Přetaktování AMD Phenom a Athlon II dopodrobna

Úvod a základní pojmy

Když se poprvé na podzim roku 2007 objevila nová architektura AMD K10 označována „Phenom“, od všech příznivců společnosti AMD byl očekáván nový, velmi vysoký výkon, který by zamíchal s nadvládou tehdejších Core 2 Quad „Kentsfield“ a nově příchozích „Yorkfield“ (ty však naštěstí pro AMD byly velmi špatně dostupné).

Přes porodní bolesti revize B2 a její velmi nízké takty, TLB chybu a i velmi nízké možnosti přetaktovaní vydala AMD urychleně v březnu roku 2008 revizi B3. Ta přinesla mírné zlepšení. Postupně narostly základní takty až do 2,6 GHz, procesor mohl přetaktováním atakovat hranici 3 až 3,2 GHz a ve srovnání takt na takt byl již důstojným soupeřem pro Intel Quad procesory.

Neduhem těchto prvních Phenomů však byla vysoká spotřeba, zvlášť po přetaktování. I maximální dosažitelná hranice se vzduchovým chlazením výrazně zaostávala za stále oblíbenějšími procesory Core 2 Duo a Core 2 Quad.

Vysvobození nejen pro zákazníky, ale hlavně pro AMD přišlo s příchodem nové generace procesorů K10.5 označované „Phenom II“. Hlavními plusy oproti prvním Phenomům jsou vysoké základní takty, nízké zahřívání, nižší spotřeba a vysoké možnosti taktování. A o posledním aspektu tu dnes bude řeč. Phenom II se stal již za krátkou dobu oblíbeným procesorem a je k dnešnímu dni prodáván ve dvou, tří a čtyřjádrové variantě.

Základní pojmy

Dnes vám objasníme metody taktování Phenomů (jak první, tak druhé generace, jelikož postup je identický), ukážeme vám přetaktování v praxi a vliv různých nastavení v BIOSu na výkon, včetně „maximálního“ přetaktování se vzduchovým chlazením.

Abychom se společně vyvarovali omylů, obecná řeč bude platit jak pro Phenomy (K10, 65 nm), tak pro Phenomy II (K10.5, 45 nm). Praktické ukázky potom se pak vztahují k procesorům se základním napětím 1,35 V (X4 920, 940 BE, 945, 955 BE), lze je však aplikovat také na všechny zbylé čipy řady Phenom II.

Phenomy se taktují způsobem zcela odlišným od taktování předchozí generace Athlonů a Athlonů X2. Děličky pamětí jsou pevně dané a při zvyšování základní frekvence sběrnice (base clock, zastarale a nesprávně FSB) jsou stále ve stejném poměru. Tyto poměry jsem uvedl do tabulky.

 

Zvyšování základní frekvence nám nejenom navyšuje celkovou pracovní frekvenci procesoru a frekvenci pamětí v daném poměru dle výše uvedené tabulky, ale také hodnotu hypertransportu (dále HT) a frekvenci severního můstku (Northbridge, NB). V základním nastavení je frekvence HT a NB (platí pro patici AM2+, a AM3). V AM2 je frekvence HT nižší než frekvence NB. Frekvence obou položek je udávána v rámci jednoho směru, ve skutečnosti je tedy dvojnásobná.

Abych byl konkrétní, základní desky AM2 podporují HT 2. generace, která je dle specifikací nastavena na 1000 MHz (v obou směrech vlastně 2000 MHz). HT Phenomů I a II je dle modelů nastaven továrně na 1600 až 2000 MHz (obousměrně tedy 3200 MHz až 4000 MHz). Jeho plné využití nám umožní až základní desky socketů AM2+ a AM3 s podporou HT3.0.

Jaký je vliv výkonu HT, budu tedy nějak výrazně ošizen o výkon Phenomů v AM2 socketu? I na tuto otázku vám společně s kolegou zodpovíme v praktické části.

Northbridge umožňuje efektivní komunikaci mezi procesorem a pamětmi, čímž zkracuje čas zpětné reakce, zvyšuje propustnost a sníží latence odezvy. Standardně je ve všech paticích dle modelu procesoru Phenom nastaven na 1600 až 2000 MHz (znovu se jedná o hodnotu pouze v jednom komunikačním směru).

Jak u HT tak také u NB můžeme jejich frekvenci snižovat/zvyšovat pomocí násobičů. Ovšem převážná většina základních desek socketu AM2 tuto možnost pro NB nemá, násobič je tam pevně daný. To může znamenat u procesorů s uzamčeným násobičem nižší možnosti celkového přetaktování.

Nastavení a vysvětlení položek BIOSu

Nastavení a vysvětlení položek BIOSu

Nyní se ponoříme do stručného objasnění základních pojmů a kde co najdeme v BIOSu. Vždy uvedu screeny typické pro základní desky společnosti Gigabyte a Asus, jelikož tito dva výrobci patří u nás k nejrozšířenějším a nějaké odlišnosti v názvosloví položek tam uvidíte.

Frekvence sběrnice (základní frekvence): implicitní hodnota 200 MHz, značená „CPU frequency“ nebo „FSB frequency“

 

Frekvence HT: základní hodnota 1000 až 2000 MHz, značená v BIOSu jako „HT link frequency“ nebo „HT link speed.“.

Frekvence NB: základní hodnota 1600 až 2000 MHz, v BIOSu najdeme pod položkou „CPU northbridge freq.“ nebo „CPU/NB frequency“.

CPU NB – CPU northbridge (severní můstek), část procesoru,
která má svou vlastní frekvenční doménu a napěťí. Frekvence CPU NB ovlivňuje
rychlost paměťového řadiče a L3 cache. Tyto mají velký vliv na rychlost celého
systému. Někdy se této části procesoru říká také Uncore (mimo jádro).

Nastavení frekvence RAM, dělička: značené v BIOSu „Memory clock“ nebo „DRAM frequency“

Napětí procesoru: základní hodnota je nastavena dle modelů na 1,25 až 1,4 V, v BIOSu ji najdete pod položkou „CPU voltage control“ nebo „CPU voltage“

Napětí, které procesor dodává integrovanému severnímu můstku:

základní hodnota je 1.1V. V BIOSu pod položkou „CPU NB VID kontrol“ nebo „CPU/NB voltage“

Napětí severního můstku (na základní desce): základní hodnota je také 1,1 V, v BIOSu najdeme pod položkou „NB volt. control“ nebo „NB voltage“

Napětí jižního můstku, sběrnice HT: základní hodnota je nastavena na 1,2 V, v BIOSu ji najdete pod položkou „SB/HT voltage control“ nebo „HT voltage“

Toto jsou základní hodnoty, které v praxi později použijeme a kterých si budeme všímat. Vše (i s implicitními hodnotami) ještě najdete v níže uvedené souhrnné tabulce.

 

Teorie přetaktování

Teorie přetaktování

Pro taktování Phenomů je nejvhodnější mít základní desku AM2+ nebo AM3 socketu. Dá se říci, že taktovat můžete ideálně na základních deskách s čipsety AMD 790GX/790X/790FX a nForce 780a/980a. Mějte na paměti, že lepšího výsledku dosáhneme spíše na základní desce středního a vyššího segmentu než na úplném lowendu, který někdy ani základní položky k taktování v BIOSu nenabízí. Dále je důležitý kvalitní PC zdroj a dále použité chlazení procesoru a případné odvětrávání skříně. I to totiž může být příčinou nestability a dosažení nižších hodnot přetaktování.

Základní teoretická pravidla jsou následovná. CnQ a C1E (úsporné funkce spotřeby) nechte zapnuté pouze tehdy, pokud přetaktováváte Black Edition verze procesorů a nebudete hýbat s hodnotou základní frekvence. Pokud ji měnit budete, doporučuji tyto hodnoty nastavit na „disabled“.

Budete-li používat taktování přes zvyšování základní frekvence, snižte si děličku pamětí! Výsledná frekvence nově taktovaných RAM se od taktu základní sběrnice odvíjí od matematické formule:

(takt základní sběrnice x dělící poměr RAM) x 2 – tedy např. používáte-li standardní 1066MHz pamě’tové moduly, dle tabulky výše si najdete, že mají dělící poměr 3:8. V modelové situaci máme procesor Phenom II X4 920 s uzamčeným násobičem a tak musíme taktovat pouze přes základní sběrnici. Abyste dosáhli slušného taktu, je třeba nastavit základní frekvenci alespoň na 230 MHz a více.

Teoretický výsledek by tedy byl: {(230x8)/3}x2 = 1226 MHz, to však 1066MHz paměti nezvládnou, jejich limit je většinou kolem 205-210 MHz základní frekvence při nezměněné děličce. Musíme proto v nastavení „Memory clock“ snížit poměr taktu pamětí, tzn. že tím změníme děličku, na 800 MHz. Potom nový výsledek bude následující: {(230x2)/1}x2 = 920 MHz.

Od základní sběrnice se odvíjí také takt procesoru a to dle následujícího vztahu: CPU násobič x takt základní sběrnice = výsledná frekvence CPU.

Znovu jednoduchý příklad vycházející z předchozího pro model Phenom II X4 920. Znáte výchozí frekvenci CPU (2800 MHz), z toho vám jasně vyplývá právě  jedna možnost hodnoty násobiče, tj. 14×. Při použití nové hodnoty základní frekvence je výsledek 14× 230 = 3220 MHz.

Od základní sběrnice se odvodí také frekvence sběrnice HT. Takt základní sběrnice × HT násobič = výsledná frekvence (implicitně je to např. 200× 9 = 1800 MHz) .

Sběrnici HT držte u AM2 socketu v rozmezí 800-1000 MHz, u AM2+ a AM3 se snažte být v mezích 1800-2200 MHz. Vliv na výkon není v praxi velký, jak koneckonců uvidíte v praktické části článku.

V těchto mezích ani nemusíte na HT přidávat napětí, to je třeba až přibližně od 2300 MHz. Pomocí děličky HT nebo volby HT link frekvence ji držte tedy v těchto mezích.

Příklad znovu pro model X4 920: 230 × 9 = 2070 MHz, tj. výsledek v mezích doporučené HT.

Takt základní sběrnice ovlivňuje také frekvenci NB dle jeho násobiče, čili vzorcově: Násobič NB × takt základní sběrnice = výsledná frekvence NB.

Příklad znovu pro model X4 920 a námi zvolenou základní frekvenci 230 MHz: V základu má tento procesor násobič NB hodnoty 9. Nová frekvence proto bude 230 × 9 = 2070 MHz (vyšlo nám stejně jako HT, v žádném případě nám nesmí vyjít hodnota nižší než frekvence HT).

Frekvence NB má citelný vliv na výkon celého procesoru, ale platí zde několik důležitých pravidel. Chybnou volbou v nastaveních NB můžete procesor i zničit!

-          Držte NB frekvenci vždy minimálně stejnou a nebo vyšší než frekvenci HT a zároveň frekvence NB nesmí přesáhnout tovární frekvenci procesoru nebo frekvenci po jeho přetaktování.

-          Vyšší frekvence NB neznamená zákonitě vyšší výkon procesoru jako celku, existuje totiž určitá závislost i na taktu procesoru (viz tabulka).

-          Frekvence NB do 2300 MHz bývá stabilní i bez zvýšení napětí CPU-NB

-          Frekvence NB do 2600 MHz považuji pro většinu uživatelů jako bezpečnou, pro vyšší frekvence je třeba zkušeností (hranice uchladitelnosti vzduchem/ vodou je kolem 3000 MHz) a nastavení již vysokého napětí CPU-NB, které zvyšuje spotřebu i vyzářené teplo procesoru.

*Tato hodnota napětí je již poměrně nebezpečná a způsobuje i vyšší zahřívání procesoru.

Napětí NB, NB voltage zvyšujte až u frekvence NB nad 2500 MHz, zlepší vám stabilitu systému. Bohatě stačí zvýšit pouze o 0,1 až 0,2 V. NB voltage vám napomůže i v přetaktování pamětí k lepší stabilitě.

Napětí CPU-NB, CPU-NB voltage zvyšujte přibližně od frekvence 2300 MHz na Northbridge (opravdu záleží na kusu procesoru, základní desce apod.) a můžete využít tabulku zobrazenou výše. Hraničním limitem pro vzduchové chlazení napětí CPU-NB je 1,55 V (podobně jako pro procesory Phenom).

Neduhem navyšování napětí CPU-NB je to, že na procesoru dosáhnete řádově o 50-100 MHz nižší frekvenci než kdybyste napětí CPU-NB nechali na implicitních hodnotách či přidali jen malý krok. Zvýšené napětí CPU-NB tedy snižuje maximální stabilní takt procesoru. Nyní se naskýtá otázka, stojí to potom za to? I to vám ukážeme v praktické části.

Procesory Phenom dokáží bez navýšení napětí dosáhnout hranice 2700 až 3000 MHz. Maximální doporučené napětí pro Phenomy je 1,5 V, to nám pomůže o dalších 100 až 300 MHz nahoru, ovšem za cenu vysoké spotřeby.

U Phenomů II bez navýšení napětí dosáhnete taktu 3000 až 3700 MHz (dle výrobního steppingu na procesoru, ostatních komponent a modelu procesoru). S navýšením napětí můžete dosáhnout stabilního provozu na frekvenci 3500-4000 MHz. Nemůžu tak úplně sumarizovat, neboť jiný stabilní takt dosahují první výrobní X4 940 a jiné takty dosahují poslední X4 955. Například X3 720 BE dosahuje v průměru 3,5 až 3,6 GHz, X4 945/955 v průměru 3700 až 3800 MHz. Také je rozdíl v taktování v operačním systému x86 a x64. V x86 jde procesor přetaktovat snadněji, přibližně o 100 MHz výše (na druhou stranu ale v x86 dosahuje v průměru horších výkonů).

Napětí CPU volte v rozmezí 1,4 až 1,55 V za podmínky, že teploty procesoru jsou do 65 stupňů v zátěži, pro „slabší“ modely doporučuji horní hranici do 1,5 V. A zde, u napětí CPU, je také kámen úrazu. Phenom II je „milovník“ studených teplot, s napětím by problém neměl, kdyby byl stále chladný. Proto některé čipy nedosáhnou zlepšení přetaktování od 1,45 V nahoru a jiné ano. Napětí CPU tedy volte uvážlivě a v menších krocích a uvědomte si, zda stojí navýšení o dalších 0,1 V za 50 až 100 MHz taktu procesoru navíc na stabilitě celého počítače. Od 1,45 V roste také výrazněji spotřeba.

Přetaktování procesoru v praxi, testování stability

Přetaktování procesoru v praxi 

Procesor jsem modelově nataktoval na stabilní frekvenci 3690 MHz, frekvence NB potom byla 2665 MHz. Tato stabilní frekvence je taková finální pro většinu čipů z celé rodiny Phenom II vyjma lepších kousků X3 720 BE, X4 920, X4 940 BE. Samostatnou kapitolou jsou modely X4 925/945/955 BE a příchozí X4 965 BE. Tyto čipy totiž bývají ještě o něco lepší.

Detailní nastavení vidíte v obrázcích BIOSu. Kupříklad můj procesor X4 955 zvládl zmíněnou frekvenci při nízkém napětí procesoru 1,4 V zcela bez problémů (v praxi navíc bylo napětí ještě trochu níže, na 1,392 V).

Testování stability a možné příčiny neúspěchu

Jako testovací programy doporučuji klasický Prime95, OCCT a nově také LinX. Já osobně preferuji LinX, jelikož dokáže odhalit nestabilitu systému již během první desítky minut (a nebo těsně po ní). Celý test navíc zabere méně času. Tomu odpovídá také nastavení.

Rychlý test stability jsem provedl s „blokem“ 12 000 na 15 výpočtových smyček - tzv. quick stability. Pokud chcete hardrock stability, nastavte si 14 000 a více. Procesor tím brutálně potrápíte. Osobně bych nad 17 000 nevolil.

Pokud test stability vyhodí chybu, může to být několik příčin. Příčinou může být procesor, ale také paměti anebo northbridge. Proto doporučuji taktovat v několika krocích. Nejprve si otestujte vaše paměti (například pomocí Super PI na 32M nebo Hyper PI na 32M) na základní frekvenci procesoru. Poté můžete zjistit vrchní limit základní sběrnice při implicitní děličce paměti stejným způsobem.

Jakmile toto víte, začněte na přibližné základní frekvenci CPU (snížíte násobič CPU, když bude třeba) hledat závislost NB frekvence a napětí CPU-NB. Samozřejmě zátěžovým testem. Pokud jím projde, víte, že položky RAM a CPU-NB můžeme téměř z další nestability vyloučit. Řekl jsem cíleně „téměř“, protože u vysokých NB frekvencí kolem 2600 MHz a více to plně neplatí. Jestliže vám přetaktovaný CPU při zátěžovém testu padne, máte dvě možnosti:

1. Snížíte frekvenci NB pomocí násobiče a otestujete znovu zátěžovým testem. Pokud jím projde, víte, že chyba je znovu v northbridge, navýšíte lehce jeho napětí CPU-NB a zkontrolujete, zda máte navýšené i NB napětí. Pokud vám už test projde, máte vyhráno, pokud ne, všímáte si teploty, jaké procesor dosahoval. Víte totiž, že zvýšené CPU-NB zvyšuje i teplotu CPU a tím pádem i dosažitelnost celkového stabilního taktu.
2. Snižte frekvenci NB pomocí násobiče a otestujte znovu zátěžovým testem. Jestliže testem neprošel, na vině bude zcela jistě nedostatečné napětí CPU a nebo vysoké teploty procesoru. Jestliže se jedná o vysoké teploty, máme holt smůlu a nezbývá vám, než zkusit s nižším napětím dosáhnout podobné blízké frekvence anebo zajistit lepší chlazení procesoru.

Co pravděpodobně znamená modrá smrt (na otestování je výborný Cinebench, Cinebenchem většinou procesor nedokáže projít na o moc vyšší frekvenci než je jeho stabilní frekvence!), nebo černá obrazovka? Pokud se dostaví modrá smrt u Phenomů, většinou je to chyba nastavení RAM (frekvence, napětí RAM, časování), popřípadě chyba northbridge. Černá obrazovka je chyba procesoru: přehřátí CPU, závažná chyba jádra na hranici jeho možností.

Praktické testy, vliv přetaktování na výkon, závěr

Praktické testy

Nyní se vrhneme již na praktické testování, u jednotlivých benchmarků si řekneme o přínosu NB nebo naopak o zvláštních degradujících výsledcích…

Praktické testy byly prováděny v několika konfiguracích nastavení celého systému. Bylo testováno na dvou počítačích, sestavy níže. Tímto děkuji uživateli Froxicovi, bez kterého by článek byl ochuzen o některé benchmarky a podílel se také výraznou měrou na praktické části článku. Předem také poděkuji zahraničnímu známému overclokerovi Chew* ( ten si asi článek nepřečte), který mě ještě leccos ohledně nastavování Phenomů přiučil.

Testovací sestavy a software

• procesory: AMD Phenom II X4 940 BE, AMD Phenom II X4 955 BE
• základní deska: Gigabyte GA-MA790X-UD4 (bios F3)
• paměti: 2× 2GB DDR2 Kingston HyperX 1066 MHz, 5-5-5-15-2T
• chladič procesoru:  pro X4 940 BE: Noctua NH-U12P, pro X4 955 BE pak CM Hyper 212
• grafická karta: Gainward Radeon HD 4850, 512 MB GDDR5 @ 750/4000 MHz
• zdroj: Seasonic SS 600-HT pro X4 940 B a Seasonic 500W pro X4 955 BE
• operační systém: Windows 7 x64 RC1
• ovladače: ATI Catalyst 9.6

Použité benchmarky:

Cinebench R10 64-bit, WinRAR 3,8, wPrime 2.00, x264 HD benchmark 2.0, SuperPI mod XS 1.5

Benchmarky praktické:

• WinRAR komprese, WinRAR dekomprese (1. test dekomprese byl archiv o
  velikosti, druhý nekomprimační byl smíšený archiv z fotek, MP3, videí
  a instalačních souborů o celkové velikosti 2 GB, pro kompresi byl použit
  archiv velikosti 695 MB obsahující dva videosoubory)
• Konverze videa z WMV do HD 720P v AVS video konvertoru a konverze videa 
  z AVI do WMV v WMV encoderu

3D benchmarky a hry:

3Dmark05, 3Dmark06, Crysis Warhead, Resident Evil 5, Streetfighter 4, Unreal Tournament 3.

 

Výsledky

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vyšší frekvence NB se nám kladně projevila na většině testů. Pro herní benchmarky, hry samotné, kompresi a dekompresi znamená vyšší NB i vyšší efektivitu procesoru. A to někdy znatelně. Pokud porovnáme základní nastavení s nastavením vysokého NB při stejné frekvenci procesoru. Například procesor o taktu 3000 MHz a NB 2400 MHz nebo 2600 MHz v průměru dosahuje výsledků jako procesor o frekvenci 3400 MHz při základních 2000 MHz NB!

U převodu videa je také vidět zkrácení času, jak u benchmarku x264, tak také u praktického převodu. Citelnější rozdíly než 2 až 3 s by byly vidět u videa o větší velikosti. Testovaná videa měla velikost jen lehce nad 100 MB. Poměrově je rozdíl času dobrý (teoreticky u 700 MB by to bylo ušetřených 14 až 20 s).

Zvláštně se chová Cinebench, kde se výsledky s frekvencí NB hodně různí a u wPrime jsou dokonce nejlepší se základní hodnotou NB.

Celkově se však navýšení frekvence NB určitě vyplatí a můžete využít tabulky „ideálních nastavení NB při daném taktu procesoru“, kterou jsem uvedl v teoretické části taktování.
 

Vliv frekvence HT při maximálním přetaktování procesoru

Nyní se ještě podíváme, jak si vedl procesor v přetaktovaném stavu s „maximálními“ stabilními hodnotami.

Přeměřil jsem pochopitelně i maximální mnou namodelovaný stabilní takt procesoru a zkusil několik nastavení sběrnice HT. Pro majitele starších základních desek AM2 jsem tedy nastavil frekvenci HT sběrnice na 1230 MHz , dále pak „ideální“ 2055 MHz a přetaktovanou hodnotu 2460 MHz.

Nastavení použitých benchmarků a praktických testů bylo stejné jako u předchozích měření vlivu NB frekvence na takt procesoru.

 

Vliv taktu sběrnice HT, jak vidíte, je zanedbatelný. Hlavně směrem dolů nebudete o výkon ošizeni, a tak se majitelé starších základních desek AM2 nemusí obávat zakoupit procesory Phenom. Nejprve si však zkontrolujte na stránkách výrobce, zda vaše základní deska daný procesor podporuje. Vysoký takt sběrnice HT však zaznamenal lehkou degradaci výkonu, podívejte se například na Cinebench R10.

Doporučuji ponechat takt sběrnice HT na implicitních hodnotách anebo v rozmezí 1800 až 2200 MHz.

Závěr a další možnosti

Na závěr jsem si se svým procesorem X4 955 BE ještě trošku pohrál a zkusil pořádnou validaci v 64bitových Windows 7. Tušil jsem, že 4 GHz by neměl být problém, jelikož můj kousek je plně stabilní na téměř 3,9 GHz ve Windows XP, resp.  3,8 GHz ve Windows 7.

Překvapením pro mě bylo, že ačkoli v tomto systému jsou dosažené stabilní frekvence nižší než v x86 (čili 32-bitových) OS, dosáhl jsem „bez potíží“ pro někoho těžko uvěřitelné frekvence 4200 MHz při 1.48V J. Ke stabilitě to mělo ovšem silně daleko, byl jsem rád, že jsem validaci uložil a nahrál do databáze, na takovéto frekvenci by byl problém i brouzdat internetem (každou chvíli jsem očekával pád či zamrznutí systému, naštěstí se tak nestalo).

Taktovat lze pochopitelně dobře i v aplikacích AOD (AMD Overdrive), K10 stats a Phenom Msr Tweaker. Pro používání jsou velmi intuitivní, pozor si však u nich dejte na napětí, raději následně překontrolujte přes CPU-Z nebo jinou diagnostickou utilitu. Hlavně aplikace Phenom Msr Tweaker vám umožní zachovat úsporné režimy i při zvyšování základní sběrnice. Stačí zadat frekvenci přetaktování a v druhém řádku frekvenci i napětí v úsporném režimu a to vše aplikovat. Odkaz ke stažení.