Азотная вечеринка

Саркис «DeDal» Гетемян

Хакер, номер #102, стр. 016

(www.topmods.net)

Сессия экстремального разгона на 100xParty

Одной из главных фишек вечеринки 100xParty, состоявшейся 12 мая и посвященной сотому номеру «Хакера», стал экстремальный разгон компьютерного железа под жидким азотом, организованный высокочастотными парнями из TopMods.NET. На этом событии мы и остановимся поподробнее, так как оно вызвало море вопросов и дало интересные результаты.

Экстремальный разгон

Под экстремальным разгоном подразумевается охлаждение процессора или видеопроцессора до температур много ниже нуля. Это нужно, чтоб выжать все соки из имеющейся платформы. Именно благодаря экстремальному охлаждению удается очень сильно разогнать процессор. Это связано с эффектом сверхпроводимости. Если ты не учил физику в школе, то и не парься, а просто поверь нам на слово: при сверхнизких температурах процессор можно разогнать более чем в два раза. К счастью для производителей, использовать процессор в таком режиме долго – нецелесообразно :).

В качестве охладителей применяют системы на основе фазового перехода, так называемые «фреонки» (от -20 до -140 градусов Цельсия), сухой лед (-78 градусов) и короля заморозки - жидкий азот. Азот кипит при температуре -196 градусов Цельсия, булькая и испаряясь с характерным белым «дымом» и при этом сумасшедшими темпами отбирая теплоту у окружающего пространства. Для наглядности вспоминаем кино «Терминатор-2» с губернатором Калифорнии в главной роли. Но тут есть свои тонкости: не все процессоры работают при температуре ниже -120 градусов, есть и такие, которые отказываются запускаться уже на -10, соответственно, желателен отбор. То есть берется несколько процессоров и делаются тестовые прогоны. Если камень упертый, ему объявляется досвидос :).

Требуется также позаботиться от качественной теплоизоляции, чтоб не было конденсата и не промерзали электролитические конденсаторы вокруг сокета процессора. В противном случае мы рискуем потерять материнскую плату, которая может захватить с собой на тот свет и еще чего-нибудь из комплектующих.

При экстриме резко возрастают требования к питанию, качеству материнской платы и других комплектующих – в общем, экстрим может вылететь в копеечку, однако все мировые рекорды в популярных тестах ставятся именно при экстремальном разгоне.

Теория разгона

При любом разгоне, не только экстремальном, нужно позаботиться о двух вещах: качественном питании и эффективном охлаждении. Разгоняя, например, процессор, ты заставляешь его работать быстрее, то есть транзисторы в нем переключаются с повышенной скоростью, а значит, им нужно больше энергии (при разгоне нам приходится увеличивать напряжение питания), и больше энергии выделяется в окружающее пространство в виде теплоты (растет тепловыделение процессора и цепей питания). Поэтому если ты хочешь продлить срок службы своего агрегата, первое, о чем надо позаботиться при подобном безобразии, - это качественное охлаждение. Чем лучше ты охладишь процессор, тем лучше сможешь его разогнать.

Как уже было сказано, растут и требования к питанию. Никогда не покупай блоки питания за 700-800 рублей мощностью 700-750 ватт! Они все равно не выдадут и половины того, что на них написано. Качественный БП не может стоить дешевле 1600-2000 рублей, такие блоки имеют мощность порядка 400-460 честных ватт. Для компов стоимостью до 18000 рублей они вполне подойдут. Самый простой и проверенный способ получить представление о качестве БП – это взвесить его в руке - он должен быть тяжелым, а не болтаться, как перышко.

Начало разгонного процесса осуществляется прямо из биоса. В материнских платах, хоть немного ориентированных на разгон, есть минимальный пакет возможностей по настойке основных параметров. BIOS – это первая программная оболочка, работающая непосредственно на уровне железа.

Основные настройки

Для людей, не совсем знакомых с разгоном, перечислю основные особенности и подводные камни настроек. Во-первых, все значения связанные с настройкой системной шины, памяти и т.п. надо перевести в режим Manual (ручная настройка параметров). Известны случаи, когда люди выставляли огромные частоты шины и с удивлением чувствовали запах гари, исходящий из района системного блока своего компьютера. Такое происходило потому, что при значении Auto материнская плата сама выставляет напряжение на чипсете и процессоре, тайминги и напряжение памяти. Так что даже если тебе удалось выставить большую частоту системной шины, в итоге система будет работать не так, как должна. Материнские платы сами, как правило, выставляют такие значения, что хочется плакать. Иногда бывает, что напряжения, выставленные материнкой, немножко не совпадают с предельными значениями для конкретных комплектующих. Самое смешное, что в их число, бывает, попадает и сама материнская плата, например, северный или южный мосты.

Но не все так плохо, сейчас на современном железе такие вещи довольно редки. Был случай, когда на Asus Commando и процессоре Core 2 Duo 6300 при полном Auto мы выставили частоту системной шины 520 МГц (значительно больше, чем положено) - и все прекрасно работало. Медленнее, конечно, чем при нормальных настройках железа, но работало! Но такие вещи скорее исключение, чем правило: все-таки эта материнская плата создавалась под разгон. Неудивительно, что именно ее мы и выбрали для публичной сессии разгона.

Еще один важный момент при разгоне – это оперативная память. Что касается платформ на базе процессоров Core 2 Duo, то тут чем больше частота, на которой способна работать память, тем эффективнее разгон. Рассмотрим параметры памяти на примере чипсета Р965. Начнем с того, что процессоры Core 2 Duo с нормальным разгонным потенциалом имеют частоту системной шины 266 (1066) МГц. Это значит, что для номинальных частот мы должны использовать как минимум память типа DDR2-533. Но при разгоне Core 2 Duo, особенно младших моделей, нужно повышать частоту системной шины до 400 МГц и больше, при этом, соответственно, нужна память DDR2-800 и выше. То есть чем выше мы возьмем номинальную частоту памяти, тем больше у нас будет запас при разгоне.

В нашем случае выбор пал на память, которая может спокойно работать с частотой выше 1100 МГц, с довольно низкими (агрессивными) таймингами. Тайминги же, в общих чертах, представляют собой количество тактов между какими-либо операциями над памятью, то есть число единичек той самой частоты, которое пропустит память, прежде чем сможет записать или прочитать данные из ячейки. Соответственно, если память тупит и пропускает кучу тактов перед каждой операцией, то толку от высокой частоты будет немного.

Подготовка к LN2-пати

Не удивляйся, LN2 – это азот по-буржуйски (liquid nitrogen). Именно он и стал главным героем разгонной сессии на пати журнала.

Получив комплектующие, я погонял их предварительно на воздушном охлаждении, чтобы выяснить опытным путем уровень тепловыделения процессора в нештатных режимах и определиться с количеством жидкого азота, необходимого для предварительного и финального теста.

Азот был закуплен в одной из специализированных фирм. Их заказчиками в большинстве случаев являются медицинские учреждения и салоны красоты, а с недавних пор еще и оверклокеры :). Учитывая масштаб предстоящего разгона, мы залили 25 литров азота в специальную емкость, называемую сосудом Дьюара (это бак с двойными стенками, между которыми вакуум, там азот может храниться месяц, а из обычного термоса он испарится за пару дней). Перевозить такую дуру по городу – дело не из легких, но в итоге нашлись добрые и меркантильные люди, которые помогли нам решить эту проблему, и по прибытию домой с азотом я незамедлительно взялся за тестирование.

В BIOS последовательно увеличивалось значение системной шины (FSB). Также была использована фишка конкретно этого процессора, флагмана в линейке Intel - его множитель. Сейчас объясню, что это такое. Тактовая частота процессора (внутренняя частота) в несколько раз выше системной частоты и задается по коэффициенту умножения системной шины. Например, тактовая частота QX6700 составляет 2,66 ГГц. Системная шина работает на частоте 266 МГц. Соответственно, коэффициент умножения QX6700 равен 10 (266х10=2660). Но этот процессор позволяет увеличивать свой множитель! В других процессорах этой линейки множитель заблокирован производителем. Мы выставили множитель 12, то есть 266х12=~3200 МГц. Дальше увеличивалась частота FSB. Первым рубежом стабильности стало значение частоты системной шины 383 МГц. Это не экстремальная частота FSB – процессоры с меньшим множителем, например младшие Core 2 Duo, разгоняются как раз исключительно повышением частоты шины. Там значения FSB бывают и больше 500.

Дальше повышалось напряжение на процессоре. Рабочее напряжение QX6700 составляет 1,3 В. Оно было поднято до 1,62 V. В этом режиме уже как раз и нужно экстремальное охлаждение. Рабочее тепловыделение этого процессора составляет 89 Вт. После изменения всех параметров его тепловыделение составило порядка 230 Вт! Обычная система воздушного охлаждения не способна отвести такое количество тепла. К тому же при экстремальном разгоне вопрос стоит не только об отводе тепла. Минусовые температуры требуются для стабильной работы при больших частотах. То есть если ты будешь использовать очень хороший кулер или даже систему водяного охлаждения, предел процессора по частоте, при которой он может стабильно работать, будет меньше. Тут требуются минусовые температуры. Медный стакан и жидкий азот для этого – в самый раз!

Система охлаждения включала медный стакан весом полтора килограмма и теплоизоляцию, выступающую также в качестве защиты комплектующих от конденсата, образовывающегося при сверхнизких температурах. Как ты уже понял, нами использовался жидкий азот (температура кипения которого -195,8 градусов Цельсия). Испытания проводились на открытом стенде.

Разгонное железо

Тестовый стенд

Процессор: Intel Core 2 Extreme QX6700 (2,66 ГГц, 4 ядра)

Материнская плата: Asus Commando (чипсет P965)

ОЗУ: Corsair XMS2 8500C5 DDR2 1066 МГц (2 х 1024 Мб)

Видео: Asus EN8800GTX 768 Мб/384 бит

HDD: Western Digital Raptor 150G 10000 rpm

БП: Tagan 900W TG900-U95

Физический ускоритель: Asus PhysX P1 128 Мб PCI

Система охлаждения: штатная воздушная/LN2

ОС: MS Windows XP SP2 English

Процессор Intel Core 2 Extreme QX6700 на сегодняшний день является самым быстрым в индустрии, а приставка Extreme означает возможность как увеличивать, так и уменьшать множитель. Напомню, что на не Extreme-версиях множитель можно только снижать.

Материнская плата Asus Commando была выбрана неслучайно. Дело в том, что она идеально подходит под экстрим, так как у нее есть все необходимые функции для получения максимального результата: большой диапазон изменения напряжения на процессоре, памяти, мостах, также вокруг сокета у нее отсутствуют электролитические конденсаторы, которые могут промерзнуть (заменены твердотельными).

Память Corsair XMS2 8500C5 DDR2 1066 МГц является одной из самых популярных среди оверклокеров, так как позволяет работать как с высокими, так и с низкими частотой и задержками (таймингами).

Asus EN8800GTX 768 Мб/384 бит на основе видеочипа G80 является непобедимой и по сей день. 128 унифицированных потоковых процессоров и широкая шина памяти в 384 бита несомненно играют определяющую роль в обеспечении высокой производительности.

Western Digital Raptor 150G 10000 rpm сегодня является самой быстрой дисковой подсистемой стандарта SATA. Никакой другой SATA-диск не даст тебе такой производительности, как этот, благодаря скорости вращения шпинделя 10000 оборотов/мин. (против 7200 у стандартных). При этом уровень шума очень низок.

Tagan 900W TG900-U95 был выбран как показавший себя с хорошей стороны, качественный и мощный девайс. Так как сейчас самая востребованная линия питания – это 12 V, разработчики Tagan уделили ей особое внимание – этот БП может выдавать по указанной линии до 80(!) ампер тока, чего с запасом хватит любой системе, даже предельно разогнанной.

Физический ускоритель Asus PhysX P1 128 Мб PCI был взят для демонстрации возможности расчета физики игрового мира. Он выводит игры, которые его поддерживают, на качественно другой уровень восприятия игрового процесса.

На нашем мероприятии была показана демоверсия игры CtllFactot, поразившая собравшихся натуралистичностью взрывов и разрушений обстановки.

Неплохая игровая система, неправда ли? Но нам хотелось большего!

Экстрим-сессия на «Хакер»-пати

А теперь о главном. По прибытии на место проведения этого замечательного события, мной и моим помощником было организовано предварительное тестирование. В ходе тестирования мне пришлось следить не только за стабильностью системы и температурой, но и за группами любознательных товарищей в возрасте от 3 до 30 лет :).

Скорость системы проверялась в популярных тестах:

1. Futuremark 3D Mark 05 – его результат в большей степени зависит от скорости видеокарты.

2. Aquamark 3 – тест, оценивающий быстроту не только видеокарты, но и процессора с памятью.

3. Super Pi 1,5 modXS – тест вычисляет число «пи» с точностью - от 64 тысяч до 32 миллионов знаков после запятой. Результат напрямую зависит от процессора и памяти. Мы во всех случаях считали с точностью до 1 миллиона знаков после запятой.

Чтобы можно было наглядно продемонстрировать эффект от разгона процессора, изначально все тесты проводились на системе, работающей в номинальном режиме, то есть без разгона. Все настройки BIOS и операционной системы были, что называется, по умолчанию, как есть. Мы получили следующие результаты:

3D Mark 05 – 15860 баллов; (что значит этот апостроф? Ничего – это обычная запятая, типа тысячи)

Aquamark 3 – 145245 баллов;

Super Pi 1,5 – 18,841 секунды.

Затем, пока собравшиеся показывали свои знания в области хардвара и зарабатывали призы, а девушки хакеров морозили в азоте розочки и разбивали их об сцену с характерным стеклянным звоном, мы готовили экстремальный стенд: устанавливали азотный стакан так, чтобы его основание плотно прилегало к поверхности процессора, переливали азот из сосуда Дьюара в более удобные емкости.

А потом был экстрим! Еще раз скажу, что сложность охлаждения азотом заключается в том, чтобы не довести процессор до такой температуры, при которой он не сможет работать. У нашего экземпляра проблемы с запуском системы были при -105 градусах Цельсия, соответственно, я поддерживал ее на уровне -102 градуса. Мониторинг осуществлялся с помощью специального термометра.

В итоге процессор удалось разогнать с 2,66 ГГц до 4,6 ГГц. Для 4-ядерного CPU это довольно высокий результат, с учетом прохождения им всех тестов без запинок и вылетов. Ведь в 4-ядерном проце - целых 4 ядра, каждое со своим характером, который в любой момент может воспрепятствовать дальнейшему разгону и помешать остальным ядрам раскрыть свой потенциал.

На видеокарте охлаждение не менялось. Разгон осуществлялся программным методом с помощью утилиты Riva Tuner 2.01. Предварительно на этой видеокарточке был сделан вольтмод (вторжение в схему питания в виде подпайки дополнительных элементов с целью увеличения напряжений или их стабилизации – примечание редактора), позволяющий увеличивать напряжение на видеопроцессоре. Модификация питания памяти не производилась, так как прибавка в 20-30 МГц была не так актуальна. В итоге частоты видеокарты удалось увеличить с 575/1800 (ядро/память) до 675/2400. Для воздуха это великолепный результат, особенно по памяти!

Оперативная память при этом работала на частоте 1150 МГц с таймингами (4-4-3-7) – класс! Ну и результаты были соответствующие:

3D Mark 05 – 23256 баллов

Aquamark 3 – 245178 баллов

Super Pi 1,5 – 10,841 секунд

Как говорится, почувствуй разницу!

Жестокий Селерон

Ну и напоследок я приготовил сюрприз – звездный бой насмерть: процессор за $1000 vs процессор за 1000 рублей ;).

В ролях:

* процессор за $1000 – Intel Core 2 Extreme QX6700 2,66 ГГц 8 Мб кэш;

* процессор за 1000 рублей – Intel Celeron D 347 3,06 ГГц 512 Кб кэш.

Производительность я решил проверить в тесте Super Pi.

В номинале Celeron D 347 считает число «пи» до миллионного знака за 46,325 секунды. После того как мы его охладили до -138 градусов Цельсия, его удалось разогнать до 7520 МГц! В итоге число «пи» мы просчитали за 18,895 секунды, ровно за такое время его считает QX6700 в номинале! Напомню, что этот тест использует один поток вычисления, то есть толку от других трех ядер в нем нет. Таким образом, сражались честно: одно ядро против одного ядра. Итак, мы на практике показали, на какой частоте должен вкалывать Celeron D 347, чтобы догнать одно ядро Core 2, работающее на частоте 2,66 ГГц.

На разгоне последнего процессора хотелось бы немного заострить твое внимание. Во-первых, это замечательный представитель поколения Pentium 4 на микроархитектуре NetBurst, которая царила на рынке ни много ни мало порядка семи лет, что является очень большим сроком в масштабах IT-индустрии. Начало этого поколения положило семейство процессоров на основе ядра Willamette, потом было, пожалуй, самое удачное ядро Northwood, а затем печально известный Prescott. После этого уже пошли первые двуядерные творения на ядрах Smithfield (два Prescott в одной упаковке), затем Presler и его одноядерный вариант CedarMill. На CedarMill как раз и основан наш Celeron 347 3060 МГц 512 Кб L2.

С чем связан такой удачный результат (140% от номинала)? Прежде всего, как ни смешно, с его одноядерностью – техпроцесс производства этих процессоров (65 нм), можно сказать, находится на вершине совершенства и отлаженности. Он не имел проблем со стабильностью даже при температуре ниже -130 градусов Цельсия, как это было с Core 2 Extreme QX6700.

Ну и в заключение хотелось бы поделиться с тобой радостью. Этот многострадальный Celeron со своей максимальной (скриншотной) частотой 7612 МГц, является пятым в мировом рейтинге величин частот, достигаемых кем-либо! Список на момент писания статьи выглядел таким образом:

1. 8179,89 МГц - ThuG OC Team Italy

2. 7984,49 МГц - xbrian88

3. 7770,13 МГц - 99tomcat

4. 7758,72 МГц – aspstein

5. 7613 МГц – DeDaL (это я, твой покорный слуга)

VIDEO

На нашем DVD лежат видео- и фотоотчет с вечеринки, где запечатлен экстремальный разгон с азотным охлаждением.

WWW

www.topmods.net – наши друзья, которые занимались разгоном на вечеринке.