Разгон Haswell по-взрослому


То, что новые Haswell в разгоне «не очень», мы гласили уже не раз. Но от этой заболевания выдумано действенное исцеление — «скальпирование» микропроцессора и подмена мерзкой штатной термопасты на чего-нибудть лучше. На примере Core i5-4670K убеждаемся, что это вправду работает!

Напоминаем, что пробы повторить деяния создателя могут привести к потере гарантии на оборудование и даже к выходу его из строя. Материал приведен только в ознакомительных целях. Если же вы собираетесь воспроизводить деяния, описанные ниже, безотступно рекомендуем пристально прочесть статью до конца хотя бы один раз. Редакция 3DNews не несет никакой ответственности за любые вероятные последствия.

Выход микропроцессоров последнего поколения Haswell — одно из самых ярчайших событий этого лета. Но стали они притчей во языцех совершенно не из-за микроархитектурных улучшений и роста производительности, а из-за заморочек с разгоном. Описанию происшедшего казуса мы уже предназначили отдельную статью, сущность которой сводится к тому, что разгонный потенциал Haswell оказался ужаснее, чем у Ivy Bridge, и значительно ужаснее, чем у Sandy Bridge. В итоге многие энтузиасты приняли решение пока не перебегать на новейшую платформу LGA1150 и повременить с приобретением микропроцессоров Core четвёртого поколения, потому что практически не уступающую Haswell производительность полностью можно получить и в системах со старенькыми микропроцессорами, использующими прошлые версии дизайна Core.

Трудности с низким частотным потенциалом Haswell при разгоне появились не на пустом месте, они унаследованы от микропроцессоров Ivy Bridge, но сейчас им удалось отравить жизнь оверклокерам еще серьёзнее, чем ранее. Внедрение технологического процесса, использующего трёхмерные транзисторы и 22-нм нормы, привело к существенному уменьшению геометрических размеров полупроводниковых кристаллов. К примеру, при переходе от Sandy Bridge к Ivy Bridge кристалл микропроцессора уменьшился по площади на четверть, и это неизбежно вылилось в повышение плотности выделяемого новыми микропроцессорами при собственной работе термического потока. Но заместо того, чтоб позаботиться об действенном теплоотводе, Intel сделала шаг в оборотную сторону и в Ivy Bridge изменила применяемый при сборке микропроцессоров внутренний термоинтерфейс. Если в Sandy Bridge процессорная крышка припаивалась к полупроводниковому кристаллу с применением специального припоя с высочайшей теплопроводимостью на базе индия, то в 22-нм микропроцессорах Ivy Bridge и Haswell меж кристаллом и крышкой проложена термопаста, причём с довольно средними чертами. Потому при разгоне, сопряжённом с повышением напряжений на процессорных ядрах, рабочие температуры современных микропроцессоров Intel зашкаливают.

Причём биться с этим явлением очень трудно, потому что «бутылочное горлышко» в цепочке передачи тепла от кристалла CPU к кулеру оказалось в труднодоступном для юзера месте — снутри процессорной сборки. И если с Ivy Bridge нехороший эффект отвратительного внутреннего термоинтерфейса проявлялся ещё не очень очень, то сейчас, с выходом еще одного поколения микропроцессоров, он стал истинной неувязкой. Носители дизайна Haswell выделяют больше тепла, ежели их предшественники, из-за перемещения вовнутрь процессорного кристалла преобразователя напряжения, и в итоге без внедрения особых способов остывания разогнать их удаётся только до умеренных 4,2–4,4 ГГц, а далее приходится сталкиваться с перегревом и троттлингом.

Но сколько не гласи «халва», во рту слаще не станет. Разумеется, что от сетований на конфигурации в технологии сборки микропроцессоров Intel нужно перебегать к делу и как-то решать возникшую делему. Один из путей преодоления искусственно сделанных проблем с разгоном кроется в увеличении эффективности остывания: подмене обычных воздушных кулеров на производительные системы жидкостного остывания либо даже на системы фазового перехода. Но это трудно, недешево и вообщем не всегда применимо по целому ряду обстоятельств. Потому в центре нашего внимания оказался 2-ой путь — подмена термоинтерфейса снутри процессорной сборки. Тем паче что демонтаж крышки микропроцессора стал в определённых кругах очень пользующимся популярностью средством улучшения разгонного потенциала Haswell, и наши читатели просили обратиться к данной теме.

Готовимся к операции: сущность способа

Совсем разумеется, что для улучшения теплоотвода от полупроводникового кристалла в микропроцессоре, у которого под крышкой проложен низкоэффективный термический интерфейс, крышку придётся снять. Но что делать после удаления старенькой, находящейся под крышкой термопасты, — вопрос уже не настолько тривиальный. Стоит проложить новый интерфейс и собрать микропроцессор в начальном виде, либо же лучше просто установить кулер на полупроводниковый кристалл?

Наша рекомендация заключается конкретно в подмене термоинтерфейса и оборотной сборке микропроцессора. Эксплуатация микропроцессора без крышки имеет право на жизнь — к примеру конкретно в таком виде микропроцессоры полностью нормально работают снутри ноутбуков. Но в высокопроизводительных десктопах мысль использования микропроцессора без крышки наткнётся на несколько серьёзных препятствий. Во-1-х, сразу придётся демонтировать стандартное крепление микропроцессора в гнезде, потому что его рамка окажется выше поверхности кристалла. Во-2-х, для кулера будет нужно новое особое крепление, потому что крышка имеет довольно огромную толщину и добавляет к высоте микропроцессора как минимум пару мм. В-3-х, открытый кремниевый кристалл хрупок, потому за прижимом подошвы кулера и отсутствием её перекосов придётся кропотливо смотреть, причём без права на ошибку. И, в-четвёртых, при правильном подходе процессорная крышка для остывания не вредоносна. Напротив, она играет роль теплорассеивателя, умеренно распределяя тепло по поверхности полупроводникового кристалла и не допуская его точечного перегрева.

Потому еще проще обойти все перечисленные трудности стороной и возвратить после смены термоинтерфейса процессорную крышку на легитимное место. Так что главный вопрос заключается не в том, что делать со снятой крышкой, а в том, чем поменять штатную термопасту, чтоб достигнуть наилучшей эффективности остывания.

Естественно, безупречным решением было бы соединение теплорассеивателя с процессорным кристаллом подобно тому, как это изготовлено в отлично разгоняющихся Sandy Bridge. Там крышка припаяна к кристаллу специальной безфлюсовой пайкой, а в качестве припоя употребляется легкоплавкий сплав индия с оловом. Таковой сплав имеет очень высшую теплопроводимость, порядка 80 Вт/(м·К), которая имеющимся термопастам даже и не снилась. Неувязка только в том, что припаять крышку к кристаллу без специального оборудования навряд ли получится. Неуж-то придётся ограничиться сменой одной термопасты на другую, просто более эффективную?

Не совершенно, ведь в арсенале у оверклокеров есть другое решение — водянистый металл. Сходу несколько производителей термоинтерфейсов могут предложить субстанции, представляющие из себя железные сплавы с высочайшей теплопроводимостью и низкой (ниже комнатной температуры) температурой плавления. Все подобные вещества в собственной базе содержат галлий, который прекрасно подходит для подмены термопасты благодаря своим физическим свойствам и, приемущественно, пластичности. Самым известным поставщиком галлиевых сплавов для компьютерщиков-энтузиастов выступает компания Coollaboratory, имеющая в своём арсенале два симпатичных предложения: Liquid Pro и Liquid Ultra. Для наших целей из этой пары лучше подойдёт Coollaboratory Liquid Pro — водянистый металл с более высочайшей теплопроводимостью.

Coollaboratory не особо распространяется о составе и свойствах собственного сплава, но понятно, что в Liquid Pro кроме базисного компонента — галлия — входят индий, родий, серебро, цинк и олово. Теплопроводимость такового сплава приблизительно в два раза ниже, чем у припоя на базе индия, но всё равно на порядок лучше, чем у хоть какой термопасты. (Заметим, в Вебе можно повстречать утверждения о том, что теплопроводимость Coollaboratory Liquid Pro недалека от 80 Вт/(м·К), но это реальности не соответствует). Таким макаром, заменив в Haswell штатную термопасту на Coollaboratory Liquid Pro, по эффективности снятия тепла с процессорного кристалла можно попробовать приблизится к Sandy Bridge. И получить в конечном итоге микропроцессор с более высочайшим разгонным потенциалом за счёт понижения обычных рабочих температур вычислительных ядер.

Пора перебегать к практике. В качестве объекта для тестирования был взят самый обыденный серийный экземпляр Core i5-4670K c номинальным напряжением под нагрузкой около 1,15 В.

В штатном состоянии в системе с односекционным воздушным кулером башенного типа Noctua NH-U14S нагрев этого микропроцессора при тестировании в LinX-AVX 0.6.4 достигал 67 градусов.

Более слабенькая нагрузка реальными многопоточными приложениями, к примеру для перекодирования видео, прогревала этот микропроцессор до температур порядка 55 градусов.

Разгонный потенциал нашего экземпляра оказался довольно обычным. Наибольшая частота, при которой микропроцессор сохранял полную стабильность при прохождении LinX-AVX 0.6.4, составила 4,4 ГГц.

Для обеспечения надёжного функционирования без зависаний и вылетов напряжение питания микропроцессора пришлось поднять до 1,275 В, и в итоге температуры во время тестов стабильности достигали 90 градусов, что всего только на 10 градусов ниже границы Tj max, при которой срабатывает троттлинг. Другими словами, предстоящий разгон ограничивается неуёмным ростом температуры при повышении частоты и напряжения. Но, невзирая на значимый нагрев микропроцессора, кулер на нём остаётся прохладным. Это можно рассматривать как ещё одно доказательство «застревания» термического потока на его пути от полупроводникового кристалла к охлаждающей системе.

Для того чтоб получить более необъятную экспериментальную базу при оценке эффективности термоинтерфейсов до и после их смены, мы провели дополнительные испытания температурного режима Core i5-4670K в его начальном состоянии при разных уровнях напряжения и рабочей частоты. На графиках ниже приводятся зависимости температуры микропроцессора от напряжения и частоты при перекодировании видео кодером x264 версии 2345 (с поддержкой AVX-инструкций) и при прохождении бенчмарка Linpack 11.0.5.009 (с поддержкой набора команд AVX2).





Linpack 11.0.5 нагружает микропроцессор еще посильнее, чем видеокодер, это — наилучший на сегодня программный инструмент для прогрева. Данный бенчмарк раскаляет микропроцессор даже на несколько градусов посильнее, чем входящая в LinX-AVX версия Linpack 10.3.10. Если использовать в тестах стабильности этот бескомпромиссный вариант, то наш экземпляр Core i5-4670K внезапно оказывается неспособен к работе на частоте 4,4 ГГц: повышение напряжения более чем до 1,2 В с одновременным превышением частоты 4,2 ГГц неизбежно влечёт перегрев.

Если же целью экстремального прогрева микропроцессора не