AMD Athlon (K7, Slot A) как идеальный объект для разгона

Поскольку новейшие процессоры от AMD — Duron и Thunderbird по производительности незначительно отличаются от классического Athlon, который к тому же легко и без особого риска разгоняется на 40–50%, считаем своим долгом поделиться собственным опытом разгона Athlon и его эксплуатации, который несомненно будет интересен как владельцам систем на его базе, так и всем тем пользователям, раздумывающим над конфигурацией своей будущей мощной, но недорогой для массового пользователя вычислительной системы.

То, что любой производитель процессоров вынужден из-за специфических особенностей их производства и сбыта часто маркировать свою продукцию ниже максимально достижимых параметров, не знает, пожалуй, только уж самый-самый начинающий пользователь. Опытный же пользователь имеет в своем домашнем "музее" пару-тройку процессоров, которые славно потрудились в свое время в штатном режиме и которые в конце своей недолгой процессорной жизни разогнавшись как следует умерли "морально", так и не выработав своего физического ресурса. Ниже мы поделимся своим опытом, как этого печального финала может избежать классический Athlon (Slot A), который наконец-то в массовых количествах появился и в наших весях по весьма привлекательным ценам и вычислительная мощность которого сравнима с новейшими процесcорами с модными названиями Duron и Thunderbird (не путать с Celeron).

К глубокому сожалению, большинство современных процессоров выпускаются с фиксированным значением коэффициента умножения частоты (для предотвращения перемаркировки процессоров и обмана покупателей), при этом для увеличения производительности вычислительной системы остается только одна возможность — изменять внешнюю тактовую частоту системной шины. Недостатком этого метода является его существенная ограниченность (3–10%) и частые "аллергические" реакции AGP-карт и других контроллеров, что не позволяет полностью использовать резервный вычислительный потенциал процессора.

К счастью, особенности конструкции процессоров AMD K7 Athlon позволяют при использовании достаточно простых аппаратных средств — предназначенного для этого модуля — обойти вышеуказанное ограничение и получить реальную прибавку вычислительной мощности до 50% без особых затрат и чрезмерного риска. Громадным преимуществом этого метода разгона является отсутствие влияния других компонентов на стабильность работы всей вычислительной системы и, как следствие, возможность полного использования потенциала конкретного экземпляра процессора.

Для примера приводим в следующей таблице ориентировочные значения параметров процессоров семейства Athlon при безопасном и экстремальном разгоне:

Как видно из таблицы, даже самые осторожные пользователи смогут "выжать" из своих систем без особого риска и затрат дополнительные 150-200 MHz, которые в момент написания статьи даже с низшем секторе процессоров стоят приличных денег.

Что необходимо для разгона

Необходимо установить аппаратный модуль на диагностический разъем процессора, который находится под пластмассовой защитной крышкой картриджа процессора и перемычками выставить необходимую частоту и напряжение питания.

Еще в ноябре 1999г. в Интернете (www.tomshardware.de) были опубликованы материалы, необходимые для разработки и изготовления соответствующего модуля, вскоре после чего они стали широко предлагаться на Западе многими фирмами (занявшись этой темой, мы были искренне удивлены, мягко говоря, неосведомленностью продавцов и покупателей, до сих пор с экстазом мусолящих "прошедший день" — Celeron с его изначально убогой архитектурой) о существующих возможностях разгона, что и послужило толчком к написанию этой статьи).

Краткую характеристику подобного модуля собственной разработки и производства мы приводим ниже:

• простое изменение тактовой частоты от 300МГц (полезно для сравнения эффективности с более ранними процессорами — K6-2 т.д.) до 1050 МГц(!) через 50 МГц;
• удобная установка напряжения питания — от 1,30В до 2,05В через 0,05В;
• модуль применим для существующих процессоров Athlon и будущих типов (слот-А), пока не будет изменена спецификация диагностического разъема;
• отсутствие опасности коротких замыканий;
• отсутствие необходимости внешнего питания;
• низкая потребляемая мощность;
• размеры 35×36 мм.

Как мы это делали

Для начала мы освободили диагностический разъем, который скрывает пластиковая крышка. Это можно осуществить 2-мя способами:

• снятием защитной крышки, что не только не ухудшает охлаждение процессора, т.к. никоим образом не сказывается на прилегании штатного теплоотвода к кристаллу процессора (он закреплен на 4-х независимых штифтах), а даже его улучшает, т.к. охлаждающий воздух начинает циркулировать и с обоих сторон процессорной платы;
• вырезанием в пластиковой защитной крышке окна.

Пластиковая крышка выполняет лишь функцию защиты электронных элементов, расположенных на плате процессора от случайных повреждений и крепится на четырех самофиксирующихся штифтах, запрессованных в штатном металлическом теплоотводе и проходящих сквозь отверстия в плате процессора. Эти штифты видны по краям картриджа процессора, если взглянуть со стороны установочного разъема. Три из них достаточно легко разъединяются с помощью подходящего рычага (отвертки, тонкого тупого предмета), вставленного в зазор картриджа, но четвертый (левый нижний, если смотреть со стороны логотипа) разъединяется с большим трудом. Начинать снятие крышки пришлось именно с него! Наиболее безопасным способом явилось удаление материала вокруг штифта точно на вертикальном усилителе крышки, в 6-ти мм выше его пересечения с горизонтальным усилителем крышки и освобождение, после чего остальные три штифта легко отпускают крышку.

Можно не снимая крышку картриджа процессора вырезать слева (смотреть со стороны логотипа) в ее верхней поверхности (там, где написано "ATHLON tm") окно длиной 37 мм с помощью подходящего инструмента (прибор для выжигания по дереву есть, наверное, у всех). Необходимо учесть, что расстояние от крышки до платы процессора составляет не более 10-ти мм и поэтому надо действовать аккуратно и не засовывать жало прибора слишком глубоко внутрь картриджа.

После подготовки места установки модуля разгона по любому из этих методов стал доступен сорокаконтактный диагностический разъем процессора Athlon (на фото в верхнем левом углу), который изначально служит для переключения его в различные режимы и, вероятно, специально оставлен не заблокированным для нас с вами. Так как процессор после удаления крышки стал доступен со всех сторон, мы переклеили термодатчик в зазор между корпусом процессора и пластиной штатного теплоотвода — показания датчика температуры стали существенно точнее отражать реальное тепловое состояние процессора.

Установив ШТАТНЫЕ значения тактовой частоты и напряжения питания процессора с помощью перемычек, мы установили модуль разгона на диагностический разъем процессора K7/500, а процессор в разъем материнской платы, подключили вентилятор кулера и термодатчик к соответствующим разъемам на "маме". Включив компьютер, мы еще раз убедились в правильности всех выполненных работ и работоспособности всей системы.

С помощью утилиты мониторинга температуры записали выход процессора на установившийся температурный режим в процессе "холостого хода". Температуру процессора можно контролировать также из меню BIOS Setup, хотя это менее удобный и точный метод. Запустив "жадную" 3D-программу (по нашим наблюдениям ничто на свете не может разогреть процессор лучше, чем тест Glaze v3.1 Evans & Sutherland со всеми включенными опциями), записали выход процессора на установившийся температурный режим в режиме максимальной нагрузки. Эти две записи температурных режимов служат в дальнейшем хорошим ориентиром для оценки изменений теплового режима процессора в результате последующего разгона.

Далее увеличивая тактовую частоту процессора каждый раз на 50МГц перестановкой перемычек на модуле, мы повторили те же самые операции для новых значений тактовой частоты. Параметры основных установок процессора мы приводим в следующей таблице:

Первые 4 "подхода" были удачны и прошли при штатном значении напряжения питания процессора, но в ходе 5-го изменения частоты (т.е. до 750MHz) компьютер начал давать сбои в работе и, вернувшись к последним настройкам (700MHz), при которых система работала стабильно, мы продолжили более глубокие испытания надежности работы системы как на тестах, так и на реальных задачах.

Так как при этом абсолютно безопасном варианте разгона показания датчика температуры процессора при максимальной нагрузке не превышали значения в 55°C (предельная температура для нашего процессора промаркирована в 70°C) мы решили попробовать заставить работать процессор еще на более высокой тактовой частоте с помощью повышения напряжение питания ядра процессора, для чего стали каждый раз добавлять 0,05В перестановкой перемычек. При напряжении питания 1,70 В он заработал стабильно на частоте 750 MHz, причем кэш-память нашего экземпляра также стабильно выдерживала неспецифицированную частоту 375 MHz.

Переключив делитель тактовой частоты кэш-памяти из BIOS Setup (Asus K7V) на значение 5:2, мы попробовали "гнать" наш процессор дальше, но для частоты 800 MHz пришлось уже существенно поднять напряжение питания до 1,80В. При этом, несмотря на устойчивые запуски системы, загрузка Windows и работа программ была крайне нестабильной и нам ничего не оставалось, как еще прибавить напряжения до 1,85В. После этого мы смогли сполна насладиться нормальной работой на 800MHz-вой машине!

Попытка взять рубеж в 850 MHz закончилась ничем — правда, мы видели экраны BIOSа и загрузку Windows, но дальше дело не пошло и мы вернулись к варианту 750MHz. Он был выбран по критерию максимума общей производительности нашей системы, т.к. кэш-память второго уровня устойчиво работала на половинной частоте процессора 375MHz, а при 800-х MHz процессора она развивала только лишь 320 MHz, что конечно же тормозило общую производительность. Тепловая напряженность процессора при этом оставалась в разумных рамках, т.к. мы не вышли за пределы специфицированных значение напряжения питания.

Стабильность работы системы после суточного прогона сомнений не вызывала. Полученный таким образом прирост в 50% вычислительной мощности удовлетворил всех испытателей, и на этом, помня что негоже "зазря убивать" такой хороший процессор, мы оставили его в покое (наша цель была получить мощную машину даром, а не угробить процессор), где он и трудится уже шестой месяц без особых проблем — благо, что лето выдалось нежаркое.

В результате разгона рабочая температура процессора увеличилась примерно на 11°C, что должно соответствовать снижению ресурса примерно вдвое. По нашим предположениям, это означает, что перед тем, как он умрет "морально" и перекочует в наш "музей древностей", в нем еще останется неиспользованного физического ресурса на пару лет работы.

Переделка охлаждения кристаллов процессора

Через некоторое время мы все-таки решили посвятить свободное время улучшению конструкции охлаждения процессора и кэш-памяти. Дело в том, что для максимального снижения себестоимости конструкция процессора должна быть технологичной, т.е. простой в изготовлении и сборке. При разработке Athlon инженерам пришлось пойти на компромисс и в угоду технологичности частично пожертвовать качеством охлаждения 2-х микросхем кэш-памяти второго уровня. Они расположены на процессорной плате рядом с корпусом процессора. Так как плоскость металлического теплоотвода не может одновременно прилегать к трем микросхемам (процессор и кэш-память), то процессор, как наиболее тепловыделяющий элемент (автор получил однажды ожог особо любопытного пальца до пузыря при попытке потрогать кристалл после буквально пары (!!!) секунд работы) контактирует с теплоотводом непосредственно (конечно же, через слой изоляции), а обе мекросхемы кэша — через приличный слой теплопроводной пасты, что никоим образом не улучшает стабильность системы в предельных режимах.

Вторым негативным моментом является, как правило, просто отвратительное прилегание радиаторов к громадным поверхностям теплоотводов "слотовых" процессоров. Любой слесарь расскажет Вам о процессе плотного соединения двух металлических поверхностей, который называется притирка, и о том, сколько для этого нужно затратить усилий, причем в "грязи", несовместимой с жизнью процессора. Пусть вас не вводят в заблуждение различные "теплопроводные" графитовые и силиконовые прокладочки, которые производители кулеров приклеивают (слой неизвестного клея тоже не подарок для охлаждения) на свои изделия — они не только уменьшают площадь контакта обоих пластин, но и из-за своей малой эластичности часто только создают видимость улучшения контакта. Теплопроводная паста решает только часть проблемы, а именно до того момента, как она "мигрирует" из оказавшегося слишком большим зазора.

Выходом является применение армированных пленок с изменяемой фазой (например Hi Flow 200G), подобных тем, что применяют сами производители процессоров. По своим свойствам они похожи на твердую безсиликоновую термопасту Thermstrate TC, которая при температуре в 65°C переходит в пластичное состояние и под действием незначительного усилия, развиваемого пружинами крепления радиатора процессора ее слой истончается до полного контакта обоих сторон в 3-х точках, а в остальных местах он заполняет остающийся минимальный зазор, причем тончайшая армирующая сеточка не только электрически изолирует поверхности, но и препятствует миграции теплопроводящего материала. К сожалению у нас эти материалы пока также экзотичны, как и киви десять лет назад.

Тщательно обдумав все возможные варианты, мы решились на коренную переделку процессора с применением подручных средств. Сначала мы сняли штатный теплоотвод процессора, для чего положив процессор теплоотводом на ровную поверхность и тихонько нажав на один конец пластинчатой пружины у фиксирующего штифта, мы разжали аккуратно усики пластины, упирающиеся в проточку штифта. Второй конец пружины был освобожден аналогичным образом, но прикладывать нагрузку на него уже не было необходимости. Так же поступили и со второй пружиной, после чего стало возможным отделить процессорную плату вместе с тремя кристаллами от штатного металлического теплоотвода.

Маленький кусочек теплопроводно-изолирующего материала мы перенесли с теплоотвода на кристалл процессора, куда также соскоблили все остатки теплопроводного слоя с теплоотвода. Четыре стальных фиксирующих штифта были "тихесенько, без психозу" (молотком с отверткой) выпрессованы из теплоотвода и запрессованы в приличных размеров "сокетный" радиатор. Отверстия в новом радиаторе Socket370 под штифты размечались по дыркам в штатном теплоотводе и сверлились сверлом 2,7 мм. После запрессовки штифтов "сокетный" радиатор удалось установить на место штатного теплоотвода и закрепить пластинчатыми пружинами. Кристалл процессора, по-видимому, не заметил произошедшей замены, т.к. все это время мирно "спал".

Термопаста с оголившихся микросхем кэш-памяти была аккуратно снята, и на обезжиренные поверхности корпусов микросхем были приклеены теплопроводным клеем два пассивных радиатора, полученные при распиливании старых радиаторов от 486-х процессоров. Завершило переделку системы охлаждения процессора привинчивание к радиатору маленького, но мощного вентилятора от Asus SmartFan, который по количеству прогоняемого воздуха за счет удвоенной мощности электродвигателя заменяет пару-тройку обычных дешевых вентиляторов.

Результат нашей переделки вы можете увидеть на приводимом фото. Применение Hercules аналогичной схемы (за исключением того, что они, конечно же, не "добывали" радиаторы распиливанием и что они отличились от наших цветом) для охлаждения кристаллов своей новейшей платы 3D Prophet III GTS 64 (GeForce2 GTS, тактовая частота памяти при этом была увеличена с 333 MHz до 420 MHz без потери устойчивости системы!) не только прибавило нам гордости, но и еще больше убедило в правильности выбранного пути.

Применение отдельных пассивных радиаторов для охлаждения микросхем кэш-памяти полностью себя оправдало, т.к. относительно небольшого воздушного потока, создаваемого в корпусе дополнительным 80-ти мм вентилятором, вполне достаточно для их охлаждения и в прежнем исполнении они скорее нагревались кристаллом процессора до его немалой в общем-то рабочей температуры!

Вот так и работает наш славный Athlon уже шестой месяц в остальном обычной системе, ежедневно радуя нас своей незаурядной мощностью, полученной почти даром.

Несколько полезных советов начинающим

В заключение еще раз несколько советов, которые опытные пользователи знают и так, а начинающим и сомневающимся помогут избежать многих ошибок, которые могут отбить у них охоту к такому захватывающему и увлекательному "экспериментированию", тем более теперь доступному практически всем.

Еще раз про охлаждение. Если Вы решили разогнать ваш процессор "всерьез и надолго", уделите немного внимания системе охлаждения процессора, что поможет вам достичь лучшего результата. Каждые дополнительные 10°C рабочей температуры снижают ресурс процессора примерно вдвое, и из номинальных 10 лет ни в коем случае не рекомендуется делать 1-2 года.

Вентилятор процессора. Обратите внимание на потребляемую им мощность. Часто два или даже три вентилятора обеспечивают меньший воздухообмен, чем один, но мощный, хотя их визуальные размеры одинаковы. Хороший пример тому Asus SmartFan, который по нашим измерениям при толщине радиатора всего в 17 мм (чуть толще картриджа процессора!) и одним мощным вентилятором сравним по теплообмену со "специальными" радиаторами толщиной 24-25 мм и 2-3-мя вентиляторами.

Включите опцию CPU Temperature и CPU FAN Speed в BIOS Setup материнской платы. Если когда-либо в дальнейшем ваш компьютер жалобно запищит своим динамиком, вы сразу поймете, что где-то случилась беда — остановился вентилятор или тополиным пухом забился радиатор. Если в BIOSе вашей материнской платы существует опция снижения частоты при перегреве элементов, то обязательно включите ее тоже. Все это позволит сберечь процессор от аварийного перегрева.

Изменение скорости работы кэш-памяти L2. Согласно спецификации AMD, кэш-память второго уровня процессоров Athlon работает на максимальной частоте в 350 МГц, что позволяет относительно легко при штатном делителе частоты 2:1 разогнать 500-й процессор до 700МГц. Дальнейший разгон может потребовать переключения делителя частоты на 5:2 или даже 3:1. Новые версии BIOSов, например для Asus K7M, K7V Abit KA7-100 умеют делать это программно.

Используйте только новейшие версии BIOSa и драйверов. Скачайте необходимые файлы от производителей "железа" через Интернет и установите их до начала работ по разгону процессора — ничто не стоит так дешево и так хорошо не избавляет от ненужной "изжоги" как новейшие драйверы.

Набор логики VIA KX-133. Платы, разработанные на основе этого чипсета (например Asus K7V) имеет особенность — установите перемычками на модуле напряжение питания 1,80В, а все изменения напряжения производите из BIOSa программно. Перемычки материнской платы должны при этом стоять в положении "Auto/Jumperfree".

Изменение напряжение питания ввода/вывода (VIO). Очень часто повышение питания ввода/вывода с 3,30В до 3,40В (перемычки на плате или в BIOS Setup) позволяет побороть совершенно необъяснимые сбои и самопроизвольные перезагрузки системы, а также позволяет прибавить дополнительные (и столь желанные) 50 Мгц тактовой частоты.

"Правильный" блок питания. Обратите внимание, что из-за постоянно увеличивающегося энергопотребления процессоров (50-60Вт) и 3D-ускорителей (AGP-Pro до 100Вт) мощности вашего старого блока питания может не хватить. Посмотрите на шильдике блока питания, может ли он отдавать 25-30А на выходе 5В и 14А на выходе 3,3В. Многие производители блоков питания (корпусов) уже начали здесь хитрить и можно запросто нарваться на "300W" блок питания, который выдает на выходе 5В "всего" 15А! Печально, если новый блок питания все равно придется покупать взамен сгоревшего.

"Правильный" корпус. Он должен быть не только красивый (оставьте этот критерий выбора корпуса напоследок), но и с хорошим УДАЛЕНИЕМ теплого воздуха из верхней части. Незначительное повышение внутренней температуры воздуха в корпусе (как правило, его можно распознать по показаниям датчика температуры материнской платы) очень быстро приводит к снижению интенсивности охлаждения процессора (еще раз для непонятливых — трудно охлаждать теплый радиатор теплым воздухом) и к его перегреву. Если не жалко, то лучше всего вырезать в верхней плоскости корпуса (башни) над процессором вентиляционное отверстие и установить в нем дополнительный вентилятор, удаляющий нагретый воздух из корпуса.

Выводы

Собственный и зарубежный опыт однозначно показывает, что процессоры AMD K7 Athlon не только сломали всю многолетнюю расстановку сил на рынке процессоров, но имеют значительные резервы вычислительной мощности и изумительную техническую возможность для существенного разгона, причем не выходя за рамки разумного и заранее просчитываемого риска.

В результате вышеописанных работ не произошло никаких непредвиденных событий и ничего не было повреждено. Рендеринг 3D-сцен (3D Max) и видеообработка (Premiere) ускорилась почти задаром в полтора раза. Kто этим занимается, тот понимает, о чем мы говорим.

Учитывая неординарную производительность Athlon, особенно на мультимедийных приложениях (MP3, 3D-графика, видео), превышающую на 30-35% производительность сравнимых по частоте и более дорогих iPIII, а также сегодняшние необычайно низкие цены на модели Athlon начального уровня и сложности с разгоном альтернативных процессоров (iPIII, Duron, Thunderbird), можно смело утверждать, что на данный момент нет лучшего объекта для модернизации старой системы путем разумного разгона процессора или создания новой уже изначально умеренно разогнанной вычислительной системы, стоимость которой укладывается в разумные рамки, а производительность не заставит владельца краснеть перед коллегами в течение ближайшего года.