Краткое руководство по управлению питанием процессора
Как центральный процессор может сокращать собственное энергопотребление? Основы этого процесса — в статье.
Центральный процессор (CPU) спроектирован на бесконечно долгую работу при определенной нагрузке. Практически никто не проводит вычисления круглые сутки, поэтому большую часть времени он не работает на расчетном максимуме. Тогда какой смысл держать его включенным на полную мощность? Здесь стоит задуматься об управлении питанием процессора. Эта тема включает в себя оперативную память, графические ускорители и так далее, но я собираюсь рассказать только про CPU.
Если вы знаете про C-состояния (C-states), P-состояния (P-states) и то, как процессор переходит между ними, то, возможно, в этой статье вы не увидите ничего нового. Если это не так, продолжайте читать.
Я планировал добавить реальные примеры из ОС Linux, но статья становилась все больше, так что я решил приберечь это для следующей статьи.
Основные источники информации, использованные в этом тексте:
Особенности CPU
Согласно официальной странице продукта, мой процессор поддерживает следующие технологии:
Теперь выясним, что значит каждое из этих определений.
Как снизить энергопотребление процессора во время его работы?
На процессорах для массового использования (мы не берем в расчет вещи, которые возможны при их проектировании) для снижения потребляемой энергии можно реализовать один из сценариев:
Второй вариант требует чуть больше объяснений. Энергопотребление интегральной схемы, которой является процессор, линейно пропорционально тактовой частоте и квадратично напряжению.
Примечание для тех, кто разбирается в цифровой электронике: Pcpu = Pdynamic + Pshort circuit + Pleak. При работающем процессоре Pdynamic является наиболее важной составляющей, именно эта часть зависит линейно от частоты и квадратично от напряжения. Pshort circuit пропорционально частоте, а Pleak — напряжению.
Более того, напряжение и тактовая частота связаны линейной зависимостью.
Высокая производительность требует повышенной тактовой частоты и увеличения напряжения, что еще больше влияет на энергопотребление.
Каков предел энергопотребления процессора?
Это во многом зависит от процессора, но для процессора E3-1245 v5 @ 3.50 ГГц расчетная тепловая мощность (Thermal Design Power, TDP) составляет 80 ватт. Это среднее значение, которое процессор может выдерживать бесконечно долго (Power Limit, PL1 на изображении ниже). Системы охлаждения должны быть рассчитаны на это значение, чтобы быть надежными. Фактическое энергопотребление процессора может быть выше в течение короткого промежутка времени (состояния PL2, PL3, PL4 на изображении ниже). TDP измеряется при нагрузке высокой вычислительной сложности (худший случай), когда все ядра работают на базовой частоте (3.5 ГГц).
Как видно на изображении выше, процессор в состоянии PL2 потребляет больше энергии, чем заявлено в TDP. Процессор может находиться в этом состоянии до 100 секунд, а это достаточно долго.
Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Состояния питания (C-states) vs состояния производительности (P-states)
Вот два способа снизить энергопотребление процессора:
P-состояния описывают второй случай. Подсистемы процессора работают, но не требуют максимальной производительности, поэтому напряжение и/или тактовая частота для этой подсистемы может быть снижена. Таким образом, P-состояния, P[X], обозначают, что некоторая подсистема (например, ядро), работает на заданной паре (частота, напряжение).
Так как большинство современных процессоров состоит из нескольких ядер, то С-состояния разделены на С-состояния ядра (Core C-states, CC-states) и на С-состояния процессора (Package C-states, PC-states). Причина появления PC-состояний очень проста. Существуют компоненты с общим доступом (например, общий кэш), которые могут быть отключены только после отключения всех ядер, имеющих доступ к этому компоненту. Однако мы в роли пользователя или программиста не можем взаимодействовать с состояниями пакета напрямую, но можем управлять состояниями отдельных ядер. Таким образом, управляя CC-состояниями, мы косвенно управляем и PC-состояниями.
Состояния нумеруются от нуля по возрастанию, то есть C0, C1… и P0, P1… Большее число обозначает большее энергосбережение. C0 означает, что все компоненты включены. P0 означает максимальную производительность, то есть максимальные тактовую частоту, напряжение и энергопотребление.
С-состояния
Вот базовые С-состояния (определенные в стандарте ACPI).
Примечание: Из-за технологии Intel® Hyper-Threading существуют также С-состояния потоков. Хотя отдельный поток может работать с С-состояниями, изменения в энергопотреблении происходят, только когда ядро входит в нужное состояние. В данной статье тема C-состояний на потоках рассматриваться не будет.
Вот описание состояний из даташита:
Примечание: LLC обозначает Last Level Cache, кэш последнего уровня и обозначает общий L3 кэш процессора.
Визуальное представление состояний:
Источник: Software Impact to Platform Energy-Efficiency White Paper
Последовательность C-состояний простыми словами:
Однако если ядро работает (C0), то единственное состояние, в котором может находиться процессор, — C0. С другой стороны, если ядро полностью выключено (C8), процессор может находиться в C0, если другое ядро работает.
Примечание: Intel Software Developer’s Manual упоминает про суб-C-состояния (sub C-state). Каждое С-состояние состоит из нескольких суб-С-состояний. После изучения исходного кода модуля ядра intel_idle я понял, что состояния C1 и C1E являются состоянием С1 с подтипом 0 и 1 соответственно.
Число подтипов для каждого из восьми С-состояний (0..7) определяется с помощью инструкции CPUID. Для моего процессора утилита cpuid выводит следующую информацию:
Замечание из инструкции Intel: «Состояния C0..C7 для расширения MWAIT — это специфичные для процессора C-состояния, а не ACPI C-состояния». Поэтому не путайте эти состояния с ACPI C-состояниями, они явно связаны и между ними есть соответствие, но это не одно и то же.
Я создал гистограмму, представленную ниже, из исходного кода драйвера intel_idle для моего процессора (модель 0x5e). Подписи горизонтальной оси:
Имя C-состояния: специфичное для процессора состояние: специфичное суб-состояние.
Вертикальная ось обозначает задержку выхода и целевые резидентные значения из исходного кода. Задержка выхода используется для оценки влияния данного состояния в реальном времени (то есть сколько времени потребуется для возвращения в С0 из этого состояния). Целевое резидентное значение обозначает минимальное время, которое ядро должно находиться в данном состоянии, чтобы оправдать энергетические затраты на переход в это состояние и обратно. Обратите внимание на логарифмический масштаб вертикальной оси. Задержки и минимальное время нахождения в состоянии увеличивается экспоненциально с увеличением номера состояния.
Константы задержок выхода и целевых резидентных значении C-состояний в исходном коде intel_idle
Примечание: Хотя состояния С9 и С10 включены в таблицу, они имеют 0 суб-состояний и поэтому не используются в моем процессоре. Остальные процессоры из семейства могут поддерживать эти состояния.
Состояния питания ACPI
Прежде чем говорить про P-состояния, стоит упомянуть про состояния питания ACPI. Это то, что мы, пользователи, знаем, когда используем компьютер. Так называемые глобальные системные состояния (G[Х]) перечислены в таблице ниже.
Источник: ACPI Specification v6.2
Также существует специальное глобальное состояние G1/S4, Non-Volatile Sleep, когда состояние системы сохраняется на энергонезависимое хранилище (например, диск) и затем производится выключение. Это позволяет достичь минимального энергопотребления, как в состоянии Soft Off, но возвращение в состояние G0 возможно без перезагрузки. Оно более известно как гибернация.
Существует несколько состояний сна (Sx). Всего таких состояний шесть, включая S0 — отсутствие сна. Состояния S1-S4 используются в G1, а S5, Soft Off, используется в G2. Краткий обзор:
Вот поддерживаемые состояния ACPI.
Комбинации состояний ACPI G/S и С-состояний процессора
Приятно видеть все комбинации в таблице:
В состоянии G0/S0/C8 системы процессора запущены, но все ядра отключены.
В G1 (S3 или S4) некорректно говорить про С-состояния (это касается как CC-состояний, так и PC-состояний), так как процессор полностью обесточен.
Для G3 не существует S-состояний. Система не спит, она физически отключена и не может проснуться. Ей необходимо сначала получить питание.
Как программно запросить переход в энергосберегающее С-состояние?
Современный (но не единственный) способ запросить переход в энергосберегающее состояние — это использовать инструкцию MWAIT или инструкцию HLT. Это инструкции привилегированного уровня, и они не могут быть выполнены пользовательскими программами.
Инструкция MWAIT (Monitor Wait) заставляет процессор перейти в оптимизированное состояние (C-состояние) до тех пор, пока по указанному (с помощью другой инструкции, MONITOR) адресу не будет произведена запись. Для управления питанием MWAIT работает с регистром EAX. Биты 4-7 используются для указания целевого С-состояния, а биты 0-3 указывают суб-состояние.
Примечание: Я думаю, что на данный момент только AMD обладает инструкциями MONITORX/MWAITX, которые, помимо мониторинга записи по адресу, работают с таймером. Это еще называется Timed MWAIT.
Инструкция HLT (halt) останавливает выполнение, и ядро переходит в состояние HALT до тех пор, пока не произойдет прерывание. Это означает, что ядро переходит в состояние C1 или C1E.
Что вынуждает ядро входить в определенное С-состояние?
Как отмечалось ранее, переходы между глубокими С-состояниями имеют высокие задержки и высокие энергетические затраты. Таким образом, такие переходы должны выполняться с осторожностью, особенно на устройствах, работающих от аккумуляторов.
Возможно ли отключить С-состояния (всегда использовать С0)?
Это возможно, но не рекомендуется. В даташите (секция 4.2.2, страница 64) есть примечание: «Долгосрочная надежность не гарантируется, если все энергосберегающие состояния простоя не включены». Поэтому вам не стоит отключать С-состояния.
Как прерывания влияют на процессор\ядро в состоянии сна?
Когда происходит прерывание, соответствующее ядро пробуждается и переходит в состояние С0. Однако, например Intel® Xeon® E3-1200 v5, поддерживает технологию Power Aware Interrupt Routing (PAIR), у которой есть два достоинства:
P-состояния
P-состояния подразумевают, что ядро в состоянии С0, потому что ему требуется питание, чтобы выполнять инструкции. P-состояния позволяют изменять напряжение и частоту ядра (другими словами рабочий режим), чтобы снизить энергопотребление. Существует набор P-состояний, каждое из которых соответствует разных рабочим режимам (пары напряжение-частота). Наиболее высокий рабочий режим (P0) предоставляет максимальную производительность.
Процессор Intel® Xeon® E3–1200 v5 позволяет контролировать P-состояния из операционной системы (Intel® SpeedStep Technology) или оставить это оборудованию (Intel® Speed Shift Technology). Вся информация ниже специфична для семейства Intel® Xeon® E3-1200 v5, но я полагаю, это в той или иной степени актуально и для других современных процессоров.
P-состояния, управляемые операционной системой
В этом случае операционная система знает о P-состояниях и конкретном состоянии, запрошенным ОС. Проще говоря, операционная система выбирает рабочую частоту, а напряжение подбирается процессором в зависимости от частоты и других факторов. После того, как P-состояние запрошено записью в моделезависимый регистр (подразумевается запись 16 бит в регистр IA32_PERF_CTL), напряжение изменяется до автоматически вычисленного значения и тактовый генератор переключается на заданную частоту. Все ядра имеют одно общее P-состояние, поэтому невозможно установить P-состояние эксклюзивно для одного ядра. Текущее P-состояние (рабочий режим) можно узнать, прочитав информацию из другого моделезависимого регистра — IA32_PERF_STATUS.
Смена P-состояния мгновенна, поэтому в секунду можно выполнять множество переходов. Это отличает от переходов C, которые выполняются дольше и требуют энергетических затрат.
P-состояния, управляемые оборудованием
В этом случае ОС знает об аппаратной поддержке P-состояний и отправляет запросы с указанием нагрузки. В запросах не указывается конкретное P-состояние или частота. На основе информации от ОС, а также других факторов и ограничений оборудование выбирает подходящее P-состояние.
Я хочу рассказать об этом подробнее в следующей статье, но сейчас я поделюсь с вами своими мыслями. Мой домашний компьютер работает в этом режиме, я узнал это, проверив IA32_PM_ENABLE. Максимальный (но не гарантированный) уровень производительности — 39, минимальный — 1. Можно предположить, что существует 39 P-состояний. На данный момент уровень 39 установлен ОС как минимальный и как максимальный, потому что я отключил динамическое изменение частоты процессора в ядре.
Заметки про Intel® Turbo Boost
Поскольку TDP (расчетная тепловая мощность) — это максимальная мощность, которую процессор может выдержать, то процессор может повышать свою частоту выше базовой, при условии что энергопотребление не превысит TDP. Технология Turbo Boost может временно повышать энергопотребление до границы PL2 (Power Limit 2) на короткий промежуток времени. Поведение Turbo Boost может быть изменено через подсказки оборудованию.
Применима ли эта информация о C-состояниях и P-состояниях к мобильным и встраиваемым процессорам?
Для примера, недавний MacBook Air с процессором i5-5350U в основном поддерживает возможности, описанные выше (но я не уверен про P-состояния, контролируемые оборудованием). Я также смотрел документацию ARM Cortex-A, и, хотя там применяются другие термины, механизмы управления питанием выглядят похоже.
Как это все работает, например, на Linux?
На этот вопрос я отвечу в другой статье.
Как я могу узнать состояние процессора?
Существует не так много приложений, которые могут выводить эту информацию. Но вы можете использовать, например, CoreFreq.
Вот какую информацию можно получить (это не весь вывод).
Вот информация о ядре, включая информацию о драйвере idle.
Мониторинг счетчиков С-состояний (для ядра):
Аппаратный мониторинг материнских плат. Программно-аппаратная реализация (часть 1)
Цель
Цель написания данной статьи – объяснить пользователю, что такое аппаратный мониторинг, как он реализован схемотехнически, а также научить пользователя навыкам самостоятельного измерения температур и напряжений, не прибегая к возможностям соответствующего диагностического программного обеспечения, типа HWINFO и AIDA64.
Объект исследования
реклама
Аппаратный мониторинг – набор программно-аппаратных средств для непрерывного измерения системных температур и напряжений различных узлов и компонентов в составе материнской платы – центрального процессора, чипсета, модулей памяти и т.д.
Для аппаратного мониторинга любая материнская плата оснащается микросхемой Super I/O Chip, называемой в народе «мультиконтроллер». Это многофункциональный многоцелевой контроллер ввода-вывода, совмещающий в себе как минимум блок аппаратного монитора, контроллер управления вентиляторами, контроллер интеллектуальной термозащиты, контроллер последовательных и параллельных портов, флоппи-диска, клавиатуры. Более новые модели микросхемы могут интегрировать в себе больший набор блоков и контроллеров, например, контроллер подачи и отключения питания. В рамках данной статьи ознакомимся только с блоком аппаратного монитора, называемым также контроллером окружения (Environment Controller – EC).
Согласно давней традиции все материнские платы компании Gigabyte Technology оснащаются «мультиконтроллерами» фирмы ITE. Разнообразие модельного ряда микросхем ITE обширно. Однако число контактов (Voltage Inputs или сокращённо – VIN-линии), которые задействованы для отслеживания EC-контроллером входных напряжений, уже долгое время остаётся неизменным и ограничен количеством 8 штук. Понятно, что с таким ограниченным набором все системные напряжения отслеживать невозможно. Поэтому для обеспечения мониторинга других системных напряжений, как правило аналоговых, в дополнение к основному «мультиконтроллеру» материнскую плату оснащают микросхемой с содействующей функциональностью, например, ITE IT8792E. То же самое касается и системных температур. Если старый модельный ряд микросхем, вроде IT8705E (модель 2003 г.), ограничивался считыванием температур только из трёх источников, то более современные микросхемы, например, IT8686E (модель 2016 г.) имеют шесть температурных TEMP-линий. Наличие дополнительного контроллера IT8792E на материнской плате за счёт наличия трёх TEMP-линий расширяет мониторинг системных температур до девяти.
Каждый пользователь хотя бы раз проявлял любопытство в отношении того, какие температуры и напряжения отслеживаются в соответствующем разделе графической оболочки BIOS Setup Utility. Как раз-таки BIOS визуализирует показания, считываемые из основного и дополнительного EC-контроллеров. Но зачастую, этот набор неполный. Например, в BIOS многих современных материнских плат не отображаются показания напряжения элемента питания (VBAT-напряжение), непрерывно поддерживающего системные часы и CMOS с настройками BIOS. В таких случаях приходится прибегать к фирменному программному обеспечению либо сторонних разработчиков, типа HWINFO или AIDA64. Но и здесь зачастую царит неразбериха. Набор температур и напряжений, а также их показания в обоих программах может разниться. Единственным решением этой проблемы является изучение схемотехнической документации на конкретную модель материнской платы.
реклама
Получить доступ к чертежам и схемам, как и любой другой конструкторской документации материнских плат, нелегко. Являясь конфиденциальной информацией, она не размещается в открытом доступе. Однако в Интернете существует достаточно русскоязычных сайтов, где её можно взять бесплатно либо за символическую оплату. Но, как правило, там размещена документация для не столь современных моделей материнских плат. Мне, например, удалось приобрести архив со схемотехникой в формате pdf для 800 моделей материнских плат Gigabyte у тайского продавца. Для примера обратимся к такой документации на материнскую плату Gigabyte GA-AX370 Gaming 5.
Как видим на схеме выше (Рис.3) данная материнская плата оснащена «мультиконтроллером» ITE IT8686E. Контакты с номерами 121–127 задействованы под VIN-линии для считывания напряжений, а контакты 117–119 (TEMP-линии) подключены к источникам температурного измерения – термисторам и термодиодам. Определить, для каких напряжений задействованы VIN-линии на данной схеме затруднительно, т.к. они обозначены меткой общего вида – VIN0, VIN1, VIN5 и т.д. Но для температурных линий есть подсказка – CPU_TEMP, PM_TEMP и SYS_TEMP. В этом случае за разъяснениями обращаемся к другой схеме документации.
Как видно на схеме (Рис.4), по линии VIN4 отслеживается напряжение VCore SOC (напряжение «северного моста»), по линии VIN0 – VCore (напряжение на ядре процессора), VIN6 – VDDQ (напряжение на модулях памяти), VIN1 – VCC3 (+3,3 В), VIN3 – VCC (+5 В), VIN2 – +12V, VIN5 – A_VDDP. Что касается температурных линий, то согласно схеме (Рис.5) здесь всё интуитивно понятно. По лини CPU_TEMP EC-контроллер считывает температуру с термодиода, интегрированного в ядро центрального процессора. По линии SYS_TEMP считывается температура окружающей среды в системном блоке, показания которой обеспечивает наружный термистор, размещённый на материнской плате. Линия PM_TEMP связывает интегрированный в чипсет (микросхема «южного моста») термодиод и EC-контроллер.
Теперь проанализируем, какие входные напряжения и температуры отслеживает дополнительный контроллер аппаратного монитора IT8792E.
реклама
Как видим на схеме (Рис. 6), здесь задействованы группа из шести VIN-линий VINA0–VINA5 (контакты 49–54) и группа из трёх температурных линий – EC_TEMP1, EC_TEMP2 и EC_TEMP3 (контакты 44–46). Предназначение VIN-линий определяется схемой ниже (Рис. 7).
Что касается температурных линий, то здесь (Рис. 8.) схемотехническая документация содержит подсказку лишь для входов EC_TEMP2 и EC_TEMP3. Первый из них подключен к наружному термистору, расположенному возле одного из гнезд PCIE x16. Второй вход, по аналогии с линией SYS_TEMP «мультиконтроллера», связан с наружным термистором материнской платы, измеряющим температуру окружающего воздуха. Также установлено, что линия EC_TEMP1 отслеживает температуру возле одного из гнёзд PCIE 8x.
Вывод
Таким образом, анализ схемотехнической документации в части аппаратной реализации мониторинга температур и напряжений позволяет сделать вывод о том, что материнская плата Gigabyte GA-AX370 Gaming 5 в этом плане крайне функциональна. Аппаратно предусмотрено считывание показаний из 13 источников системных напряжений и 6 температур. Но и это не всё. Любопытный читатель наверняка обратил внимание на приведённые выше общие схемы двух контроллеров ( Рис. 3 и Рис. 6) и обнаружил, что обе микросхемы также подключаются к источникам «классических» напряжений – VBAT, 3VSB и VCC3 (AVCC3), а значит показания этих напряжений предположительно можно отслеживать. Изучение фирменного программного обеспечения Gigabyte и графической оболочки BIOS Setup Utility подтвердило наличие мониторинга «мультиконтроллером» ещё трёх температур – PCIE 16x, VRM и SOC MOSFET.
Во второй части статьи буден дано подробное разъяснение, как при помощи универсального и известного всем программного обеспечения считывать регистры аппаратного монитора, создавать простейшие формулы для преобразования целочисленных значений регистров в показания системных напряжений.
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.