняться и работать быстрее. Отчасти это действительно правда — технология волшебная, вот только волшебство здесь работает скорее в сторону компаний-производителей CPU, чем в сторону обычных пользователей. И с учетом того, что информации о работе функций авторазгона в интернете крайне мало, особенно на официальных сайтах (по очевидным уже причинам), приходится по крупицам собирать ее, смотря как работают различные процессоры в разных условиях.
А разгон-то ненастоящий!
Современные процессоры от Intel (про AMD поговорим отдельно, ибо там все еще запутаннее) имеют множество ограничений — которые, сюрприз, могут не выполняться, если производитель материнской платы отключит их по умолчанию в BIOS. Первое и самое важное ограничение — по максимальной температуре, порядка 100-105 градусов для различных дестопных процессоров. При приближении к ней CPU начнет троттлить, иными словами — серьезно снижать частоту, дабы удерживать температуру в допустимых рамках. Если же даже на минимальной рабочей частоте в 800 МГц процессору не удается справиться с перегревом, он или аварийно отключается (в этот момент зависает картинка на мониторе), или же плата перезагружается.
Казалось бы — отличное ограничение, идеально работающее и не позволяющее процессору раньше времени попасть в кремниевую вальгаллу. На деле все несколько сложнее. Во-первых, датчики температур внутри кристалла CPU есть не везде, и если максимальный фиксируемый нагрев, например, 80 градусов, то в процессоре вполне может быть место, которое греется до 85. Во-вторых, кристалл сам по себе греется неравномерно: самые горячие места, разумеется, это ядра. А вот интегрированная графика, различные контроллеры и кэш могут греться слабее на десяток-другой градусов — особенно если ядра греются под сотню градусов. Конечно, кремнию такие перепады температур в рамках одного кристалла далеко не полезны.
Так что нет ничего удивительного в том, что Intel решила вводить новые лимиты. Самый известный из них — это TDP, или Thermal Design Power. Эта очень хитрая цифра: дескать, именно столько тепла должна отводить от процессора система охлаждения. На практике все еще интереснее: именно к этой цифре стремится тепловыделение процессора при длительной нагрузке. И тут случается первый «упс»: возьмем, например, популярный мобильный Core i5-8250U. Он имеет родную частоту всего 1.6 ГГц, однако Turbo Boost позволяет ему разгоняться до 3.4 ГГц. Он имеет TDP 15 Вт, что позволяет ставить его в ультрабуки — что ж, давайте проведем стресс-тест и проверим, какая будет реальная частота при долгой нагрузке:
2.4 ГГц. Формально, все хорошо — частота же выше родных 1.6 ГГц, причем в полтора раза. Но, с другой стороны, это не 3.4 ГГц: теряется процентов 20-25%, что тоже достаточно значительно. Ладно, запустим теперь игру — она нагружает процессор слабее, он «укладывается» в 15 Вт и работает на максимальной частоте в 3.4 ГГц.
Так что мы видим первое лукавство, которое скрывается во фразе «до 3.4 ГГц»: ведь и 2 ГГц — «до». И 2.5 тоже «до». Но это только начало — большинство производителей десктопных материнских плат делают вид, что они не знают про TDP и банально отключают этот лимит! К чему это приводит? Да к тому, что 6-ядерный Core i5-8400T, который формально имеет тепловыделение в 35 Вт, начинает в некоторых задачах потреблять и 60, и 70, при этом не снижая частот. Казалось бы — вот оно счастье, производительность не падает? Так-то да, но не совсем: если 35 Вт легко отведет боксовый алюминиевый кулер, то вот с 70 Вт он может и не справиться. Конечно, как я уже писал выше, от перегрева процессор едва ли сгорит, но вряд ли вас будут устраивать постоянные подтормаживания в работе. Выхода тут, очевидно, два — или включить ограничение по TDP в BIOS, или купить более мощный кулер.
Конечно, это слегка надуманная проблема: в большинстве своем все наоборот отключают в BIOS различные лимиты и энергосберегающие функции, чтобы процессор мог работать на максимально возможной частоте. Но это отлично показывает, что производителям плат чихать хотели на спецификации Intel (да и AMD тоже).
Второе лукавство еще интереснее: так, в некоторых процессорах указанная частота Turbo Boost достигается лишь. при работе одного ядра. Так, тот же i7-8550U при нагрузке на одно ядро может работать на частоте до 4.0 ГГц, двух — уже только 3.8 ГГц, ну а все четыре не могут «буститься» выше 3.7 ГГц. Так что даже если этому процессору создать идеальные условия — 4 ГГц при серьезной нагрузке вы никогда не увидите. Вообще говоря — вы вообще эту цифру никогда не увидите, потому что в современном мире задачу, которая будет грузить только одно ядро, еще нужно поискать, и в реалистичных задачах при высокой нагрузке и при отсутствии сдерживающих факторов реальная частота будет на уровне 3.7-3.8 ГГц. Причем формально к Intel опять же не придраться: эта частота выше родных 1.8 ГГц? Выше. Ну а то, что одноядерную нагрузку сделать не можете — ваши проблемы.
Но вернемся к ноутбукам и ультрабукам. В Intel отлично понимают, что большая часть серьезных нагрузок — короткие: сколько займет по времени открытие программы? Секунд 5-10, не больше. На загрузку страницы в браузере требуется и того меньше. При этом система охлаждения обладает большой тепловой инертностью: чтобы ее разогреть до сотни градусов потребуется никак не меньше нескольких десятков секунд, а то и целых минут. Вывод — на какой-то небольшой срок можно «забыть» про ограничение по TDP и позволить процессору работать на максимальной частоте: очевидно, это здорово повышает отзывчивость системы в реальных задачах.
В цифрах это сделано так: так называемый Turbo Time Limit обычно длится 28 секунд, и в это время работает Short TDP, который может достигать 30-50 Вт: это гарантированно позволяет процессору использовать максимальную частоту даже при серьезной нагрузке с векторными инструкциями. После этих 28 секунд в ход вступает Long TDP — те самые 15 Вт, и частота CPU серьезно снижается. И если система охлаждения справляется, то в таком режиме ноутбук будет работать, образно говоря, вечно.
Ладно, вроде все хорошо: работает Long TDP, процессор не перегревается — идиллия? Увы, нет. Большинство ноутбуков имеют общую систему охлаждения для процессора и дискретной видеокарты. И, очевидно, достаточно часто бывают задачи (например, игры), которые серьезно грузят оба компонента системы. При этом, обычно, максимальная температура GPU все же ниже, чем у CPU, то есть троттлить видеокарта начинает раньше: а это, разумеется, негативно сказывается на частоте кадров в играх. Выход? Раз система охлаждения у процессора и видеокарты общая, то почему бы не замедлить процессор — редко когда в играх он работает на 100%, так что некоторое снижение его частоты и тепловыделения, в теории, не должны сказаться на производительности в играх, и при этом видеокарта не будет троттлить.
Эта функция называется BD Prochot, и, к сожалению, это действительно «просчет». Проблема в том, что если она активирована, то процессор реагирует на перегрев видеокарты так же, как и на свой — иными словами, роняет частоту вплоть до 800 МГц. Очевидно, это приводит к резкому снижению тепловыделения и температуры GPU, так что частота процессора из-за этого быстро восстанавливается до прежнего уровня в несколько гигагерц. И сия катавасия начинает происходить раз в несколько секунд: при этом нужно понимать, что падение частоты до 800 МГц ощущается не иначе, как фриз. То есть игры начинают стабильно подтормаживать раз в несколько секунд — как говорится, приятной игры. К счастью, эта функция легко отключается в бесплатной утилите ThrottleStop: конечно, при этом будет перегреваться и троттлить видеокарта, но вот она это обычно делает более плавно, снижая частоту лишь на небольшую величину. Так что да, это приведет к некоторому падению fps, но это все еще приятнее, чем постоянные подлагивания.
А вот дальше становится забавнее и страшнее одновременно. Разумеется, процессоры уже не один десяток лет умеют работать в огромном диапазоне частот, зачастую снижая ее ниже родной для энергосбережения. При этом также очевидно, что чем ниже частота — тем ниже можно подать на CPU напряжение и он останется стабильным, а потреблять энергии будет меньше. Так называемая таблица частот-напряжения для каждого совместимого с платой процессора есть в ее BIOS, и, к счастью, производители плат обычно ее придерживаются.
То есть, напряжения, мощности и частоты заданы достаточно жестко — что же меняется? Правильно, это ток (напомню, что мощность это ток, умноженный на напряжение). И, разумеется, на него Intel тоже задает лимит: в случае с i5-8250U это 64 А (параметр IccMax). С учетом того, что напряжение при работе на 3.4 ГГц порядка 1 В, мы получаем максимальное тепловыделение не более 64 Вт: процессор, очевидно, никак не сможет его достичь (Short TDP обычно ниже 50 Вт), отсюда возникает вполне логичный вопрос — ну и зачем нужно было вводить IccMax, если он никогда не будет ограничивать процессор? Причем, к слову, в десктопных платах этот параметр зачастую установлен вообще на 255 А — при напряжении в 1.2-1.3 В это даст умопомрачительные 330 Вт: очевидно, это мягко говоря далековато от реального потребления десктопных CPU.
А дальше еще интереснее. Мне стало интересно, какие MOSFET используются в цепи питания моего i5-8250U. Оказалось, что это Sic634 — а у них максимальный ток 50 А и пиковый 55. То есть ниже, чем нужно по спецификации Intel. Разумеется, я решил, что это сэкономила Xiaomi, но потом обнаружил, что ровно такие же транзисторы используются и в дорогих Dell XPS 13 с точно таким же CPU. Конечно, 50 А при напряжении в 1 В даст нам целых 50 Вт — это несколько больше Short TDP, которое в моем случае 44 Вт, и в разы больше Long TDP в 15 Вт, но все еще то, что производители «забывают» про спецификации Intel при планировании силовой части плат, мягко говоря, пугает.
Ну и вишенка на торте: разумеется, речь пойдет о Intel Turbo Boost 3.0. Современное процессоростроение можно очень точно описать одной фразой: «третий сорт — не брак». Топовые решения под сокет LGA2066 могут иметь аж 18 ядер, да и еще все в одном кристалле. Разумеется, шанс того, что все ядра будут разгоняться одинаково хорошо, крайне низкий — всегда будет 1-2 более удачных ядра, способных брать более высокие частоты. Так что если Turbo Boost 2.0 разгоняет все ядра или же любое из попавшихся до указанных в нем частот, то после установки мощного HEDT-процессора в плату технология Turbo Boost 3.0 определяет лучшие ядра в нем и позволяет только им «буститься» сильнее других. Разницу сложно назвать значительной, она обычно находится на уровне 200 МГц, но все еще мы видим, как Intel пускает в ход «полубракованные» кристаллы, где разные ядра разгоняются по-разному.
AMD Precision Boost Override — кручу, мучу, разгонять не хочу
Как мы помним, после «бульдозерных» FX 2011-2013 годов, которые были не способны конкурировать с Core i7, AMD решила прекратить такие серьезные эксперименты и вернуться в архитектуре Zen к обычным ядрам с поддержкой гиперпоточности, которая в данном случае называется SMT. Что ж, идея, как мы знаем, хорошая, и процессоры Ryzen пользователи расхватывают как горячие пирожки, быстро сдвинув Intel с лидера по продажам (>80% в начале 2017) на уровень догоняющего (порядка трети продаж на данный момент).
При этом AMD отлично понимала две вещи: во-первых, она не в том положении, чтобы не продавать «полубрак» (тем более, что этим занимается Intel), так что более дешевые Ryzen без литеры X работают на частотах в 150-200 МГц ниже, чем их «иксовые» собратья, даже под разгоном. Во-вторых, с одноядерной производительностью у Zen и Zen+ все было не очень хорошо, так что ее нужно было поднимать всеми силами. Так и родилась технология PBO, которая, с одной стороны, сильно похожа на Turbo Boost, а с другой — кардинально отличается.
В общем и целом, в случае с десктопными процессорами Intel оказывается важен лишь один лимит — по температуре, все остальные или никогда не достигаются, или обычно по умолчанию отключены в BIOS, так что процессор стабильно работает на своей максимальной частоте Turbo Boost для всех ядер, то есть на разных платах CPU будет в общем и целом показывать одинаковый уровень производительности.
А вот у AMD это не так: как я уже писал выше, чтобы держать низкие цены, они решили использовать ту же уловку, что и Intel в Hi-End процессорах — а именно маркировать хорошие ядра, и лишь они «бустятся» до указанных в спецификациях высоких частот в 4.5+ ГГц. Очевидно, что все ядра в таком случае до такой частоты не доберутся — для этого понадобятся слишком высокие напряжения, так что получается неприятная ситуация: если у Intel указанная максимальная Turbo Boost частота не достигается только в мобильных процессорах, которые не всегда используют для серьезной нагрузки, то у AMD это происходит даже у десктопных процессоров, что делает теоретические максимальные частоты фикцией и только.
Причем в утилите Ryzen Master указываются звездочками лучшие ядра — как оказалось, эта официальная программа от AMD ставит их случайным образом, на деле оказываются лучшими абсолютно другие ядра:
Лично я могу охарактеризовать происходящее сейчас на рынке процессоров только одним словом — жесть. Липовые частоты, неработающие лимиты, невыполняющиеся спецификации — складывается серьезное ощущение того, что индусы кодят, а китайцы паяют. Так что при покупке нового ноутбука или же платы с процессором внимательно изучайте именно их реальную производительность и частоты, ибо в даже в десктопном сегменте может быть крайне разительная разница при работе, на секундочку, в полностью дефолтном режиме.
Что нужно знать о разгоне процессоров
Содержание
Содержание
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:
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.