Podkręcanie procesorów 2.pdf

Hardware

Zastosowania: podkręcanie procesorów

Aż się szron pojawi

Chłodzimy procesor

Najprościej jest chłodzić ogniwo za pomocą

dużego radiatora i wentylatorów. Do odpro-

wadzania ciepła od procesora z podstawką

PPGA i zamontowanym ogniwem Peltiera nie

wystarczy radiator będący często w zestawie

z CPU. Konieczne będzie co najmniej urzą-

dzenie stosowane w jednostkach centralnych

typu SLOT-1, o wymiarach 125×60×35 mm.

Jego powierzchnia powinna być jak najwięk-

sza, aby radiator najszybciej odprowadzał cie-

pło wydzielone przez procesor i moduł Peltie-

ra. Dodatkowo potrzebne są wentylatory.

Z badań przeprowadzonych przez różne fir-

my produkujące radiatory wynika, że więk-

szość z nich ma największą skuteczność wte-

dy, gdy przepływające przez nie powietrze

ma prędkość 3,5–5,5 m/s. Zestawiając układ

chłodzący, trzeba obliczyć wydajność wenty-

lacji radiatora. Typowe „wiatraczki” o wy-

miarach 50×50 mm przepompowują w ciągu

godziny 13–16 m 3 powietrza, co w przypadku

kanału o wymiarach 30×45 mm oznacza

prędkość przepływu ok. 2,7 m/s. Aby zapew-

nić odpowiednią szybkość, stosowane są

układy wielowentylatorowe.

Naszym zadaniem było przygotowanie jak

najbardziej wydajnego układu chłodniczego,

przy małych kosztach. Wbrew oczekiwa-

niom, możliwości zakupu wysokiego i mocno

użebrowanego radiatora chłodzącego proce-

sory typu SLOT-1 okazały się znikome.

Oczywiście rynek oferuje szeroką gamę prze-

różnych zestawów, które zapewnią właściwą

temperaturę naszego CPU, ale przyjdzie nam

za nie słono zapłacić. Kupiliśmy zatem radia-

tor kształtami i możliwościami spełniający

nasze wymagania i przykręciliśmy do niego

dwa zwyczajne wiatraczki o prędkości obro-

towej 4500 rpm, wymontowane z innych ze-

stawów chłodzących. Jeśli ktoś dysponuje

środkami finansowymi, może sobie pozwolić

na wentylatory charakteryzujące się dużo

większą wydajnością. Niestety, cena jednego

egzemplarza takiego „cacka” to około 40 zł.

Przy zestawianiu radiatora z „wiatraczka-

mi” pamiętajmy o wysokości całego układu

chłodzącego. W przypadku płyt głównych ze

złączem Socket 370 miejsca w obudowie bę-

dzie wystarczająco dużo, ale za to zamonto-

wanie naszej konstrukcji stanie się mocno

utrudnione. Dużo więcej zalet ma konstrukcja

z wykorzystaniem przejściówki PPGA. Dzięki

niej montaż samej „lodówki” przebiega znacz-

nie sprawniej, a jego ewentualne poprawki są

łatwe do przeprowadzenia – aby wypiąć cały

układ, wystarczy zwolnić tylko dwa zatrzaski

i wysunąć przejściówkę ze slotu.

Zwiększanie częstotliwości, z jaką pracuje procesor, jest

praktykowane przez wielu użytkowników komputerów. Przy

zastosowaniu specjalnych układów chłodzących możliwości

tzw. overclockingu znacznie rosną.

pojawiają się coraz szybsze procesory.

Dzięki zastosowaniu nowych technologii

w produkcji CPU możliwości układów stale

rosną, a wraz z nimi cena. Każdy marzy

o silnej jednostce centralnej, jednak nie każ-

dy może sobie pozwolić na zakup takiego

„cacka”. Często cena wymarzonego proce-

sora wielokrotnie przekracza budżet prze-

ciętnego użytkownika. Wielu znalazło na to

sposób. Skoro nie ma funduszy na nową,

szybszą jednostkę centralną, przetaktowa-

nie starej jest jedyną szansą zaspokojenia

naszych ambicji. Jeśli tylko zapewnimy pro-

cesorowi odpowiednie warunki – chłodzenie

i napięcie zasilania – nic nie stoi na prze-

szkodzie, aby pracował równie dobrze, tyle

że szybciej.

niewystarczająca i temperatura jednostki

centralnej osiąga wartość, przy której układ

zaczyna pracować niestabilnie. Procesory

często są wyposażone w zabezpieczenie ter-

miczne odcinające sygnał taktujący i tym sa-

mym wyłączające CPU. Wraz ze wzrostem

temperatury zmieniają się parametry ele-

mentów elektronicznych jednostki central-

nej i bramki logiczne znajdujące się w proce-

sorze „nie nadążają” za sygnałem taktują-

cym. Można jednak temu przeciwdziałać. Je-

żeli zapewnimy jednostce centralnej odpo-

wiedni system odprowadzania ciepła, można

będzie ją tak przetaktować, że jej wydajność

wzrośnie nawet dwukrotnie.

Do budowy układu chłodzącego można

wykorzystać ogniwo Peltiera. Jest to urzą-

dzenie termoelektryczne, składające się

z dwóch cienkich płytek termoprzewodzą-

cych (patrz: rysunek na stronie 101).

Jean C.A. Peltier odkrył, że taki układ przy

przepływie prądu w odpowiednim kierunku

transportuje ciepło z jednej strony na drugą,

osiągając sprawność ponad 50%. Ogniwo,

jak każde urządzenie elektryczne, podczas

wykonywania pracy wytwarza ciepło. Wa-

runkiem koniecznym jego efektywnego dzia-

łania jest zapewnienie odpowiedniego chło-

dzenia po gorącej stronie płytki. Układ chło-

dzący musi mieć taką wydajność, aby odpro-

wadzić sumaryczne ciepło wydzielane na

procesorze i wytwarzane przez moduł Peltiera.

Zaprojektowanie takiego układu nie należy do

najłatwiejszych.

Ciepło – wróg numer jeden!

Podczas pracy komputera w każdym cyklu

zegara miliony tranzystorów znajdujących

się w procesorze wydzielają energię powodu-

jącą wzrost temperatury CPU. Do odprowa-

dzania ciepła gromadzącego się wewnątrz

procesora używa się radiatorów z wentylato-

rem, które przy nominalnych częstotliwo-

ściach taktowania jednostki centralnej do-

skonale spełniają swoje zadanie. Jeśli prze-

taktujemy procesor, liczba cykli, w których

wydzielana jest porcja ciepła, zwiększa się.

Jest ona tym większa, im wyższego napięcia

użyjemy do zasilania jądra. W tym wypadku

wydajność zwykłego radiatora staje się

Nie upiec komputera

Wszystkie podzespoły naszego komputera są

chłodzone powietrzem, które powinno prze-

pływać przez obudowę. Niestety – w praktyce

często tak się nie dzieje i tylko jego część jest

wytłaczana na zewnątrz. Dlatego konieczne

okazuje się zastosowanie dodatkowego

100

LIPIEC 2000

Z roku na rok na rynku komputerowym

Hardware

Zastosowania: podkręcanie procesorów

wentylatora – najlepiej na dole panelu czoło-

wego obudowy – który wciągałby powietrze

z zewnątrz i tłoczył je w kierunku procesora

i kart rozszerzeń zamontowanych na płycie

głównej. Tam powietrze się nagrzeje, a następ-

nie zostanie odprowadzone przez wentylator

zasilacza. Upewnijmy się, czy ten rzeczywiście

wydmuchuje je na zewnątrz. Zdarzają się bo-

wiem obudowy w standardzie ATX, w których

zasilacz wtłacza powietrze do środka. W takim

przypadku dodatkowy wentylator musiałby je

wydmuchiwać na zewnątrz. Należy też zadbać

o powiązanie wszelkich przewodów i ustawie-

nie pionowo taśm, tak aby umożliwić wędrów-

kę ogrzanego powietrza we wnętrzu obudowy.

Przy wykorzystaniu ogniwa Peltiera do chło-

dzenia procesora istnieje bardzo duże zagroże-

nie przegrzania jakiegoś elementu komputera,

dlatego wydajne wentylowanie wnętrza obudo-

wy jest szczególnie ważne. Temperatura we-

wnątrz komputera wzrasta wtedy prawie dwu-

krotnie, ponieważ oprócz procesora nagrzewa

się również ogniwo. Jest to niewątpliwie duży

kłopot, ponieważ ani karta graficzna, ani chip-

set płyty głównej nie wytrzymają zbyt długo

w takim „upale”. Również dyski twarde mają

ograniczoną odporność na ciepło. Jeśli nie uda

nam się wymusić odpowiedniej cyrkulacji po-

wietrza wewnątrz obudowy, jedynym wyjściem

będzie praca bez jej pokrywy lub zmiana syste-

mu chłodzenia ogniwa Peltiera na wodny.

Zasada działania i schemat budowy ogniwa Peltiera

strona zimna

kierunek

przepływu

elektronów

–

strona ciepła

–

Ogniwo składa się z szeregu naprzemiennie ułożonych elementów półprzewodnikowych typu p i n.

Słupki wykonane z telurku bizmutu są połączone blaszkami miedzianymi. Elektrony przepływając przez

elementy typu p, transportują ciepło. W półprzewodnikach typu n energia cieplna „przemieszcza się”

w kierunku przeciwnym do ruchu elektronów. Dzięki temu, że prąd płynie zygzakiem, ciepło jest

„pompowane” z jednej strony ogniwa na drugą.

podłączenie ogniwa może spowodować debet

wydajności prądowej zasilacza. Jeśli ma on

moc 300 W, nie będzie żadnego problemu.

W przypadku zasilaczy 200 W i 230 W to, czy

podołają pracy z ogniwem, będzie zależało od

liczby dodatkowych urządzeń zamontowa-

nych w komputerze – nagrywarki, napędu

DVD czy drugiego dysku twardego. Jeśli oka-

że się, że nasz zasilacz jest za słaby, nie pozo-

staje nam nic innego, jak zapewnić modułowi

zasilanie z zewnątrz. W tym przypadku, aby

komputer pozostał zamknięty, należy usunąć

jeden ze śledzi bądź też wywiercić w jednym

z nich mały otwór i w ten sposób wprowadzić

dodatkowe zasilanie.

nie na tak przygotowaną jednostkę centralną

nakładamy moduł. Uwaga: zanim to zrobimy,

koniecznie sprawdźmy, która strona płytki

jest „zimna”. Łatwo sobie wyobrazić, co by

się stało, gdybyśmy przez przypadek obrócili

moduł do góry nogami. Kolejny krok to nało-

żenie ostatniego elementu układu chłodni-

czego. Cienką warstwą pasty termoprzewo-

dzącej smarujemy górną powierzchnię ogni-

wa i mocujemy radiator tak, aby jak najdo-

kładniej przylegał do „gorącej” strony płytki.

Rzeczą, której nie można pominąć przy na-

szych eksperymentach, jest zabezpieczenie

procesora i płyty głównej przed wodą. Pod-

czas pracy „zimna” strona ogniwa Peltiera na

pewno osiągnie temperaturę niższą od tempe-

ratury otaczającego ją powietrza. W rezultacie

zacznie się tam skraplać para wodna. Jeśli do-

pasujemy wymiarami moduł do CPU (układ

30×30 ma wymiary procesorów typu PPGA),

to nie mamy się czym martwić. Powietrze nie

będzie miało dostępu do chłodzonego obsza-

ru. W przypadku gdy będziemy mieli do czy-

nienia z modułem 40×40 lub większym, po-

zostanie kilka centymetrów kwadratowych

nie wykorzystanej powierzchni chłodzącej –

to właśnie tam będzie gromadziła się rosa.

Gdyby jej część dostała się na płytę główną,

mogłoby nastąpić zwarcie oraz uszkodzenie

płyty głównej i czekałby nas wydatek rzędu

600 złotych. Aby zabezpieczyć się przed taką

sytuacją, dobrze jest spryskać okolice pod-

stawki procesora preparatem hydrofobowym

(np. FLUID 101, o który należy pytać w skle-

pach z odczynnikami chemicznymi), a do nie-

wykorzystanej powierzchni płytki przykleić

kawałeczki gąbki, uszczelniając ją tak, aby

maksymalnie ograniczyć dostęp powietrza.

Zanim wypróbujemy całość, upewnijmy się

jeszcze raz, czy wszystko jest należycie za-

montowane. Zwróćmy szczególną uwagę na

czynności opisane powyżej, ponieważ od nich

zależy wydajność chłodzenia ogniwem Peltie-

ra i bezpieczeństwo naszego procesora.

Zrób to sam!

Zanim przystąpimy do praktycznej części eks-

perymentu, należy wykonać jeszcze kilka do-

datkowych czynności. Oprócz obliczeń ko-

niecznych do wyboru właściwiego ogniwa Pel-

tiera musimy się jeszcze zatroszczyć o odpo-

wiednie źródło mocy dla naszego modułu.

Ogniwo termoelektryczne może być zasilane

napięciem nie większym niż 15,5 V, przy czym

natężenie prądu nie może przekroczyć 4–6

A (w zależności od wymiarów płytki). Najwy-

godniej byłoby użyć wewnętrznego zasilacza

komputerowego o napięciu 12 V, lecz nie za-

wsze będzie to możliwe. Opór wewnętrzny na-

szego urządzenia jest rzędu trzech omów. To

bardzo mało w porównaniu z rezystancją po-

zostałych komponentów komputera, więc

Na swoim miejscu

Aby zamontować ogniwo Peltiera na naszym

procesorze, oprócz zasilacza i wydajnego

„coolera” potrzeba będzie jeszcze trochę pa-

sty termoprzewodzącej, którą można kupić

w dowolnym sklepie elektronicznym. Nawet

najlepszy radiator wyposażony w najwydaj-

niejszy wentylator nie będzie spełniał swojej

funkcji, jeśli pomiędzy nim a jednostką cen-

tralną pozostanie szczelina powietrzna. Do

jej likwidacji przy łączeniu dwóch układów

chłodzących stosuje się preparaty redukujące

oporność cieplną. Pamiętajmy, aby na proce-

sor nałożyć jak najmniejszą warstwę pasty

i rozprowadzić ją równomiernie po całej po-

wierzchni CPU płaskim narzędziem. Następ-

Ogniwo Peltiera ma postać białej płytki

o grubości kilku milimetrów.

Ważne elementy zestawu to radiator,

wentylatory oraz gąbka zapobiegająca

gromadzeniu się wody.

Kręcimy na maksa

Za platformę do „podkręcania” posłużył nam

komputer wyposażony w płytę główną Abit

BE6 z procesorem Celeron 366 i pamięcią

102

LIPIEC 2000

101

Hardware

Zastosowania: podkręcanie procesorów

Jaki moduł Peltiera wybrać?

przestał zachowywać się poprawnie. Kompu-

ter udało się uruchomić, ale od czasu do czasu

podczas gry w Quake’a 3 następowało zawie-

szenie. Podczas pracy biurowej z programami

Word, Excel czy surfowania po Internecie nie

zaobserwowaliśmy żadnych problemów.

Częstotliwością graniczną okazało się

110 MHz. Ani wyłączenie UDMA w BIOS-

-ie, ani stopniowe zwiększanie napięcia zasi-

lającego jadro CPU od 2,0 do 2,3 V nie przy-

niosły efektów. Podczas startu komputera

system Windows notorycznie się zawieszał,

uniemożliwiając dalsze podkręcanie.

Przy zakupie płytki do układu chłodniczego na-

szej jednostki centralnej powinniśmy zwrócić

uwagę na dwa najważniejsze parametry: roz-

miary i moc odprowadzaną. Wymiary ogniwa

muszą być takie, aby możliwie jak najdokładniej

pasowało ono do powierzchni procesora, prze-

znaczonej do wymiany ciepła z otoczeniem.

Moc odprowadzana przez ogniwo musi być

większa od mocy wydzielanej przez przetakto-

wany CPU. Procesor Intel Celeron 500 PPGA

przy nominalnej wartości napięcia zasilającego

jądro CPU (2,0 V) emituje moc rzędu 27 W.

Moc, jaką wydziela ogniwo, jest równa mocy

pobieranej od procesora. Po „gorącej” stronie

ogniwa Peltiera są więc wydzielane 54 W mocy.

Do chłodzenia typowego procesora wystarczy

nam moduł o mocy przenoszonej większej od

27 W. Musimy jednak wziąć pod uwagę to, że

podczas „podkręcania” jednostki centralnej

moc wydzielana na procesorze wzrośnie! Przy

dwukrotnym zwiększeniu częstotliwości magi-

strali FSB (przy napięciu CPU 2,0 V) moc wy-

dzielana przez procesor wzrasta do 40,5

W i wtedy wydajność ogniwa okaże się zbyt

mała. Za słaby będzie także układ chłodzący

ogniwo, musimy bowiem odprowadzić aż

81 W mocy. Uff, jak gorąco!

Oto, jak wyliczyć moc wydzielaną przez

podkręcony procesor:

Moc wydzielana = Mp * (fp/fn)*(Up/Un) 2

Mp – moc wydzielana przez procesor (znajduje

się w specyfikacji)

fn – nominalna częstotliwość pracy CPU

fp – częstotliwość po podkręceniu

Un – nominalne napięcie zasilające jądro

jednostki centralnej

Up – nowe napięcie zasilające

Czy gra jest warta świeczki?

Osiągnięte wyniki mówią same za siebie.

Dzięki zastosowaniu nowego, bardziej wydaj-

nego systemu chłodzenia udało się podkręcić

procesor aż o 1,5 raza (z 366 MHz do 568

MHz), nie zwiększając napięcia zasilającego

jądro CPU. Temperatura przetaktowanej jed-

nostki centralnej nie obciążonej obliczeniami

i przy wykorzystaniu programów chłodzących

wynosiła -2° C, a podczas wymagających ope-

racji matematycznych sięgała 20° C.

Niestety, za ogniwo przyjdzie nam słono

zapłacić. Ceny wahają się od 106 zł za model

30×30 do 120 zł za płytkę o wymiarach

40×40. Do kosztów „lodówki” trzeba jesz-

cze doliczyć cenę radiatora i wentylatorów.

Łączny wydatek może sięgnąć nawet 200 zł,

a to – w przypadku niedrogich procesorów –

może być granicą opłacalności.

Zanim zdecydujemy się na nasze ekspery-

menty z mrożeniem procesora, rozważmy nie

tylko koszty związane z kupnem modułu, ale

i możliwości podkręcenia CPU. To, czy uda

nam się osiągnąć stabilną pracę systemu po

przetaktowaniu procesora, zależy od trzech

komponentów komputera: jednostki central-

nej, płyty głównej i pamięci RAM. Przed po-

dejmowaniem prób „overclockingu” sprawdź-

my dokładnie, czy posiadany przez nas sprzęt

podoła wymaganiom wyższej częstotliwości.

Jeśli zaniedbamy tych czynności, może się oka-

zać, że dodatkowo będziemy musieli wymienić

naszą pamięć na szybszą lub zmienić płytę

główną. A to może spowodować, że z powodu

kosztów operacja podkręcania straci sens.

Piotr Krawczyk

Przykład: Celerona 366 PPGA (moc wydzielana

21,7 W, zasilanie 2,0 V) chcemy przetaktować

na 550 MHz. Podkręcony procesor nie pracuje

stabilnie przy 2 V, więc zwiększamy napięcie

zasilające jądro CPU do 2,3 V.

Moc wydzielana = 21,7 * (550/366)*(2,3/2,0) 2

= 43,125 W

WYMIARY (mm)

Pobór prądu (A)

Napięcie (V)

Moc odprowadzana (W)

Różnica temperatur (K)

15x15x3.8

6.0

2.1

7.1

20x20x3.8

6.0

3.8

12.9

20x40x3.6

8,5

7,5

35,0

22.4x22.4x3.6

3.9

8.6

19.3

30x30x3.4

8.5

8.6

30x30x3.6

3.9

15.5

40x40x3.8

6.0

15.5

40x40x3.4

8.5

15.5

Dostępne ogniwa Peltiera (źródło: http://www.semicon.com.pl/)

100 MHz o czasie dostępu 8 ns. Przy wykorzy-

staniu zwykłego radiatora i wentylatora udało

nam się osiągnąć stabilną pracę komputera

przy częstotliwości FSB 83 MHz. Przy FSB

100 MHz kontynuowanie naszych ekspery-

mentów okazało się niemożliwe – po ok. 5 mi-

nutach komputer się zawieszał. Próbowaliśmy

stopniowo zwiększać napięcie zasilającego ją-

dro CPU, lecz i to nie przyniosło pożądanych

efektów. Ostatnią możliwością było wyłącze-

nie cache L2 w procesorze. Komputer działał,

ale straty w wydajności spowodowane bra-

kiem pamięci podręcznej były większe od zy-

sków uzyskanych dzięki wyższej częstotliwo-

ści. Gdyby nie ogniwo Peltiera, dalsze podkrę-

canie jednostki centralnej byłoby niemożliwe.

Do chłodzenia testowanego Celerona użyli-

śmy modułu Peltiera o wymiarach 40×40. By-

ło to konieczne, mimo iż wymiary płytki

znacznie różniły się od wielkości powierzchni

CPU. Głównym powodem była moc odprowa-

dzana przez ogniwo – 53 W. Moc, jaką teore-

tycznie mógł wydzielić przetaktowany proce-

sor przy magistrali FSB 110 MHz i napięciu

zasilającym jądro 2,3 V, wynosiła 47,8 W.

W tym wypadku ogniwo 30×30 najbardziej

wymiarami zbliżone do powierzchni jednostki

centralnej nie spełniałoby swojej funkcji.

Do „gorącej” strony płytki Peltiera przymo-

cowaliśmy przygotowany wcześniej radiator.

Nie wykorzystaną powierzchnię chłodzącą

modułu starannie okleiliśmy gąbką, tak aby

powietrze nie miało do niej dostępu. Tak przy-

gotowaną „lodówkę” podłączyliśmy do zasila-

cza 230-watowego. Dzięki nowemu chłodze-

niu nasz Celeron zawieszający się przy często-

tliwości FSB 100 MHz zaczął pracować sta-

bilnie przy napięciu mniejszym niż nominalne

– 1,9 V. Komputer działał poprawnie nawet

podczas pięciogodzinnej gry w Quake’a.

Umieszczenie dodatkowego termometru

dostarczonego wraz z płytą główną w pobliżu

chłodzonej powierzchni procesora umożliwiło

kontrolę temperatury. Robiliśmy to za pomo-

cą programu Motherboard Monitor (patrz:

ramka Info). W czasie dużego obciążenia te-

stowana jednostka centralna osiągała tempe-

raturę 25–27° C, w stanie spoczynku zaś

20° C. Zastosowanie programu chłodzącego

(WaterfallPro lub Rain) spowodowało dalszy

spadek temperatury, tym razem do -2° C.

Skoro procesor o nominalnej częstotliwości

366 udało nam się podkręcić do 550 MHz,

postanowiliśmy spróbować z wyższymi war-

tościami. Zwiększyliśmy częstotliwość magi-

strali do 103 MHz. Tym razem komputer tak-

że pracował stabilnie, choć konieczne było

ustawienie napięcia zasilającego CPU na no-

minalną wartość 2,0 V. Przy częstotliwości

magistrali wynoszącej 105 MHz system

INFO

Grupy dyskusyjne

Uwagi i komentarze do artykułu:

news://news.vogel.pl/chip.artykuly

Pytania techniczne:

news://news.vogel.pl/chip.hardware

Internet

Dystrybutor ogniw Peltiera

http://www.semicon.com.pl/

Podkręcanie procesorów

http://www.overclockers.com/

Na CHIP-CD w dziale Harware |

Chłodzenie procesorów znajdują się

programy Rain 1.0, Waterfall Pro 2.1 oraz

Motherborad Monitor 4.05

102

LIPIEC 2000

7/2000

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: