Разгон компьютерных компонентов: практика и риски

Введение

Практика увеличения тактовой частоты компьютера сверх значения, указанного производителем.

В вычислительной технике разгон — это практика увеличения тактовой частоты компьютера сверх значения, сертифицированного производителем. Как правило, также увеличивается рабочее напряжение для поддержания стабильной работы компонента на повышенных скоростях. Полупроводниковые устройства, работающие на более высоких частотах и напряжениях, потребляют больше энергии и выделяют больше тепла. Разгонное устройство может оказаться нестабильным или полностью выйти из строя, если не обеспечить отвод дополнительного тепла или компоненты питания не смогут обеспечить возросшие потребности в мощности. Многие гарантии на устройства указывают, что разгон или использование компонентов с характеристиками, превышающими заявленные, аннулирует гарантию, однако некоторые производители допускают разгон при условии его (относительной) безопасности.

Обзор

Целью разгона является увеличение рабочей скорости данного компонента. Обычно в современных системах целью разгона является повышение производительности основного чипа или подсистемы, такого как центральный процессор или графический контроллер, но часто вовлекаются и другие компоненты, такие как системная память (RAM) или системные шины (обычно на материнской плате). Цена разгона – увеличение энергопотребления (выделение тепла), уровня шума вентиляторов (охлаждения) и сокращение срока службы целевых компонентов. Большинство компонентов разрабатываются с запасом прочности для работы в условиях, не зависящих от производителя, например, температура окружающей среды и колебания рабочего напряжения. Методы разгона, как правило, направлены на использование этого запаса прочности, устанавливая для устройства работу на верхней границе допустимых значений, при этом температура и напряжение должны более тщательно контролироваться пользователем. Например, рабочую температуру необходимо более строго контролировать с помощью усиленного охлаждения, поскольку компонент станет менее устойчивым к повышению температуры на более высоких частотах. Также может быть увеличено базовое рабочее напряжение для компенсации неожиданных просадок напряжения и для улучшения качества сигналов и синхронизации, поскольку низкое напряжение с большей вероятностью вызовет сбои при более высоких рабочих частотах. Хотя большинство современных устройств достаточно терпимы к разгону, у всех компонентов есть пределы. Как правило, для любого заданного напряжения большинство компонентов имеют максимальную "стабильную" частоту, при которой они все еще работают корректно. При превышении этой частоты устройство начинает выдавать неверные результаты, что может привести к сбоям и нестабильной работе любой системы, зависящей от него. В контексте ПК обычным результатом является сбой системы, но более тонкие ошибки могут оставаться незамеченными, что со временем может привести к неприятным последствиям, таким как повреждение данных (неправильные вычисления или, что хуже, некорректная запись в хранилище) или сбой системы только при выполнении определенных задач (обычные операции, такие как просмотр веб-страниц и работа с текстовыми документами, могут работать нормально, но любое приложение, требующее продвинутой графики, вызовет сбой системы. Существует также риск повреждения самого оборудования). В этот момент увеличение рабочего напряжения компонента может дать дополнительный запас для дальнейшего увеличения тактовой частоты, но повышенное напряжение также может значительно увеличить тепловыделение и еще больше сократить срок службы. В конечном итоге, будет достигнут предел, определяемый способностью обеспечить устройство достаточным питанием, возможностями пользователя по охлаждению компонента и максимальной допустимой величиной напряжения самого устройства, после чего произойдет его разрушительный отказ. Чрезмерное использование напряжения или недостаточное охлаждение может быстро привести к снижению производительности устройства до точки отказа или, в крайних случаях, к его полному выходу из строя. Прирост скорости, полученный в результате разгона, во многом зависит от приложений и рабочих нагрузок, выполняемых в системе, а также от того, какие компоненты разгоняет пользователь; публикуются сравнительные тесты для различных целей.

The purpose of overclocking is to increase the operating speed of a given component. Normally, on modern systems, the target of overclocking is increasing the performance of a major chip or subsystem, such as the main processor or graphics controller, but other components, such as system memory (RAM) or system buses (generally on the motherboard), are commonly involved. The trade offs are an increase in power consumption (heat), fan noise (cooling), and shortened lifespan for the targeted components. Most components are designed with a margin of safety to deal with operating conditions outside of a manufacturer's control; examples are ambient temperature and fluctuations in operating voltage. Overclocking techniques in general aim to trade this safety margin by setting the device to run in the higher end of the margin, with the understanding that temperature and voltage must be more strictly monitored and controlled by the user. Examples are that operating temperature would need to be more strictly controlled with increased cooling, as the part will be less tolerant of increased temperatures at the higher speeds. Also base operating voltage may be increased to compensate for unexpected voltage drops and to strengthen signalling and timing signals, as low voltage excursions are more likely to cause malfunctions at higher operating speeds. While most modern devices are fairly tolerant of overclocking, all devices have finite limits. Generally for any given voltage most parts will have a maximum "stable" speed where they still operate correctly. Past this speed, the device starts giving incorrect results, which can cause malfunctions and sporadic behavior in any system depending on it. While in a PC context the usual result is a system crash, more subtle errors can go undetected, which over a long enough time can give unpleasant surprises such as data corruption (incorrectly calculated results, or worse writing to storage incorrectly) or the system failing only during certain specific tasks (general usage such as internet browsing and word processing appear fine, but any application wanting advanced graphics crashes the system. There might also be a chance for damage to the hardware itself). At this point, an increase in operating voltage of a part may allow more headroom for further increases in clock speed, but the increased voltage can also significantly increase heat output, as well as shorten the lifespan further. At some point, there will be a limit imposed by the ability to supply the device with sufficient power, the user's ability to cool the part, and the device's own maximum voltage tolerance before it achieves destructive failure. Overzealous use of voltage or inadequate cooling can rapidly degrade a device's performance to the point of failure, or in extreme cases outright destroy it. The speed gained by overclocking depends largely upon the applications and workloads being run on the system, and what components are being overclocked by the user; benchmarks for different purposes are published.

Подготовительный

Напротив, основная цель понижения тактовой частоты – уменьшить энергопотребление и, как следствие, тепловыделение устройства, при этом компромиссом является снижение тактовой частоты и производительности. Снижение требований к охлаждению, необходимых для поддержания оборудования при заданной рабочей температуре, дает дополнительные преимущества, такие как уменьшение количества и скорости вентиляторов для более тихой работы, а в мобильных устройствах – увеличение времени работы от батареи за один заряд. Некоторые производители понижают тактовую частоту компонентов оборудования, работающего от батареи, для увеличения времени автономной работы, или внедряют системы, которые определяют, когда устройство работает от батареи, и снижают тактовую частоту. Понижение тактовой частоты и напряжения может быть применено в настольной системе для обеспечения ее бесшумной работы (например, для домашнего кинотеатра), потенциально предлагая более высокую производительность, чем в настоящее время предлагают процессоры с низким напряжением. Это позволит использовать компонент со "стандартным напряжением" и попытаться запустить его с более низким напряжением (при сохранении настольной тактовой частоты), чтобы достичь приемлемого баланса между производительностью и уровнем шума для сборки. Это также было выгодно, поскольку использование процессора со "стандартным напряжением" в применении, требующем "низкого напряжения", позволяло избежать традиционной надбавки к цене за официально сертифицированную версию с низким напряжением. Однако, как и в случае с разгоном, нет гарантии успеха, и необходимо учитывать время, затраченное на изучение конкретных комбинаций системы/процессора, а также время и утомительность выполнения множества итераций тестирования стабильности. Полезность понижения тактовой частоты (как и разгона) определяется доступными моделями процессоров, ценами и наличием на момент сборки. Понижение тактовой частоты также иногда используется при диагностике неисправностей.

Культура энтузиастов

Оверклокинг стал более доступным, поскольку производители материнских плат предлагают его как маркетинговую функцию в своих основных линейках продуктов. Однако эта практика больше привлекает энтузиастов, чем профессиональных пользователей, так как оверклокинг сопряжен с риском снижения надежности, точности и повреждения данных и оборудования. Кроме того, большинство гарантий производителя и соглашений об обслуживании не распространяются на разогнанные компоненты и любые косвенные повреждения, вызванные их использованием. Хотя оверклокинг все еще может быть способом увеличения вычислительной мощности и, следовательно, повышения производительности для профессиональных пользователей, важность тщательного тестирования стабильности компонентов перед их использованием в рабочей среде трудно переоценить. Оверклокинг предлагает несколько преимуществ для энтузиастов. Он позволяет тестировать компоненты на частотах, которые в настоящее время не предлагает производитель, или на частотах, официально доступных только в специализированных, более дорогих версиях продукта. Общая тенденция в компьютерной индустрии заключается в том, что новые технологии сначала появляются на рынке high-end, а затем постепенно проникают на рынки производительности и mainstream. Если high-end версия отличается от обычной только повышенной тактовой частотой, энтузиаст может попытаться разогнать обычную версию, чтобы имитировать возможности high-end модели. Это позволяет получить представление о производительности перспективных технологий до их официального выхода на рынок, что может быть особенно полезно для других пользователей, рассматривающих возможность покупки или обновления при официальном релизе новой функции. Некоторые любители занимаются сборкой, настройкой и "тюнингом" своих систем, участвуя в соревнованиях по бенчмаркингу, соревнуясь с единомышленниками за высокие результаты в стандартных компьютерных тестах. Другие приобретают недорогую модель компонента и пытаются разогнать ее, чтобы достичь производительности более дорогой модели. Еще один подход – разгон устаревших компонентов, чтобы соответствовать растущим системным требованиям и продлить срок службы старых деталей или, по крайней мере, отложить покупку нового оборудования исключительно ради повышения производительности. Также, даже если оверклокинг приводит к более быстрому выходу оборудования из строя, потеря невелика, поскольку оно уже амортизировано и в любом случае подлежало бы замене.

Overclocking has become more accessible with motherboard makers offering overclocking as a marketing feature on their mainstream product lines. However, the practice is embraced more by enthusiasts than professional users, as overclocking carries a risk of reduced reliability, accuracy and damage to data and equipment. Additionally, most manufacturer warranties and service agreements do not cover overclocked components nor any incidental damages caused by their use. While overclocking can still be an option for increasing personal computing capacity, and thus workflow productivity for professional users, the importance of stability testing components thoroughly before employing them into a production environment cannot be overstated. Overclocking offers several draws for overclocking enthusiasts. Overclocking allows testing of components at speeds not currently offered by the manufacturer, or at speeds only officially offered on specialized, higher priced versions of the product. A general trend in the computing industry is that new technologies tend to debut in the high end market first, then later trickle down to the performance and mainstream market. If the high end part only differs by an increased clock speed, an enthusiast can attempt to overclock a mainstream part to simulate the high end offering. This can give insight on how over the horizon technologies will perform before they are officially available on the mainstream market, which can be especially helpful for other users considering if they should plan ahead to purchase or upgrade to the new feature when it is officially released. Some hobbyists enjoy building, tuning, and "Hot Rodding" their systems in competitive benchmarking competitions, competing with other like minded users for high scores in standardized computer benchmark suites. Others will purchase a low cost model of a component in a given product line, and attempt to overclock that part to match a more expensive model's stock performance. Another approach is overclocking older components to attempt to keep pace with increasing system requirements and extend the useful service life of the older part or at least delay purchase of new hardware solely for performance reasons. Another rationale for overclocking older equipment is even if overclocking stresses equipment to the point of failure earlier, little is lost as it is already depreciated, and would have needed to be replaced in any case.

Компоненты

Технически любой компонент, использующий таймер (или тактовый генератор) для синхронизации своих внутренних операций, может быть разогнан. Однако, большинство усилий по разгону компьютерных компонентов сосредоточены на конкретных компонентах, таких как процессоры (CPU), видеокарты, чипсеты материнской платы и оперативная память. Большинство современных процессоров получают свою эффективную рабочую частоту, умножая базовую частоту (скорость системной шины) на внутренний множитель внутри процессора (множитель CPU), чтобы достичь своей конечной скорости. Обычно процессоры разгоняют путем изменения множителя CPU, если такая возможность предусмотрена, но процессор и другие компоненты также можно разогнать, увеличив базовую частоту системной шины. Некоторые системы позволяют дополнительно настраивать другие тактовые генераторы (например, системные часы), которые влияют на частоту системной шины, которая, в свою очередь, умножается на процессор, обеспечивая более тонкую настройку конечной частоты процессора. Большинство OEM-систем не предоставляют пользователю доступ к настройкам, необходимым для изменения частоты процессора или напряжения в BIOS материнской платы OEM, что препятствует разгону (по причинам гарантии и поддержки). Однако, тот же процессор, установленный на другую материнскую плату с возможностью настройки, позволит пользователю изменить эти параметры. Любой компонент в конечном итоге перестанет работать стабильно при превышении определенной частоты. Компоненты обычно демонстрируют некорректное поведение или другие признаки потери стабильности, предупреждая пользователя о том, что данная частота нестабильна, но всегда существует вероятность, что компонент выйдет из строя без предупреждения, даже если напряжения остаются в пределах допустимых безопасных значений. Максимальная частота определяется путем разгона до точки первой нестабильности, а затем выбором последней стабильной, более низкой настройки. Гарантируется корректная работа компонентов только в пределах их номинальных значений; за их пределами различные экземпляры могут иметь разный потенциал разгона. Конечная точка разгона определяется такими параметрами, как доступные множители CPU, делители шины, напряжения; способность пользователя управлять тепловыми нагрузками и использовать эффективные системы охлаждения; а также множеством других факторов, связанных с самими устройствами, таких как допуски на частоту и тепловую устойчивость полупроводников, взаимодействие с другими компонентами и остальной системой.

Technically any component that uses a timer (or clock) to synchronize its internal operations can be overclocked. Most efforts for computer components however focus on specific components, such as, processors (a. k. a. CPU), video cards, motherboard chipsets, and RAM. Most modern processors derive their effective operating speeds by multiplying a base clock (processor bus speed) by an internal multiplier within the processor (the CPU multiplier) to attain their final speed. Computer processors generally are overclocked by manipulating the CPU multiplier if that option is available, but the processor and other components can also be overclocked by increasing the base speed of the bus clock. Some systems allow additional tuning of other clocks (such as a system clock) that influence the bus clock speed that, again is multiplied by the processor to allow for finer adjustments of the final processor speed. Most OEM systems do not expose to the user the adjustments needed to change processor clock speed or voltage in the BIOS of the OEM's motherboard, which precludes overclocking (for warranty and support reasons). The same processor installed on a different motherboard offering adjustments will allow the user to change them. Any given component will ultimately stop operating reliably past a certain clock speed. Components will generally show some sort of malfunctioning behavior or other indication of compromised stability that alerts the user that a given speed is not stable, but there is always a possibility that a component will permanently fail without warning, even if voltages are kept within some pre determined safe values. The maximum speed is determined by overclocking to the point of first instability, then accepting the last stable slower setting. Components are only guaranteed to operate correctly up to their rated values; beyond that different samples may have different overclocking potential. The end point of a given overclock is determined by parameters such as available CPU multipliers, bus dividers, voltages; the user's ability to manage thermal loads, cooling techniques; and several other factors of the individual devices themselves such as semiconductor clock and thermal tolerances, interaction with other components and the rest of the system.

Рассмотрение

При разгоне необходимо учитывать несколько факторов. Прежде всего, важно убедиться, что компонент получает достаточное питание при напряжении, необходимом для стабильной работы на новой тактовой частоте. Неправильные настройки питания или избыточное напряжение могут привести к необратимому повреждению компонента. В профессиональной производственной среде разгон целесообразен только в тех случаях, когда прирост производительности оправдывает затраты на квалифицированную поддержку, потенциальное снижение надежности, влияние на условия обслуживания и гарантии, а также повышенное энергопотребление. Если требуется более высокая скорость, зачастую, с учетом всех расходов, выгоднее приобрести более быстрое оборудование.

Охлаждение

Все электронные схемы производят тепло, генерируемое движением электрического тока. По мере увеличения тактовой частоты в цифровых схемах и приложенного напряжения, тепло, генерируемое компонентами, работающими на более высоких уровнях производительности, также увеличивается. Зависимость между тактовой частотой и тепловым пакетом (TDP) линейна. Однако существует предел максимальной частоты, который называют "стеной". Чтобы преодолеть эту проблему, энтузиасты разгона повышают напряжение на чипе, чтобы увеличить потенциал разгона. Увеличение напряжения значительно повышает энергопотребление и, следовательно, тепловыделение (пропорционально квадрату напряжения в линейной цепи, например); это требует более эффективного охлаждения, чтобы избежать повреждения оборудования из-за перегрева. Кроме того, некоторые цифровые схемы замедляются при высоких температурах из-за изменения характеристик MOSFET. В свою очередь, энтузиаст разгона может решить снизить напряжение на чипе во время разгона (процесс, известный как андервольтинг), чтобы уменьшить тепловыделение, сохраняя при этом оптимальную производительность. Штатные системы охлаждения рассчитаны на мощность, выделяемую при нормальной работе без разгона; разогнанные схемы могут требовать более мощного охлаждения, например, с помощью высокопроизводительных вентиляторов, больших радиаторов, тепловых трубок и жидкостного охлаждения. Масса, форма и материал влияют на способность радиатора рассеивать тепло. Эффективные радиаторы часто изготавливаются целиком из меди, обладающей высокой теплопроводностью, но дорогостоящей. Алюминий используется чаще; он имеет хорошие тепловые характеристики, хотя и уступающие меди, и значительно дешевле. Более дешевые материалы, такие как сталь, не обладают хорошими тепловыми характеристиками. Тепловые трубки могут использоваться для повышения теплопроводности. Многие радиаторы сочетают два или более материалов для достижения баланса между производительностью и стоимостью, например, при попытках установить рекорды или проводить разовые эксперименты, а не для охлаждения повседневной системы. В июне 2006 года IBM и Технологический институт Джорджии совместно объявили о новом рекорде тактовой частоты кремниевого чипа (скорость переключения транзистора, а не тактовая частота процессора) – более 500 ГГц, достигнутом путем охлаждения чипа жидким гелием. Мировой рекорд частоты процессора, установленный в ноябре 2012 года, составляет 9008,82 МГц по состоянию на декабрь 2022 года. Эти экстремальные методы, как правило, непрактичны в долгосрочной перспективе, поскольку требуют пополнения запасов испаряющейся охлаждающей жидкости, а на охлажденных компонентах может образовываться конденсат. Использование чрезвычайно холодных хладагентов может привести к выходу устройств из строя. Горелка используется для временного повышения температуры при нежелательном переохлаждении. Погружное охлаждение, используемое в суперкомпьютере Cray 2, предполагает погружение части компьютерной системы непосредственно в охлажденную жидкость, обладающую высокой теплопроводностью и низкой электрической проводимостью. Преимущество этой техники заключается в том, что на компонентах не образуется конденсат. Энтузиасты разгона используют смесь сухого льда и растворителя с низкой температурой замерзания, например, ацетона или изопропилового спирта. Эта охлаждающая ванна, часто используемая в лабораториях, достигает температуры. Однако эта практика не рекомендуется из-за рисков для безопасности: растворители легко воспламеняются и летучи, а сухой лед может вызвать обморожение (при контакте с открытой кожей) и удушье (из-за большого объема углекислого газа, выделяемого при сублимации).

All electronic circuits produce heat generated by the movement of electric current. As clock frequencies in digital circuits and voltage applied increase, the heat generated by components running at the higher performance levels also increases. The relationship between clock frequencies and thermal design power (TDP) are linear. However, there is a limit to the maximum frequency which is called a "wall". To overcome this issue, overclockers raise the chip voltage to increase the overclocking potential. Voltage increases power consumption and consequently heat generation significantly (proportionally to the square of the voltage in a linear circuit, for example); this requires more cooling to avoid damaging the hardware by overheating. In addition, some digital circuits slow down at high temperatures due to changes in MOSFET device characteristics. Conversely, the overclocker may decide to decrease the chip voltage while overclocking (a process known as undervolting), to reduce heat emissions while performance remains optimal. Stock cooling systems are designed for the amount of power produced during non overclocked use; overclocked circuits can require more cooling, such as by powerful fans, larger heat sinks, heat pipes and water cooling. Mass, shape, and material all influence the ability of a heatsink to dissipate heat. Efficient heatsinks are often made entirely of copper, which has high thermal conductivity, but is expensive. Aluminium is more widely used; it has good thermal characteristics, though not as good as copper, and is significantly cheaper. Cheaper materials such as steel do not have good thermal characteristics. Heat pipes can be used to improve conductivity. Many heatsinks combine two or more materials to achieve a balance between performance and cost. such as record setting attempts or one off experiments rather than cooling an everyday system. In June 2006, IBM and Georgia Institute of Technology jointly announced a new record in silicon based chip clock rate (the rate a transistor can be switched at, not the CPU clock rate) above 500 GHz, which was done by cooling the chip to using liquid helium. Set in November 2012, the CPU Frequency World Record is 9008.82 MHz as of December 2022. These extreme methods are generally impractical in the long term, as they require refilling reservoirs of vaporizing coolant, and condensation can form on chilled components. so using extremely cold coolants may cause devices to fail. Blowtorch is used to temporarily raise temperature to issues of over cooling when not desirable. Submersion cooling, used by the Cray 2 supercomputer, involves sinking a part of computer system directly into a chilled liquid that is thermally conductive but has low electrical conductivity. The advantage of this technique is that no condensation can form on components. Amateur overclocking enthusiasts have used a mixture of dry ice and a solvent with a low freezing point, such as acetone or isopropyl alcohol. This cooling bath, often used in laboratories, achieves a temperature of However, this practice is discouraged due to its safety risks; the solvents are flammable and volatile, and dry ice can cause frostbite (through contact with exposed skin) and suffocation (due to the large volume of carbon dioxide generated when it sublimes).

Стабильность и функциональная корректность

Поскольку разогнанный компонент работает за пределами рекомендованных производителем условий эксплуатации, он может функционировать некорректно, приводя к нестабильности системы. Другой риск – скрытое повреждение данных из-за необнаруженных ошибок. Такие сбои могут никогда не быть правильно диагностированы и вместо этого ошибочно приписываться программным ошибкам в приложениях, драйверах устройств или операционной системе. Разогнанное использование может необратимо повредить компоненты, что приведет к их некорректной работе (даже в нормальных условиях эксплуатации), не делая их полностью неработоспособными. Крупномасштабное полевое исследование 2011 года, посвященное аппаратным сбоям, вызывающим сбои в работе систем потребительских ПК и ноутбуков, показало увеличение в четыре-двадцать раз (в зависимости от производителя процессора) количества сбоев системы из-за отказа процессора в разогнанных компьютерах в течение восьми месяцев. В целом, энтузиасты разгона утверждают, что тестирование может гарантировать стабильность и корректную работу разогнанной системы. Хотя программные инструменты для тестирования стабильности оборудования доступны, частному лицу обычно невозможно тщательно протестировать функциональность процессора. Достижение хорошего покрытия ошибок требует огромных инженерных усилий; даже при всех ресурсах, выделенных производителями для валидации, дефектные компоненты и даже конструктивные недостатки не всегда обнаруживаются. Конкретный "стресс-тест" может проверять только функциональность конкретной последовательности инструкций, используемой в сочетании с данными, и может не обнаруживать ошибки в этих операциях. Например, арифметическая операция может выдать правильный результат, но некорректные флаги; если флаги не проверяются, ошибка останется незамеченной. Чтобы усложнить ситуацию, в технологических процессах, таких как кремний на изоляторе (SOI), устройства проявляют гистерезис – производительность схемы зависит от предыдущих событий, поэтому без тщательно подобранных тестов возможна ситуация, когда определенная последовательность изменений состояния будет работать на разогнанных частотах в одной ситуации, но не в другой, даже если напряжение и температура одинаковы. Часто разогнанная система, успешно прошедшая стресс-тесты, испытывает нестабильность в других программах. В среде энтузиастов разгона для проверки корректной работы компонента используются "стресс-тесты" или "тесты на выносливость". Эти нагрузки выбираются из-за того, что они создают очень высокую нагрузку на интересующий компонент (например, графически интенсивное приложение для тестирования видеокарт или различные математически интенсивные приложения для тестирования центральных процессоров). Популярные стресс-тесты включают Prime95, Everest, Superpi, OCCT, AIDA64, Linpack (через графические интерфейсы LinX и IntelBurnTest), SiSoftware Sandra, BOINC, Intel Thermal Analysis Tool и Memtest86. Предполагается, что любые проблемы с функциональной корректностью разогнанного компонента проявятся во время этих тестов, и если во время теста не будет обнаружено ошибок, компонент считается "стабильным". Поскольку покрытие ошибок важно для тестирования стабильности, тесты часто проводятся в течение длительного времени – часов или даже дней. Разогнанный компьютер иногда описывается с указанием количества часов и используемой программы для проверки стабильности, например, "стабилен 12 часов в Prime95".

As an overclocked component operates outside of the manufacturer's recommended operating conditions, it may function incorrectly, leading to system instability. Another risk is silent data corruption by undetected errors. Such failures might never be correctly diagnosed and may instead be incorrectly attributed to software bugs in applications, device drivers, or the operating system. Overclocked use may permanently damage components enough to cause them to misbehave (even under normal operating conditions) without becoming totally unusable. A large scale 2011 field study of hardware faults causing a system crash for consumer PCs and laptops showed a four to 20 times increase (depending on CPU manufacturer) in system crashes due to CPU failure for overclocked computers over an eight month period. In general, overclockers claim that testing can ensure that an overclocked system is stable and functioning correctly. Although software tools are available for testing hardware stability, it is generally impossible for any private individual to thoroughly test the functionality of a processor. Achieving good fault coverage requires immense engineering effort; even with all of the resources dedicated to validation by manufacturers, faulty components and even design faults are not always detected. A particular "stress test" can verify only the functionality of the specific instruction sequence used in combination with the data and may not detect faults in those operations. For example, an arithmetic operation may produce the correct result but incorrect flags; if the flags are not checked, the error will go undetected. To further complicate matters, in process technologies such as silicon on insulator (SOI), devices display hysteresis—a circuit's performance is affected by the events of the past, so without carefully targeted tests it is possible for a particular sequence of state changes to work at overclocked rates in one situation but not another even if the voltage and temperature are the same. Often, an overclocked system which passes stress tests experiences instabilities in other programs. In overclocking circles, "stress tests" or "torture tests" are used to check for correct operation of a component. These workloads are selected as they put a very high load on the component of interest (e. g. a graphically intensive application for testing video cards, or different math intensive applications for testing general CPUs). Popular stress tests include Prime95, Everest, Superpi, OCCT, AIDA64, Linpack (via the LinX and IntelBurnTest GUIs), SiSoftware Sandra, BOINC, Intel Thermal Analysis Tool and Memtest86. The hope is that any functional correctness issues with the overclocked component will manifest themselves during these tests, and if no errors are detected during the test, then the component is deemed "stable". Since fault coverage is important in stability testing, the tests are often run for long periods of time, hours or even days. An overclocked computer is sometimes described using the number of hours and the stability program used, such as "prime 12 hours stable".

Факторы, позволяющие использовать оверклокинг

Возможность разгона компонентов обусловлена, в частности, экономической целесообразностью производственных процессов процессоров и других компонентов. Во многих случаях компоненты производятся по одному и тому же технологическому процессу и тестируются после изготовления для определения их фактических максимальных характеристик. Затем компоненты маркируются номинальными значениями, выбранными исходя из потребностей рынка производителем полупроводников. Если выход годных компонентов высок, может быть произведено больше компонентов с более высокими характеристиками, чем необходимо, и производитель может маркировать и продавать более производительные компоненты как менее мощные в маркетинговых целях. В некоторых случаях фактические максимальные характеристики компонента могут превышать даже характеристики самого высокопроизводительного компонента, доступного в продаже. Многие устройства, продаваемые с более низкими характеристиками, могут функционировать так же, как и устройства с более высокими характеристиками, в то время как в худшем случае работа на более высоких значениях может быть более проблематичной. Важно отметить, что более высокие тактовые частоты всегда означают большее выделение тепла, поскольку полупроводники, работающие на пределе, должны чаще отводить тепло. В некоторых случаях это означает, что главный недостаток разогнанного компонента – значительно большее рассеивание тепла, чем максимальные значения, указанные производителем. Архитектор Pentium Боб Колвелл называет разгон "неконтролируемым экспериментом в условиях, превышающих наихудший сценарий работы системы".

Измерение эффектов свертывания

Показатели используются для оценки производительности, и они могут превратиться в своего рода "соревнование", в котором пользователи стремятся к наивысшим результатам. Как было сказано выше, стабильность и функциональная корректность могут быть поставлены под угрозу при разгоне, а осмысленные результаты тестов зависят от корректного выполнения теста. В связи с этим, результаты тестов могут сопровождаться комментариями о стабильности и корректности (например, разгонщик может сообщить о результате, указав, что тест завершается успешно лишь в одном случае из пяти, или что во время выполнения теста наблюдаются признаки некорректной работы, такие как искажения изображения). Широко используемым тестом на стабильность является Prime95, который имеет встроенную проверку ошибок и выдает сбой, если система нестабильна. Опираясь только на результаты тестов, может быть сложно оценить, насколько разгон влияет на общую производительность компьютера. Например, некоторые тесты проверяют лишь один аспект системы, такой как пропускная способность памяти, не учитывая, как более высокие тактовые частоты в этой области повлияют на общую производительность системы. За исключением ресурсоемких приложений, таких как кодирование видео, высоконагруженные базы данных и научные вычисления, пропускная способность памяти обычно не является узким местом, поэтому значительное увеличение пропускной способности памяти может остаться незамеченным для пользователя в зависимости от используемых приложений. Другие тесты, такие как 3DMark, стремятся имитировать условия в играх.

Производитель и продавец свертывают часы

Оверклокинг иногда предлагается как легальная услуга или функция для потребителей, при которой производитель или розничный продавец тестирует возможности разгона процессоров, памяти, видеокарт и других аппаратных продуктов. Несколько производителей видеокарт сейчас предлагают заводски разогнанные версии своих графических ускорителей, с полной гарантией, обычно по цене, находящейся между ценой стандартного продукта и не разогнанного продукта с более высокой производительностью. Предполагается, что производители внедряют механизмы предотвращения разгона, такие как блокировка множителя процессора, чтобы не допустить покупки пользователями более дешевых товаров и их последующего разгона. Эти меры иногда преподносятся как преимущество для защиты потребителей, но часто вызывают критику со стороны покупателей. Многие материнские платы продаются и рекламируются с широкими возможностями для разгона, реализованными аппаратно и управляемыми настройками BIOS.

Закрытие мультипликатора процессора

Блокировка множителя процессора — это процесс постоянной установки множителя тактовой частоты процессора. Процессоры AMD разблокированы в ранних редакциях модели и заблокированы в более поздних, но почти все процессоры Intel заблокированы, и последние модели очень устойчивы к разблокировке для предотвращения разгона пользователями. AMD поставляет разблокированные процессоры со своими Opteron, FX, всеми настольными чипами Ryzen (за исключением 3D-вариантов) и линейкой Black Series, в то время как Intel использует названия "Extreme Edition" и "K Series". Intel обычно предлагает на рынке один-два процессора Extreme Edition, а также процессоры серий X и K, аналогичные Black Edition от AMD. AMD имеет большинство своей настольной линейки в исполнении Black Edition. Пользователи обычно разблокируют процессоры для разгона, но иногда и для андервольтинга, чтобы обеспечить совместимость скорости системной шины (на старых процессорах) с определенными материнскими платами. Разблокировка обычно аннулирует гарантию производителя, а ошибки могут привести к выходу процессора из строя или его уничтожению. Блокировка множителя тактовой частоты чипа не обязательно предотвращает разгон, поскольку скорость системной шины или множитель PCI (на новых процессорах) все еще можно изменить для повышения производительности. Процессоры AMD Athlon и Athlon XP обычно разблокируются путем соединения перемычек (точек, похожих на джамперы) на верхней части процессора с помощью проводящей краски или грифеля карандаша. Другим моделям процессоров могут потребоваться разные процедуры. Увеличение частоты системной шины или шины северного моста/PCI может разогнать заблокированные процессоры, но это выводит многие системные частоты из синхронизации, поскольку также изменяются частоты оперативной памяти и PCI. Все остальные разблокированные процессоры для LGA1151 и v2 (включая 7-е, 8-е и 9-е поколения) и BGA1440 поддерживают разгон BCLK (если это разрешено производителем), в то время как все остальные заблокированные процессоры 7-го, 8-го и 9-го поколений не могли работать на частоте выше 102,7 МГц. Однако процессоры 10-го поколения могли достигать 103 МГц на BCLK.

Преимущества

Более высокая производительность в играх, кодировании/декодировании, редактировании видео и системных задачах без дополнительных прямых денежных затрат, но с увеличением энергопотребления и тепловыделения. Оптимизация системы: В некоторых системах существуют "узкие места", когда небольшой разгон одного компонента может помочь раскрыть полный потенциал другого компонента в большей степени, чем при разгоне только ограничивающего аппаратного обеспечения. Например, многие материнские платы с процессорами AMD Athlon 64 ограничивают тактовую частоту четырех модулей оперативной памяти до 333 МГц. Однако производительность памяти вычисляется путем деления тактовой частоты процессора (которая представляет собой базовое значение, умноженное на множитель процессора, например, 1,8 ГГц, скорее всего, 9 × 200 МГц) на фиксированное целое число, в результате чего при номинальной тактовой частоте оперативная память работает на частоте около 333 МГц. Изменяя параметры установки тактовой частоты процессора (обычно регулируя множитель), часто можно немного разогнать процессор, примерно на 5–10%, и получить небольшое увеличение тактовой частоты оперативной памяти и/или уменьшение времени задержки оперативной памяти. Иногда выгоднее приобрести компонент с более низкой производительностью и разогнать его до тактовой частоты более дорогого компонента. Продление срока службы старого или устаревшего оборудования.

Общий

Более высокие тактовые частоты и напряжения увеличивают энергопотребление, а также стоимость электроэнергии и тепловыделение. Дополнительное тепло повышает температуру воздуха внутри корпуса системы, что может повлиять на другие компоненты. Горячий воздух, выходящий из корпуса, нагревает помещение. Шум вентиляторов: высокопроизводительные вентиляторы, работающие на максимальной скорости для обеспечения необходимого уровня охлаждения разогнанной системы, могут быть шумными, некоторые издают шум в 50 дБ и более. Когда максимальное охлаждение не требуется, скорость вращения вентиляторов в любом оборудовании можно снизить: шум вентилятора приблизительно пропорционален пятой степени скорости вращения; уменьшение скорости вдвое снижает шум примерно на 15 дБ. Шум вентиляторов можно уменьшить за счет улучшения конструкции, например, использованием аэродинамически оптимизированных лопастей для более плавного воздушного потока, снижая шум до примерно 20 дБ на расстоянии около 1 метра, или использованием более крупных вентиляторов, вращающихся медленнее, которые производят меньше шума, чем маленькие и быстрые вентиляторы с тем же воздушным потоком. Акустическая изоляция внутри корпуса, например, звукопоглощающий пенопласт, может снизить уровень шума. Можно использовать дополнительные методы охлаждения, не использующие вентиляторы, такие как жидкостное и фазовое охлаждение. Разогнанный компьютер может стать нестабильным. Например, Microsoft Windows может работать без видимых проблем, но при переустановке или обновлении могут появляться сообщения об ошибках, такие как "ошибка копирования файла" во время установки Windows. Поскольку установка Windows требует больших ресурсов памяти, при извлечении файлов с CD-ROM диска Windows XP могут возникать ошибки декодирования. Срок службы полупроводниковых компонентов может быть сокращен из-за повышенного напряжения и температуры. Гарантия может быть аннулирована при разгоне.

Риски перегонки

Увеличение частоты работы компонента обычно приводит к линейному увеличению его тепловыделения, в то время как увеличение напряжения обычно вызывает квадратичный рост тепловой мощности. Чрезмерное напряжение или неэффективное охлаждение могут привести к повышению температуры чипа до опасного уровня, что может вызвать его повреждение или выход из строя. Экзотические методы охлаждения, используемые для разгона, такие как водяное охлаждение, более склонны к выходу из строя и, как следствие, к повреждению оборудования. Методы охлаждения ниже температуры окружающей среды, такие как фазовый переход или использование жидкого азота, вызывают конденсацию влаги, которая может привести к электрическим повреждениям, если не контролируется; некоторые решения включают использование ластиков или бумажных полотенец для сбора конденсата.

Ограничения

Разгон компонентов может принести ощутимую пользу только в том случае, если компонент является критически важным для процесса, то есть представляет собой узкое место. Если скорость доступа к диску или скорость интернет-соединения ограничивают скорость выполнения задачи, то увеличение скорости процессора на 20% вряд ли будет заметно. Однако существуют сценарии, когда увеличение тактовой частоты процессора фактически позволяет твердотельному накопителю (SSD) быстрее читать и записывать данные. Разгон процессора не даст ощутимого преимущества в игре, если производительность видеокарты является "узким местом" в этой игре.

Графические карты

Графические карты также можно разогнать. Для этого существуют утилиты, такие как EVGA Precision, RivaTuner, AMD Overdrive (только для карт AMD), MSI Afterburner, Zotac Firestorm и режим PEG Link на материнских платах Asus. Разгон графического процессора часто приводит к заметному увеличению производительности в синтетических тестах, что обычно отражается и на производительности в играх. Иногда можно заметить, что видеокарта работает на пределе своих возможностей до того, как будет нанесен непоправимый ущерб, по появлению на экране артефактов или неожиданных сбоев системы. При разгоне видеокарт обычно сталкиваются с одной из этих проблем; одновременное проявление обоих симптомов обычно означает, что карта сильно превышает допустимые пределы по температуре, тактовой частоте и/или напряжению, однако если они наблюдаются без разгона, это указывает на неисправность карты. После перезагрузки настройки видео сбрасываются до стандартных значений, хранящихся в прошивке видеокарты, и запоминается новая максимальная тактовая частота для данной карты. Некоторые энтузиасты устанавливают на видеокарту потенциометр для ручной регулировки напряжения (что обычно аннулирует гарантию). Это позволяет добиться более точной настройки, поскольку программное обеспечение для разгона видеокарт имеет свои ограничения. Чрезмерное увеличение напряжения может повредить или уничтожить компоненты на видеокарте или саму видеокарту целиком (фактически).

Альтернативы

Вспышка (прошивка) и разблокировка могут быть использованы для повышения производительности видеокарты, не прибегая к техническому разгону (но это значительно рискованнее, чем разгон только через программное обеспечение). Вспышка подразумевает использование прошивки от другой карты с тем же (или иногда схожим) ядром и совместимой прошивкой, что фактически превращает её в более продвинутую модель; это может быть сложной и необратимой процедурой. Иногда можно найти автономное программное обеспечение для модификации файлов прошивки, например NiBiTor (серия GeForce 6/7 особенно хорошо подходит для этого), без использования прошивки от более мощной видеокарты. Например, видеокарты с 3D-ускорителями (большинство, по состоянию на 2011 год) имеют две настройки напряжения и частоты: для 2D и для 3D. Однако они были спроектированы для работы с тремя уровнями напряжения, третий из которых находится между двумя вышеупомянутыми, служа резервным при перегреве карты или промежуточным этапом при переходе из 2D в 3D режим. Поэтому может быть целесообразно установить этот промежуточный уровень перед "серьезным" разгоном, именно благодаря этой резервной функции; карта может снижать частоту до этого значения, уменьшая на несколько (или иногда на несколько десятков, в зависимости от настройки) процентов свою эффективность и охлаждаясь, не выходя из 3D-режима (и затем возвращаясь к желаемым высоким настройкам частоты и напряжения). Некоторые карты обладают функциями, не связанными с разгоном. Например, Nvidia GeForce 6600GT (AGP) имеет встроенный датчик температуры, который недоступен пользователю при использовании стандартной прошивки. Модификация прошивки может добавить вкладку "Температура". Разблокировка подразумевает активацию дополнительных конвейеров или пиксельных шейдеров. 6800LE, 6800GS и 6800 (только модели AGP) были одними из первых карт, получивших выгоду от разблокировки. Хотя эти модели имеют 8 или 12 активных конвейеров, они используют то же GPU-ядро 16x6, что и 6800GT или Ultra, но конвейеры и шейдеры сверх указанного количества отключены; GPU может быть полностью работоспособным, либо в нём могут быть обнаружены дефекты, не влияющие на работу при более низких спецификациях. Полностью работоспособные GPU можно успешно разблокировать, хотя нельзя быть уверенным в отсутствии скрытых дефектов; в худшем случае карта может стать безвозвратно неработоспособной.

Flashing and unlocking can be used to improve the performance of a video card, without technically overclocking (but is much riskier than overclocking just through software). Flashing refers to using the firmware of a different card with the same (or sometimes similar) core and compatible firmware, effectively making it a higher model card; it can be difficult, and may be irreversible. Sometimes standalone software to modify the firmware files can be found, e. g. NiBiTor (GeForce 6/7 series are well regarded in this aspect), without using firmware for a better model video card. For example, video cards with 3D accelerators (most, as of 2011) have two voltage and clock rate settings, one for 2D and one for 3D, but were designed to operate with three voltage stages, the third being somewhere between the aforementioned two, serving as a fallback when the card overheats or as a middle stage when going from 2D to 3D operation mode. Therefore, it could be wise to set this middle stage prior to "serious" overclocking, specifically because of this fallback ability; the card can drop down to this clock rate, reducing by a few (or sometimes a few dozen, depending on the setting) percent of its efficiency and cool down, without dropping out of 3D mode (and afterwards return to the desired high performance clock and voltage settings). Some cards have abilities not directly connected with overclocking. For example, Nvidia's GeForce 6600GT (AGP flavor) has a temperature monitor used internally by the card, invisible to the user if standard firmware is used. Modifying the firmware can display a 'Temperature' tab. Unlocking refers to enabling extra pipelines or pixel shaders. The 6800LE, the 6800GS and 6800 (AGP models only) were some of the first cards to benefit from unlocking. While these models have either 8 or 12 pipes enabled, they share the same 16x6 GPU core as a 6800GT or Ultra, but pipelines and shaders beyond those specified are disabled; the GPU may be fully functional, or may have been found to have faults which do not affect operation at the lower specification. GPUs found to be fully functional can be unlocked successfully, although it is not possible to be sure that there are undiscovered faults; in the worst case the card may become permanently unusable.