Overclocking

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

CPU con dissipatore in rame

In informatica overclocking è l'operazione atta a spingere un componente elettronico (in genere una CPU) ad una frequenza maggiore rispetto a quella dichiarata dal costruttore, marchiata sul package della CPU, al fine di massimizzarne le prestazioni. Questo procedimento è analogo all'elaborazione ("truccare" in gergo) delle automobili e delle moto. In italiano viene anche utilizzato il neologismo overcloccare (italianizzato dal termine inglese overclocking).

Nel caso delle CPU, di cui si parla in generale ai soli fini esemplificativi, ciò che viene alterato è l'orologio interno del sistema, che determina quanti cicli di operazioni la CPU del computer debba eseguire nell'unità di tempo. Cambiando la frequenza alla quale questi cicli vengono eseguiti, in alcuni casi, è possibile aumentare o diminuire il numero delle operazioni nell'unità di tempo eseguite dal componente coinvolto.

A livello pratico si tratta di una operazione perfettamente legale ma che invalida istantaneamente la garanzia del prodotto oggetto della manipolazione, anche se in caso di rottura di un componente è difficile dimostrarne la causa reale. L'overclocking può essere eseguito in modo più o meno spinto: più avanti vengono descritti legati alla esecuzione di una operazione di overclock.

[modifica] Descrizione generale delle problematiche

[modifica] Definizione tecnica

In termini più precisi, overclocking significa aumentare la frequenza di lavoro di un qualsiasi componente che ne abbia una, come ad esempio un processore. La frequenza con cui lavora un moderno processore è determinata da due parametri: la velocità ed il tipo di bus (che potrebbe, ad esempio, essere di 200 MHz) ed il moltiplicatore di tale parametro, nel nostro caso esemplificativo pari a X10. Dato l'esempio, la frequenza di lavoro del processore preso in esame sarà di 2000 MHz (bus * moltiplicatore).

In generale è possibile praticare l'overclock di tutti i componenti digitali in sistemi asincroni, composti per meglio dire da sottosistemi che operino quindi a velocità diverse. Nello specifico del nostro esempio, un qualsiasi sistema informatico ha le porte USB, la memoria di sistema, la memoria della scheda grafica, la CPU ed il bus di sistema che operano a velocità diverse: è l'architettura che procede poi a bufferizzare e gestire in modo del tutto trasparente le transizioni delle informazioni tra un componente e l'altro. In sistemi sincroni, invece, esiste una sola velocità di clock alla quale sono legate tutte le componenti del sistema: modificarla significherebbe agire sull'intero sistema, cosa che evidentemente non è possibile data la nativa eterogenia delle componenti in questione.

Tornando ad un personal computer, di solito si usa praticare overclock sulla memoria e la GPU della schede video, nonché su memoria, bus e CPU del sistema.

[modifica] I problemi di un buon overclock

Interventi di overclocking si rendono possibili dal momento che i chip che escono dalle fabbriche, progettati per lavorare a una certa frequenza, devono necessariamente tollerare frequenze superiori. Questa metodologia di produzione viene adottata per compensare il fatto che i chip prodotti possano di fatto essere più o meno validi, a seconda della purezza delle materie prime utilizzate e dell'inevitabile imprecisione dei macchinari in opera presso le filiere di produzione.

Ad esempio, un macchinario che dovesse produrre chip per operare ad una velocità di 1000 MHz con una tolleranza di 200 MHz, dovrà necessariamente produrre chip da almeno 1200 MHz nominali, per evitare che buona parte della produzione non regga le frequenze prefissate.

Gli overclockers sfruttano tali differenze per spingere i chip ai loro limiti, ed è per questo che a parità di modello alcuni chip sono più o meno "fortunati" di altri. Spesso, inoltre, diversi modelli di processore derivano da un'unica filiera produttiva: ciò spiega come può accadere che, in alcuni casi, dei modelli economici possano raggiungere facilmente le prestazioni di modelli più performanti mentre magari alcuni esemplari di questi ultimi, fatichino ad operare oltre la loro frequenza nominale.

Perché allora i computer in commercio non sono già overcloccati per andare più veloci? Riprendendo l'analogia con i motori, quando si trucca un motorino, questo non sarà più affidabile come prima, anche se le sue prestazioni di potenza e velocità saranno massimizzate. In maniera analoga, quando si overclocca, il componente interessato potrà divenire instabile e dare luogo a fenomeni imprevisti di stallo (ad esempio mentre si sta scrivendo un articolo su wikipedia). Il problema più grande da risolvere quando si overclocca un computer è mantenere una bassa temperatura di esercizio: infatti, aumentando la frequenza aumenta anche la quantità di corrente assorbita dal componente e di conseguenza il calore disperso nell'ambiente. Per dare un'idea del problema, un processore overcloccato può arrivare ad operare anche a temperature di 40-60 gradi Celsius superiori a quelli nominali indicati dal costruttore. Per questa ragione, il produttore Intel sulle proprie motherboard non implementa l'overclock, così da poter garantire ai propri utenti finali la rispondenza in esercizio dei parametri nominali dichiarati.

[modifica] Estensione del concetto

Per estensione, il termine è usato anche per indicare un miglioramento di un componente qualsiasi (periferica) di un computer, ma in questo caso è usato in maniera impropria. Un masterizzatore velocizzato, infatti, non è stato overcloccato ma modificato con un aggiornamento del firmware.

[modifica] A cosa serve

Gli scopi possono essere di tipo:

Sperimentale/hobbistico
Funzionale

Nel primo caso si parla di individui che per puro spirito di sperimentazione o per passare il tempo si dilettano nel testare il limite fisico del proprio hardware: è importante chiarire, infatti, che il costruttore di una CPU raramente fornisce alla propria clientela materiale tarato su tolleranze minime!

Insomma, un processore marchiato per lavorare a 2.4 GHz è stato concepito per lavorare a 3GHz e successivamente limitato via software (o in alcuni casi via hardware) ad una frequenza inferiore, quella sull'etichetta.

In molti casi il gap (il distacco) tra queste due velocità di funzionamento è tanto ampio da rendere fortemente conveniente il tentare di sfruttarlo.

È in questi casi che l'aspetto funzionale di un overclock tende ad evidenziarsi maggiormente. Pensare di sfruttare una vecchia CPU per eseguire ad esempio un gioco che richiederebbe dell'hardware nuovo giustifica l'esecuzione di un overclock. Stesso vantaggio si otterrebbe overcloccando un hardware utilizzato per eseguire lunge elaborazioni, quale ad esempio un secondo PC adibito alla codifica di Divx, Mpeg o Xvid.

[modifica] Come mettere in pratica l'overclock

Per eseguire un overclock di una CPU, bisogna garantire che l'hardware interessato non subisca danni: ogni processore ha come caratteristica una temperatura di core che deve essere mantenuta stabile e sotto una certa soglia.

L'aspetto fondamentale, quindi, risiede nelle questioni legate al raffreddamento del componente interessato.

[modifica] Raffreddamento della CPU

Se il processore viene fatto operare ad una velocità più elevata di quella nominale, l'energia termica sviluppata dallo stesso aumenterà drasticamente con carichi elaborativi elevati (codifica filmati ad es.).

Inoltre, non sempre il sensore di temperatura interno al processore riuscirà ad essere d'aiuto, in quanto potrebbe rilevare troppo tardi un repentino innalzamento della temperatura di core. Il core per l'appunto è la parte del processore che è racchiusa dall'involucro del processore stesso, mentre il sensore di temperatura si trova spesso all'esterno o ai bordi dell'involucro.

Per ovviare a spiacevoli inconvenienti dovuti ad un surriscaldamento (overheat) della CPU (con conseguente blocco del sistema e possibili danni irreparabili all'hardware) è necessario, quindi, fare in modo che il core del processore, a sistema avviato ed a pieno regime di elaborazione, si trovi molto al di sotto della temperatura di funzionamento nominale dichiarata dal costruttore.

[modifica] Ventole

In un overclock convenzionale sarà sufficiente sfruttare i principi della dissipazione termica (Termodinamica) per risolvere il problema!

Le ventole di raffreddamento dovranno essere potenziate o aggiunte per consentire:

Il ricambio di aria all'interno del case del nostro sistema informatico
Un adeguato afflusso d'aria sulla superficie del dissipatore di calore a contatto con la CPU interessata dall'overclock.

La configurazione ideale può essere così rappresentata.

       ESEMPIO PER PC x86 CASE TIPO x-TOWER
      ---------------------------------------
     <- power fan                           _ (cd rom)
     <- (aria in uscita)                    |
      |                                     _
      |                                     |
      |     <|--|>                          |
      |     <|--|>                          |
      |   Dissipatore                       |
      |     su CPU             percorso     |
     -|                          aria       |
cavi -|                            ^        <- case fan
     -|                            |        <- (aria in ingresso)
     -|                                     |
      ---------------------------------------

Si possono trovare in commercio ventole con diversi gradi di rumorosità che, a parità di dimensioni, sono in grado di spostare più aria nell'unità di tempo delle ventole economiche, parametro misurato in volume di piedi al minuto (CFM). Per altre informazioni sul flusso d'aria nel case, si consiglia di vedere la voce ATX.

Una nota riguardo la pulizia risulta quantomai doverosa: un computer o un qualsiasi apparato elettronico che abbia la necessità di un raffreddamento attivo (l'utilizzo di ventole) godrà in modo inalienabile di una accurata pulizia. La polvere aspirata all'interno dei case e depositata in modo spesso del tutto casuale, può arrivare a livelli di accumulo tali da comportarsi come una "copertina", inficiando talvolta, anche pesantemente, l'efficacia del sistema di raffreddamento. Infine c'è da dire che nei case di qualità superiore alla media, per scongiurare l'accumulo eccessivo di polvere all'interno del sistema, vengono disposti dei filtri prima delle ventole il cui flusso è orientato verso l'interno del sistema: una sporadica pulizia di tali strumenti, a lungo termine non potrà che portare alla disfunzione, se non al blocco totale delle ventole di sistema, basti pensare che aziende elettroniche che adottano le normative ISO 9000 per garantirsi la qualità del proprio prodotto, gestiscono la regolare taratura degli strumenti utilizzati sulle linee di produzione a cadenza trimestrale, comprendente nella revisione, la pulizia dei filtri antipolvere.

[modifica] Dissipatori

Per migliorare il coefficiente di dissipazione termica della CPU vanno adottati o consolidati due aspetti specifici:

Utilizzo della pasta termoconduttiva (o gel termico) al posto del più scadente PAD termico
Miglioramento della superficie dissipante (questa procedura è detta lapping, o lappatura)

La pasta termoconduttiva è un composto elettricamente non conduttivo a base minerale, ha la consistenza di un gel in grado di aumentare la coesione termica tra due superfici secondo quanto enunciato nel Primo principio della Termodinamica. La pasta (o gel) viene spalmata tra il processore e il dissipatore che vi è sovrapposto, viene usata universalmente, anche sui processori non interessati all'overclock.

Per migliorare l'efficienza della superficie dissipante, caratteristica essenziale di ogni dissipatore, indicata in centimetri quadri totali e caratterizzata dal coefficiente di conduttività termica del materiale utilizzato, si può operare pulendo il vecchio dissipatore. Rimuovendo la polvere ed il grasso presenti tra le lamelle del dissipatore è possibile riportare lo stesso alla sua funzionalità caratteristica nominale ed ottimizzarne il funzionamento.

Esistono in commercio, inoltre, dissipatori con coefficiente di dissipazione molto elevato, adatti agli scopi in oggetto: l'acquisto di un dissipatore maggiorato è fortemente consigliato per garantire la buona riuscita e la stabilità a lungo termine di un overclock.

Se non si volesse utilizzare un dissipatore con coefficiente di dissipazione nominale molto elevato, è possibile procedere al lapping, che consiste nel rendere più piana e liscia la superficie del dissipatore per aumentarne il coefficiente di dissipazione. Questo si ottiene artigianalmente tramite carta vetrata molto fine o con paste abrasive varie. I più esperti riescono a guadagnare alcuni gradi grazie al lapping.

[modifica] Metodi alternativi

Fermo restando che per un overclock di tipo convenzionale è sufficiente realizzare quanto sopra riportato per garantire un corretto raffreddamento della CPU, ci sono situazioni in cui l'energia termica da dissipare è troppo elevata per garantirne la dispersione con i metodi convenzionali.

Per questi casi sono stati progettati negli ultimi anni metodi alternativi di raffreddamento:

A liquido
A celle di Peltier e liquido
Ad immersione

[modifica] Raffraddamento a liquido

Per raffreddare una CPU a liquido viene disposto sulla CPU un supporto all'interno del quale passa dell'acqua (analogamente a quanto avviene delle automobili con il radiatore). L'acqua viene quindi spostata con una pompa attraverso un circuito idrico fino all'esterno del case dove viene poi raffreddata tipicamente in modo attivo mediante l'uso di un radiatore ed una ventola; in alcuni casi l'acqua viene fatta transitare attraverso grandi dissipatori in alluminio alti alcune decine di centimetri che, data la loro grande superficie dissipante e le buone caratteristiche termiche nell'alluminio, non necessitano di alcuna ventola e rimangono quindi totalmente silenziosi.

[modifica] Raffreddamento madiante Celle di Peltier e liquido

L'impiego delle celle di Peltier consiste nell'accostare alla CPU, mediante pasta termica, una cella e quindi disporre il supporto di raffreddamento descritto nell'esempio precedente sopra la cella stessa. In questo modo si forza elettricamente lo spostamento dell'energia termica e si utilizza il circuito di raffreddamento per spostare all'esterno l'energia così raccolta. Il problema di questa soluzione è che può accadere che la parte esterna del processore si trovi a temperature molto basse, nonostante l'overclock, tanto da causare la formazione di condensa in quantità tali da causare il blocco/danneggiamento funzionale dell'intero sistema.

[modifica] Raffreddamento ad immersione

Il metodo ad immersione richiede di immergere il processore con tutta la motherboard in una sostanza liquida, non conduttiva, a base minerale e tipicamente trasparente. In questo modo oltre a sfruttare la superficie di contatto del processore predisposta dal costruttore, si riesce ad indirizzare lo scambio termico anche sulla motherboard, il retro del processore, le memorie e tutto il resto insomma!

La soluzione comporta però alcuni inconvenienti:

Il tutto risulta ingestibile nel caso la configurazione dell'hardware vada spesso modificata
Tutto ciò che di mobile si trovava nel case (interruttori, connettori, cd-rom, hard disk, etc) va spostato al di fuori del recipiente che conterrà solamente il liquido refrigerante e la motherboard
Le ventole non sono concepite per spostare un liquido ma l'aria: risulta difficile, quindi, escogitare un sistema per far muovere il liquido nel recipiente e rendere così omogenea la temperatura in ogni parte del sistema
A volte le potenze in gioco rendono comunque necessario raffreddare il fluido esternamente mediante un radiatore ed una ventola

Insomma, una soluzione di difficile approccio, ma che attualmente garantisce i risultati migliori e soprattutto le maggiori possibilità di overclock: è possibile trovare sulla rete progetti di sistemi concepiti per lavorare a 2 GHz che con questi presupposti vengono fatti operare a 4 GHz senza problemi.

[modifica] Alimentazione e memorie

L' alimentatore del sistema non necessita di alcuna modifica per la corretta esecuzione dell' overclock, deve comunque avere delle buone caratteristiche di potenza (per un sistema moderno ci si orienta tipicamente mai al di sotto dei 500 watt totali) e un buon sistema di stabilizzazione, soprattutto per quanto concerne la protezione dagli Spike di rete.

C'è da dire inoltre che negli ultimi anni, molte case produttrici hanno realizzato alimentatori con una sorta di Intelligenza artificiale integrata. Tali alimentatori sono tipicamente in grado:

di capire se il sistema connesso è correttamente connesso a livello elettrico, prima di iniziare l'erogazione della corrente (così da evitare rotture dovute a corto circuito)
di capire se il carico connesso è eccessivo, così da evitare surriscaldamenti o l'insorgere di piccoli incendi
di mantenere, all'atto dello spegnimento del sistema in uso, la ventola accesa così da favorire la dispersione verso l'esterno dell'energia termica residua all'interno del case
di variare la velocità della ventola (o delle ventole) in funzione dell'assorbimento, così da minimizzare i rumori al minimo indispensabile (caratteristica importante soprattutto se si desidera dormire con accanto il proprio PC acceso!)

Talvolta, nel caso l'overclock riguardi anche la velocità di funzionamento dell'FSB (Front Side Bus) delle memorie di sistema, si dovrà provvedere ad installare appositi dissipatori anche sulle memorie stesse, pena la loro disfunzione. Alternativamente, si potrà optare per l'acquisto di memorie con maggiori tolleranze di funzionamento, appositamente vendute allo scopo.

[modifica] Impostazioni

Le impostazioni necessarie a garantire il corretto settaggio della tensione di core e della velocità di clock della CPU sono, ad oggi, configurabili dal BIOS della scheda madre seguendo le istruzioni riportate sul manuale del costruttore. Precedentemente e su alcune motherboard economiche ad oggi commercializzate, si doveva operare con i ponticelli', piccoli archi metallici da unire a contatti elettrici disposti sulla scheda madre per definirne il comportamento. Tale soluzione si rivelava molto scomoda nel caso fosse necessario variare spesso la configurazione hardware di sistema.

Talvolta, il moltiplicatore di frequenza delle CPU è bloccato via hardware dal costruttore per impedire che tali componenti possano essere overcloccate. In questo caso esistono alcune possibili escamotage:

Si può aumentare la frequenza del FSB per ottenere un miglioramento generale delle prestazioni del sistema e della frequenza finale del processore
Si può operare una modifica hardware (vedi le voci correlate) analogamente a quanto avviene ad esempio con la playstation, andando a eseguire delle vere e proprie saldature sul corpo della cpu od utilizzando appositi adattatori
È possibile acquistare motherboard che siano state appositamente concepite per ignorare tali limiti e che operando al di fuori degli standard permettano d'ignorare le impostazioni del costruttore

Spesso, questo tipo di blocco riguarda anche la possibilità di variare opportunamente, in funzione dell'overclok, la tensione di core come successivamente descritto.

[modifica] Test

Eseguite le impostazioni è necessario provare la configurazione realizzata:

Controllare che non ci siano perdite di liquido nel caso si sia adottata una soluzione di raffreddamento a liquido
Controllare che non ci sia condensa nel caso si sia scelto di utilizzare le celle di Peltier per il raffreddamento
Verificare che le tensioni e la velocità del processore siano stati settati correttamente: a volte è utile elevare pian piano la velocità di clock ed eseguire test progressivi di funzionamento
Accertarsi che le ventole installate stiano funzionando: in regime di overclock anche un malfunzionamento di pochi secondi può portare a danni irreparabili!

Terminata la verifica della precedente check list si può avviare il sistema ed, utilizzando specifici applicativi di benchmarking, controllare che memoria, CPU e sottosistema di I/O si stiano comportando normalmente. In questa fase si dovrà, inoltre, controllare che la temperatura della CPU rimanga abbondantemente sotto i livelli nominali forniti dal costruttore: per farlo si potrà far affidamento sulle sonde installate nella CPU e sulla motherboard o su ulteriori sonde specificatamente predisposte (sulle quali si farà un uso generoso di pasta termica).

[modifica] Pericoli dell'overclock

Un overclock errato o eccessivo, un blocco di una ventola, un errore nel settaggio della tensione di core, possono portare alla permanente rottura di CPU, memorie ed in alcuni casi della motherboard del sistema. Una rottura di questo tipo non è coperta da alcun tipo di garanzia sul prodotto e va quindi accettata come evenienza contemplabile nella pratica dell'onorevole arte dell'overclock.

[modifica] Altri componenti "overcloccabili"

Altri elementi che si possono overcloccare analogamente alla cpu ed alle memorie di sistema, sono la GPU e le ram della scheda video.

[modifica] Voci correlate

[modifica] Collegamenti esterni

FreeModding Portale italiano interamente dedicato al Modding, all'Overclock e all'Informatica in generale
Un pc liquido realizzato in acquario-style.
Lo sblocco del moltiplicatore di una CPU AMD Sempron.
Overclock: Intel Core 2 Extreme e Quad SLI al massimo.

Informatica

Progetto Informatica

Portale Informatica

BarCode

Estratto da "http://it.wikipedia.org../../../o/v/e/Overclocking.html"

Categoria: Tecnologie hardware