Разгон процессоров AMD Athlon (Thunderbird) и Duron

Прежде чем перейти к теме, вынесенной в заголовок, необходимо сказать несколько слов в защиту разгона. Актуальность этого вытекает из того факта, что темой разгона все больше активно интересуются малоподготовленные пользователи. Профессионалам, желающим сразу ознакомиться с полученными результатами, можно посоветовать пропустить данный раздел.

В защиту разгона

Производительность компьютера и его функциональные возможности, как известно, в значительной степени зависят от параметров элементов, входящих в систему компьютера, а также от их совместной, согласованной работы. Мало выбрать компьютер и уточнить его состав. Необходимо компьютер еще и оптимально настроить, добиваясь максимальной производительности эго элементов и наиболее полной реализации их функциональных возможностей.

Однако следует отметить, что даже тщательно настроенный и регулярно обслуживаемый компьютер не может длительное время соответствовать постоянно возрастающим требованиям. Рано или поздно каждый пользователь компьютера сталкивается с проблемой недостаточной его производительности для решения поставленных задач. После того как все резервы по увеличению производительности за счет всесторонней оптимизации работы аппаратных и программных средств компьютера полностью исчерпаны, приходится переходить к более радикальным мерам. Как правило, проблему недостаточной производительности одни пользователи решают путем покупки нового компьютера, другие модернизируют (upgrade) существующий. Оба варианта связаны со значительными финансовыми затратами. При этом достаточно часто указанные действия касаются еще нестарого и прекрасно работающего компьютера, возможно, купленного всего лишь год-два назад, а может быть и меньше!

Однако следует отметить, что кроме оптимизации работы аппаратно-программных средств и их модернизации, существует еще один путь, продлевающий период эксплуатации еще новой, но уже стремительно устаревающей вычислительной техники. Этот путь нередко дает вторую жизнь и тем компьютерам, которые современными уже никак не назовешь. Речь идет о методе, который по-английски называется "overclocking", а по-русски — "разгон". Суть данного метода заключается в эксплуатации некоторых элементов и узлов компьютера в форсированных режимах. Это, как правило, позволяет существенно повысить быстродействие каждого из них и соответственно производительность всей системы. Правда, следует отметить, что иногда все это достигается ценой некоторого снижения надежности работы и сокращения ресурса безаварийной эксплуатации, что во многих случаях вполне допустимо.

Действительно, в условиях постоянного развития компьютерных технологий и разработки все более совершенных программно-аппаратных средств срок целесообразной эксплуатации комплектующих постоянно сокращается. При появлении современных, более качественных и производительных компонентов становится экономически невыгодным эксплуатировать устаревшие прототипы. И это несмотря на совершенствование технологии производства, роста надежности и срока их безаварийной эксплуатации. В настоящее время для процессоров, видеоадаптеров и жестких дисков срок работы в компьютерах обычно составляет не более 2-3 лет. Это в среднем. Однако многие пользователи еще до истечения данного срока стараются заменить эти, как правило, исправные и хорошо работающие элементы на более производительные образцы. В то же время следует отметить, что высокая надежность компьютерных элементов позволяет эксплуатировать их более 10 лет. Однако, новые, более совершенные, более производительные образцы появляются, как правило, каждые несколько месяцев. Поэтому возможное некоторое снижение надежности и ресурса (например, с 10 до 5 лет) часто оправдано и вполне допустимо, так как период эксплуатации компьютерных элементов — краток и весь ресурс все равно не будет выработан. А возможные сбои и зависания при корректном выполнении процедуры разгона — крайне редки и в обычных условиях, как правило, не приводят к фатальным результатам. Конечно, не следует использовать данные режимы для элементов серверов или, например, в системах управления потенциально опасными производствами и жизненно важными процессами. Там компьютерные сбои не столь безобидны.

Следует подчеркнуть, что в последнее время разгон стал популярен и среди обладателей совершенно новых компьютеров. Такие пользователи с целью дальнейшего увеличения производительности своих систем нередко уже во время покупки просят установить форсированные режимы для процессоров их компьютеров. Более опытные их коллеги выполняют эту операцию уже собственными силами в домашних условиях, подбирая оптимальные режимы при жестком контроле и тщательном тестировании подсистем своих компьютеров на всех этапах разгона.

Популярность разгона объясняется не только естественным желанием пользователей усовершенствовать архитектуру своих компьютеров. Дело в том, что данная процедура, применяемая, кстати, не только для процессоров, позволяет при относительно низких затратах достичь сравнительно высокой производительности для компьютеров. Рост производительности для процессора может достигать 20-30%, а при более жестких, но рискованных режимах — до 50% и более. Аналогично можно существенно повысить производительность оперативной памяти видеоадаптера и даже жесткого диска. Такой значительный рост автоматически переводит компьютер в более высокую категорию. При этом нередко комплектующие начального уровня производительности успешно соперничают с более мощными и дорогими представителями, находящимися на противоположном конце ряда. И важно то, что это достигается практически без дополнительных затрат финансовых средств. Экономия только на процессоре может достигать нескольких сотен долларов США.

Несмотря на очевидные экономические корни разгона компьютерных комплектующих, не следует рассматривать данный метод повышения производительности компьютеров только с этих позиций. Достаточно часто в форсированных режимах эксплуатируют самые современные, новейшие элементы и узлы, производительность которых очень высока. Этот показатель определяется достигнутым уровнем современных технологий, лежащих в основе функционирования компьютерных комплектующих. Их разгон позволяет поднять планку производительности и функциональных возможностей еще выше.

Однако популяризация опыта эксплуатации элементов в форсированных режимах затрагивает экономические интересы фирм-производителей компьютерных комплектующих. А им по вполне понятным причинам совсем не хочется терять даже часть своих прибылей. Кроме того, возможностями разгона нередко пользуются злоумышленники, которые из корыстных побуждений подделывают маркировку компьютерных элементов, например, процессоров, модулей памяти и т. д., выдавая их за более производительные, а поэтому и более дорогие модели комплектующих. Некоторые, как правило, мелкие фирмы идут еще дальше. Они выпускают устройства, например, видеоадаптеры, материнские платы или даже компьютеры с уже разогнанными элементами и по вполне понятным причинам не ставят об этом потенциальных пользователей в известность.

Учитывая возможности фальсификаций и защищая свои коммерческие интересы, многие из фирм-производителей комплектующих вносят различные усовершенствования в свои изделия, препятствующие подделке маркировок и ограничивающие возможности по наращиванию производительности за счет использования нештатных режимов работы.

Тем не менее, необходимо отметить, что, несмотря на отчаянное сопротивление некоторых фирм-производителей процессоров, всеми силами препятствующих эксплуатации своих изделий в форсированных режимах, наблюдается устойчивый рост популярности разгона. Этому способствует и появление соответствующих материнских плат и чипсетов, и даже специальных программных средств. На компьютерном рынке широко представлены различные средства охлаждения компьютерных комплектующих. Все это облегчает установку соответствующих режимов, процесс настройки и тестирования.

Исследованию форсированных режимов и выработке соответствующих рекомендаций посвятили себя не только отдельные энтузиасты, но и многие серьезные фирмы, как зарубежные, так и отечественные. Иногда такие работы выполняются даже с согласия производителей. Примером может служить сотрудничество фирм KryoTech и AMD. В результате их исследований процессоры фирмы AMD в режимах экстремального разгона достигли значения 1 ГГц задолго до выпуска процессоров, для которых данное значение частоты являлось уже штатным. А фирма Compaq даже предлагает платформы для высокопроизводительных серверов, в основе которых применяются технологии фирмы KryoTech, предусматривающие экстремальное охлаждение процессоров типа AMD Athlon, эксплуатируемых в форсированных режимах.

Повышенный интерес к проблеме разгона со стороны ряда компьютерных фирм объясняется достаточно просто. Подобные исследования позволяют улучшать технологии, совершенствовать архитектуры, повышать производительность элементов и узлов. Кроме того, это позволяет накапливать статистику сбоев и отказов, что позволяет разрабатывать эффективные аппаратно-программные средства повышения надежности. В конце концов, способность компьютерных элементов устойчиво работать в форсированных режимах — отличная реклама для продукции фирм-производителей данных комплектующих. А, как известно, современные процессоры, такие как AMD Athlon (Thunderbird) и Duron, обладают значительным технологическим запасом производительности, который, несмотря на некоторые элементы защиты, при некоторых условиях может быть реализован в процессе разгона в качестве дополнительного прироста производительности компьютера.

Процессоры AMD Athlon (Thunderbird) и Duron

Процессоры AMD Athlon (созданные на основе ядра, известного как Thunderbird) Duron, поставляются в корпусах PGA. В соответствии с официальным названием эти процессоры в тексте будут называться как Duron и Athlon. Материнские платы, ориентированные на процессоры этого типа, имеют специальный разъем — PGA-socket, названный Socket A (462 контакта).

Процессор Duron имеет 128 Кбайт кэш-памяти первого уровня (L1) и 64 Кбайт кэш-памяти второго уровня (L2).

Процессор Athlon отличается от процессора Duron лишь размером кэш-памяти второго уровня: 256 Кбайт.

Указанные процессоры рассчитаны на работу с шиной Alpha EV6, разработанной фирмой DEC для процессоров Alpha и лицензированной для своих изделий фирмой AMD.

Шина Alpha EV6, используемая в качестве шины процессора (FSB), обеспечивает передачу данных по обоим фронтам тактовых импульсов (double-data-rate). Это увеличивает пропускную способность, обеспечивая рост производительности всей системы компьютера. При тактовой частоте 100 МГц шина FSB Alpha EV6, называемая обычно EV6, обеспечивает передачу данных с частотой 200 МГц, в отличие от шин GTL+ и AGTL+ процессоров Celeron, Pentium II/III фирмы Intel, для которых частоты передачи данных и тактовая совпадают.

В соответствии с особенностями своей архитектуры процессоры AMD Athlon и Duron требуют специальных материнских плат с чипсетами, поддерживающими данные процессоры. Платы обеспечивают стабильную работу этих процессоров при условии использования источников питания достаточной мощности, обычно это не менее 235 Вт.

Процессоры AMD Athlon и Duron имеют значительный технологический запас, допускающий повышение производительности за счет использования режимов разгона, например, повышения частоты шины процессора. Однако при всех своих достоинствах высокая рабочая частота шины процессора FSB EV6 ограничивает возможности разгона процессоров за счет увеличения частоты шины процессора. Обычно удается увеличить частоту шины процессора не более чем на 10-15%. При этом предельная величина возможного увеличения частоты шины процессора FSB EV6 и, соответственно, прироста производительности компьютера зависит от используемой материнской платы (от топологии, качества изготовления, особенностей используемых элементов).

Рассматривая возможности использования форсированных режимов, следует принимать во внимание, что процессоры AMD Athlon и Duron, как и процессоры Intel Pentium II, Pentium III (Katmai, Coppermine) имеют фиксированный множитель — коэффициент умножения частоты, связывающий внутреннюю и внешнюю частоты. Вследствие используемого конструктива Socket A, исключающего изменение резисторов как это было в случае AMD Athlon под Slot A, изменение частотных множителей возможно только с помощью специальных аппаратно-программных cредств, поддерживаемых пока сравнительно ограниченным типом материнских плат.

В результате форсирование работы процессоров осуществляется, как правило, за счет увеличения внешней частоты — частоты шины процессора FSB EV6.

Ниже представлены результаты выполненных исследований, связанных с анализом возможности работы в форсированном режиме высокопроизводительных процессоров AMD Athlon и Duron.

Необходимо отметить, что повышать напряжение питания ядра процессора допустимо не более чем на 5-10% относительно стандартно установленного уровня. Рекомендации фирмы AMD относительно уровней напряжения питания процессоров Athlon и Duron представлены в следующей таблице.

Для более точного анализа температурного режима компьютера и оценки необходимых средств охлаждения ниже приведены данные о мощности процессоров AMD Duron и AMD Athlon.

Величину частотного множителя, связывающего внутреннюю и внешнюю частоты процессоров, а также напряжение питания задают соответствующие контакты процессора. Некоторые материнские платы, используя эти контакты, позволяют изменять значения частотных множителей процессоров. В качестве примеров можно привести платы Abit KT7 и Soltek SL-KV75+, которые и были использованы для демонстрации возможности разгона процессоров AMD Athlon и Duron через изменение частотных множителей.

Основные параметры материнских плат

Soltek SL-KV75+

• Поддерживаемые процессоры: AMD Athlon (Thunderbird) и AMD Duron.
• Процессорный разъем Socket A (462 контакта).
• Стандартные значения тактовой частоты шины FSB — 100 МГц.
• Overclocking: через DIP-переключатели — 100, 103, 105, 110, 112, 115, 120, 124, 133.3, 140, 150 МГц, через BIOS Setup — 100, 103, 105, 112, 115, 120, 124 МГц.
• Напряжение на ядре: 1,5-1,85 В с шагом 0,25 В.
• Установка множителя: через DIP-переключатели.
• Чипсет: VIA Apollo KT133 (VT8363+VT82C686A).
• Оперативная память: до 768 Мбайт в 3 DIMM (168 p, 3,3 В), частота — 100/133 МГц
• BIOS: Award Plug and Play BIOS.
• Видео: AGP 1X/2X/4X.
• Аудио: AC'97.
• Средства ввода/вывода (I/O): 2 порта IDE (до 4 устройств UltraDMA/66/33), разъемы PS/2 для подключения клавиатуры и мыши, 1 floppy-порт, 1 параллельный порт (EPP/ECP), 2 последовательных порта, 2 порта USB (+2 доп.) и т. д.
• Слоты: 1 AGP (Pro), 5 PCI, 1 ISA.
• Форм фактор: ATX (305x220 мм).

Abit KT7

• Поддерживаемые процессоры: AMD Athlon (Thunderbird) и AMD Duron.
• Процессорный разъем Socket A (462 контакта).
• Стандартные значения тактовой частоты шины FSB — 100 МГц.
• Оverclocking: через BIOS Setup — 100, 101, 103, 105, 107, 110, 112, 115, 117, 120, 122, 124, 127, 133, 136, 140, 145, 150, 155 МГц.
• Напряжение на ядре: 1,1-1,85 В с шагом 0,25 В.
• Установка множителя: через BIOS Setup.
• Чипсет: VIA Apollo KT133 (VT8363+VT82C686A).
• Оперативная память: до 1,5 Гбайт в 3 DIMM (168 p, 3,3 В) PC100/133 SDRAM, частота — 100/133 МГц.
• BIOS: Award Plug and Play BIOS.
• Видео: AGP 1X/2X/4X.
• Средства ввода/вывода (I/O): 2 порта IDE (до 4 устройств UltraDMA/66/33), разъемы PS/2 для подключения клавиатуры и мыши. 1 floppy-порт, 1 параллельный порт (EPP/ECP), 2 последовательных порта, 2 порта USB (+2 доп.) и т. д.
• Слоты: 1 AGP, 6 PCI, 1 ISA.
• Форм фактор: ATX (305x230 мм).

Средства тестирования

• Тестовые программы: WinBench 99 (CPUmark 99 и FPU WinMark);
• Материнская плата: Soltek SL-KV75+ и Abit KT7;
• ОЗУ: 128 Мбайт PC100;
• Видеоадаптер: Asus AGP-V3800 TV (видеочипсет TNT2, видеопамять 32Мбайт);
• Процессор: AMD Athlon 700 МГц и AMD Duron 600 МГц;
• Жесткий диск: IBM DPTA-372050 (20 Гбайт, 2 Мбайт кэш-памяти, UDMA/66);
• Мощность источника питания: 250 Вт;
• ОС: Windows 98 Second Edition.

Средства охлаждения

В качестве кулера был использован TITAN TTC-D2T, обеспечивающий эффективное охлаждение процессоров AMD. Контроль за вентилятором выполняется встроенными средствами hardware monitoring микросхемы VT82C686A.

Контроль за температурой процессора осуществляется с помощью термодатчиков (гибкого у SL-KV75+, жесткого у KT7) материнской платы и средств hardware monitoring.

Разгон процессоров через повышение частоты FSB

В случае использования платы Soltek SL-KV75+ выбор тактовой частоты процессорной шины осуществляется с помощью одного из двух DIP-переключателей, выделенных на фото материнской платы SL-KV75+, и через BIOS Setup. Для Abit KT7 выбор частоты выполняется из BIOS Setup. Плата Abit KT7 показала более высокие результаты. Тактовую частоту шины процессора при использовании этой платы удалось повысить до 115 МГц. Поэтому ниже представлены результаты разгона процессоров через увеличение частоты шины лишь для платы Abit KT7.

Разгон процессоров через изменение множителей

Частотный множитель у процессоров AMD Athlon (Thunderbird) и AMD Duron зафиксирован, однако материнские платы Soltek SL-KV75+ и Abit KT7 обеспечивают возможность его изменения. Но все не так просто. Разрекламированная возможность касается только первых выпусков процессоров. С некоторого момента фирма AMD ограничила данную возможность. Для новых процессоров сигнальные линии, ответственные за изменение частотного множителя оказались перерезанными. Однако, к счастью энтузиастов разгона, данная процедура выполняется фирмой AMD над мостиками L1, выведенными на поверхность процессора. Замкнув перерезанные мостики, можно восстановить утерянные возможности изменения частотного множителя. Это можно сделать с помощью мягкого, острозаточенного карандаша (M2-M4), затирая перерезанные мостики L1 на процессоре. При этом необходимо избегать замыкания соседних мостиков. Результаты процедуры продемонстрированы на следующих фотографиях, на которых представлены фрагменты процессора AMD Duron.

Достоинством данного метода является возможность быстрого восстановления товарного вида процессора с помощью ватного тампона и спирта.

Используемый процессор AMD Athlon (Thunderbird) не нуждался в процедуре восстановления, что можно проследить на фото.

После восстановления разорванных мостиков на процессоре AMD Duron изменение частотного множителя возможно средствами материнских плат.

Выбор значения частотного множителя процессора при использовании материнской платы Soltek SL-KV75+ осуществляется с помощью соответствующего DIP-переключателя (выделено на фото платы Soltek SL-KV75+).

И здесь следует отметить следующие особенности материнской платы Soltek SL-KV75+. В документации на эту плату сообщается, что свечение светодиода сигнализирует о возможности использования средств изменения частотного множителя. Однако светодиод горел даже при использовании процессора с перерезанными мостиками L1 на процессоре. Следующая особенность связана с использованием DIP-переключателя. В процессе разгона выяснилась невозможность установки некоторых значений частотного множителя. Вероятно, секрет заключается в комбинациях DIP-переключателя, повторяющихся для некоторых значений множителя. Таким образом, на этой плате удалось установить лишь 3 рабочих значения множителя для процессора Duron 600: 6, 6,5 и 8.

Подобных особенностей лишена материнская плата Abit KT-7, у которой выбор параметров разгона выполняется средствами BIOS Setup. В связи с этим, здесь будут рассмотрены лишь результаты, полученные на плате Abit KT7.

Результаты разгона, а также выбранные режимы представлены в таблицах и на диаграммах.

Разгон при помощи увеличения частоты шины и множителя

Необходимо отметить, что максимальные уровни производительности достигаются выбором оптимальных значений для тактовой частоты шины процессора при соответствующих значениях частотных множителей.

Результаты разгона процессоров на обеих платах представлены ниже.

Здесь максимальная производительность достигается при максимальном множителе и максимальной частоте шины.

На плате Abit KT7 удалось достичь более значительных результатов — частота процессора увеличилась более чем в полтора раза. Максимальная производительность в целочисленных вычислениях достигается при режиме 896 МГц = 115 МГц * 8, а в вычислениях с плавающей точкой — при частоте 910 МГц.

Следует отметить, что для достижения высоких значений частот было невозможно обойтись без повышения напряжения питания ядра процессора и цепей ввода/вывода. В следующей таблице указаны режимы, в которых осуществлялось повышение напряжений питания.

Некоторые попытки разгона процессора были неудачными: не проходил начальный тест (POST), не загружалась операционная система или же компьютер зависал во время прохождения теста. Варианты, при которых хотя бы проходил POST, описаны в следующей таблице. Из представленных данных следует, что в большинстве случаев проблема нестабильной работы могла быть решена путем повышения напряжения питания процессора. Очевидно, что повышением напряжения питания ядра можно было бы добиться еще большей частоты работы процессора. Однако это повышает риск выхода его из строя.

Ниже представлены данные по разгону процессора Athlon. Несмотря на то, что процессор Athlon удалось разогнать лишь до частоты 825 МГц, достигнуто существенное повышение производительности системы.

При подготовке статьи были использованы материалы книги "PC: настройка, оптимизация и разгон". 2-е изд., перераб. и доп., — СПб.: BHV — Петербург. 2000. — 336 с.