Теорія та практика розгону процесорів Intel Skylake по шині BCLK

Торішнє оновлення процесорної мікроархітектури в особі Intel Skylake не принесло ніяких сюрпризів у плані росту продуктивності десктопних рішень, і ми одержали вже звичні 5-10% переваги над минулим поколінням. Але при анонсі оверклокерських моделей був помічений дуже цікавий момент: Intel Core i5-6600K і Intel Core i7-6700K одержали не тільки розблокований множник, але й можливість змінювати частоту базового тактового генератора без втрати стабільності. Цей факт подарував надію ентузіастам на відродження масового розгону процесорів, з самого початку не орієнтованих на оверклокерську аудиторію. Але чуда не відбулося, і Intel заблокувала таку можливість у звичайних моделях. Благо, це обмеження виявилося тільки на програмному рівні, і в середині грудня новинні стрічки технічних ресурсів заповнили повідомлення про те, що знайдений спосіб розгону моделей платформи Socket LGA1151 без індексу «K». Даний факт неодноразово підтвердився й при нашому практичному знайомстві з новою апаратною платформою, у чому можна самостійно переконатися на сторінках нашого ресурсу.

Але за вашими проханнями ми знову вирішили повернутися до дуже цікавої теми розгону неоверклокерських процесорів Intel Skylake, присвятивши їй окремий матеріал. Спробуємо узагальнити всю накопичену інформацію й дати практичні рекомендації з оптимізації параметрів системи. І найголовніше відповісти, чи є в цьому всьому практична цінність, що особливо актуально, враховуючи не найбільш сприятливу економічну ситуацію в країні. Усі експерименти будуть проводитися на прикладі моделі Intel Core i7-6700. Даний процесор люб'язно наданий нашим партнером − інтернет-магазином PCshop.ua, де його ж можна й купити приблизно за $380.

Трохи історії

Що таке розгін або оверклокінг? Під цим поняттям слід розуміти набір методів, які дозволяють працювати компонентам комп'ютера на частотах, вищих за заводські. Головна мета розгону – одержати максимум продуктивності з наявного «заліза». Зараз це заняття цілком можна назвати тривіальним. Будь-який користувач вільно може купити підходящу материнську плату, процесор із розблокованим множником і за пару кліків розігнати його. Немає відчуття азарту й задоволення від проробленої роботи. Але так було далеко не завжди.

На зорі свого зародження розгоном займалися винятково добре підготовлені технарі, використовуючи паяльник, перемички й інші апаратні модифікації. Якщо коротенько, то весь процес оптимізації зводиться до збільшення тактової частоти процесора, яка є добутком двох параметрів – множника та базової частоти. А оскільки в більшості випадків змінювати множник не можна, то доводиться оперувати значеннями шини. Це стало можливим завдяки тому, що моделі однієї серії відрізняються тільки частотою. Тобто після виготовлення партія процесорів проходить ряд тестів, за гіршими результатами яких вона й маркується. Так ми й одержуємо одні моделі з тактовою частотою, наприклад, 300 МГц, а інші − 700 МГц. Але не всі екземпляри такі невдалі. Наприклад, їх навмисно можуть сповільнювати через необхідність розширення асортименту лінійки, тому при наявності необхідних знань цю прикру несправедливість можна виправити. При цьому ми одержуємо продуктивність старшої моделі при мінімумі витрат. Хіба це не прекрасно?

Зокрема, можна згадати 1998 рік і популярні процесори Intel Celeron 300 і Intel Celeron 333. При рекомендованій ціні в $150 і $192 відповідно, у розгоні вони давали фору Intel Pentium II 450 вартістю $669. Так, у такому випадку зростає ризик вивести з ладу пристрій, але це було в минулому й відбувалося через погане охолодження, недосконалі методи захисту та невміння самого користувача вчасно зупинитися на досягнутому. Зараз же прогрес досягнув такого рівня, що у вас навряд чи вийде «спалити» процесор.

По-справжньому золотою ерою оверклокінгу можна вважати вихід першого покоління процесорів Intel Core під Socket LGA775 в 2006 році. Сам розгін став куди зручнішим. Для цього було достатньо налаштувати необхідні параметри в BIOS материнської плати або просто скористатися спеціальними утилітами під ОС. Улюбленцями ентузіастів стали молодші моделі Intel Pentium E5xxx і Intel Core 2 Duo E7xxx, які у вмілих руках обходили своїх більш дорогих побратимів Intel Core 2 Duo E8xxx або навіть Intel Core 2 Quad. До речі, навіть зараз деякі моделі Intel Core 2 Quad і їхні серверні аналоги Intel Xeon трудяться в системних блоках користувачів. Завдяки наявності чотирьох фізичних ядер і хорошому розгінному потенціалу вони дозволяють побудувати ігрову систему початкового рівня (за сучасними мірками).

У цей же період оверклокінг стає дійсно масовим явищем, а не просто способом заощадити гроші. Він перетворюється навіть у спортивну дисципліну завдяки популярному ресурсу HWBOT. Суть змагань проста – одержати максимальний результат у бенчмарках (3DMark, PCMark, Cinebench, Super PI і так далі) та зафіксувати його за допомогою процесу валідації. При цьому використовуються топові комплектуючі й екстремальні методи охолодження (системи фазового переходу, рідкий азот і сухий лід). Такому стану речей сприяли й самі виробники «заліза», які стали активно випускати продукцію, спеціально розраховану на оверклокінг. Але таке роздолля тривало не дуже довго. Усвідомивши, що розгін стає дуже популярним, компанія Intel вирішила заробляти й на ньому.

Останніми процесорами, які легко розганяють (по шині) є моделі для Socket LGA1156 (мікроархітектура Intel Nehalem), які побачили світ у далекому 2009 році. Наступні рішення втратили таку можливість (починаючи з мікроархітектури Intel Sandy Bridge для Socket LGA1155), оскільки опорна частота процесора (BCLK) стала жорстко пов'язана з усіма вузлами CPU (процесорними ядрами, кеш-пам'яттю останнього рівня, вбудованим графічним ядром, кільцевою шиною, контролером пам'яті, шинами PCI Express і DMI). Тому навіть незначна її зміна (вище 104-107 МГц) приводила до нестабільної роботи системи.

Для ентузіастів виробник підготував дві оверклокерські моделі: Intel Core i5-2500K і Intel Core i7-2600K. Процесори одержали розблоковані множники, за допомогою яких і формується тактова частота. Але також зросла ціна цих рішень у порівнянні зі звичайними версіями. Тобто, хочеш розганяти – плати більше. Пропуск у світ оверклокінгу став доступний тільки для заможних користувачів і втратив свій початковий зміст.

Так, можна згадати доступний двоядерний Intel Pentium G3258 (Socket LGA1150, мікроархітектура Intel Haswell) з розблокованим множником, але це одиничний випадок. 

Однак з виходом шостого покоління Intel Core ситуація змінилася, і тепер з'явилася можливість розганяти процесори, які не належать до K-серії, хоча вона й активно не вітається виробником ЦП. Про це більш докладно в наступному розділі нашої статті.

Розгін процесорів Intel Skylake без індексу «К» у теорії

У процесорах Intel Skylake інженери виділили шину PCI Express і чіпсет в окремий домен, частота якого залишається фіксованою, незалежно від змін BCLK.

Базова частота залишилася жорстко зв'язана тільки із внутрішніми вузлами CPU: процесорними ядрами, кеш-пам'яттю останнього рівня, вбудованим графічним ядром, кільцевою шиною й контролером пам'яті. Благо, останні відмінно працюють на підвищених частотах. Тобто в новій платформі можна здійснювати розгін не тільки маніпуляціями із множником, але й шляхом підвищення BCLK.

Це підтвердилося й при першому знайомстві з оверклокерськими моделями. Але з якоїсь причини Intel заблокувала можливість розгону у звичайних процесорах, і навіть незначні зміни базової шини не увінчалися успіхом. Технологія одержала назву «BCLK Governor». Але, як уже писалося вище, обмеження носить не апаратний характер, і воно «лікується» на програмному рівні. Для цього достатньо оновити мікрокод материнської плати.

Результати не змусили себе довго чекати. Оверклокер під ніком «Dhenzjhen» розігнав процесор Intel Core i3-6320 із заблокованим множником з номінальних 3,9 ГГц до 4,955 ГГц. Для цього він використовував материнську плату SuperMicro C7H170-M зі спеціальною версією BIOS. Незабаром і інші виробники випустили оновлені версії BIOS, але тільки для материнських плат на флагманському чіпсеті Intel Z170. Рішення на Intel H110, Intel H170 і Intel B150 залишилися обділеними, хоча, зважаючи на все, ніяк перешкод цьому не повинно бути. Швидше за все, виробники вирішили підстьобнути продажі тільки більш дорогих моделей, а шкода. Примітно, що лише компанія ASRock розмістила в себе на офіційному сайті спеціальні версії мікрокоду. Інші вендори – ASUS, BIOSTAR, GIGABYTE, EVGA і MSI − поширюють їх через оверклокерські форуми, побоюючись негативної реакції компанії Intel. Як виявилося, для цього були причини. І незабаром компанія Intel підтвердила небажання допускати розгін звичайних процесорів лінійки Intel Skylake. Незважаючи на це, дотепер у мережі можна спокійно знайти необхідні версії BIOS, які продовжують з'являтися з виправленнями і доповненнями. Так що тут повний порядок.

Але не все так просто, як здається на перший погляд. І при розгоні неоверклокерських процесорів по шині виникає ряд нюансів і обмежень:

• Припиняють роботу енергозберігаючі технології, і процесор завжди функціонує на максимальній частоті при граничній напрузі живлення. Технологія Intel Turbo Boost також стає неактивною.
• Моніторинг температур процесорних ядер починає видавати некоректні дані.
• Відбувається відключення інтегрованого в процесор графічного ядра.
• Швидкість виконання AVX/AVX2-інструкцій знижується в кілька разів.

Втім, не варто передчасно розстроюватися. Досвідчені оверклокери і так радять відключати всі додаткові технології: Intel Turbo Boost, Intel Enhanced SpeedStep і енергозберігаючі стани C-states, оскільки будь-які коливання множника та напруги можуть негативно позначитися на стабільності системи в розгоні. Моніторинг температур можна виконувати за датчиком упаковки процесора (CPU Package), наприклад, використовуючи утиліту HWiNFO. Відключення вбудованого відео мало кого засмутить, оскільки більшість оверклокерів мають дискретну відеокарту.

Єдиний дійсно неприємний момент – падіння швидкості виконання AVX/AVX2-інструкцій. І це дуже дивно, враховуючи, що оверклокерські моделі позбавлені цього недоліку й відмінно розганяють по шині. А по суті вони нічим не відрізняються від звичайних, крім розблокованого множника і дещо більшої частоти. Можна припустити, що це знову програмне обмеження. В основному AVX/AVX2 використовуються в прикладних програмах, таких як кодування відео, 3D-моделювання й деякі графічні редактори. Більшість повсякденних програм, у тому числі й ігри, практично не використовують AVX-інструкції. Виключенням можна вважати GRID Autosport і Dirt Showdown, але як показує практика, нічого критичного в цьому немає. Достатньо згадати процесор Intel Pentium G3258, який взагалі позбавлений підтримки векторних інструкцій, але це не заважає його власникам грати в сучасні ігри.

Підготовка до розгону по BCLK

Як ви вже могли зрозуміти зі сказаного вище, для розгону по шині підходять абсолютно всі процесори покоління Intel Skylake: від Intel Celeron до Intel Core i7. Але найбільший практичний інтерес становлять молодші моделі кожної лінійки, оскільки при мінімальній ціні розгін їм дозволяє легко наздоганяти і навіть обходити за рівнем продуктивності більш дорогих старших побратимів. У цьому можна самостійно переконатися в оглядах Intel Core i3-6100 і Intel Core i5-6500. Для наочності наведемо список найцікавіших моделей для розгону у вигляді зведеної таблиці:

Але крім підходящого процесора, знадобиться материнська плата на чіпсеті Intel Z170. У нашому випадку їх буде цілих три: ASUS MAXIMUS VIII RANGER, ASUS Z170-P D3 і ASUS Z170-P. Для чого так зроблено? Спробуємо на їхньому прикладі з'ясувати, чи зможемо ми одержати гідний розгін на доступних платах або все-таки для цього знадобляться спеціалізовані рішення. Та й розганяти ми будемо далеко не найпростіший процесор – Intel Core i7-6700. Якщо плати впораються із ним, то з яким-небудь Intel Core i3 і поготів. Перед початком експериментів потрібно знайти необхідний BIOS для вашої материнської плати й прошити його. Для цього ми заглянули на HWBOT у відповідний розділ форуму.

Тепер можна переходити безпосередньо до підготовчих налаштувань.

• Для початку заходимо в UEFI BIOS і в розділі «Advanced\CPU Configuration» встановлюємо опцію «Boot Performance Mode» у значення «Turbo Performance», а в підрозділі «CPU Power Management Configuration» вимикаємо «Intel Turbo Boost», «Intel Enhanced SpeedStep» і енергозберігаючі стани C-states, вибираючи значення «Disabled».
• Далі заходимо в розділ «Extreme Tweaker» або «Ai Tweaker» (залежно від виробника материнської плати назви можуть бути різними) і переводимо опцію «Ai Overclock Tuner» у режим «Manual». У цьому випадку ми одержимо повний доступ до зміни всіх параметрів на власний розсуд.
• Слідом фіксуємо максимальний множник усіх ядер процесора в пункті «1-core Ratio Limit».
• Щоб оперативна пам'ять не стала обмеженням при розгоні, за допомогою пункту «DRAM Frequency» виставляємо її частоту на кілька пунктів нижче номіналу, оскільки при зміні шини буде рости і її частота.

На всі налаштування BIOS материнських плат можна глянути на відео нижче:

Налаштування BIOS ASUS MAXIMUS VIII RANGER для розгону Intel Core i7-6700

Налаштування BIOS ASUS Z170-P D3 для розгону Intel Core i7-6700

Налаштування BIOS ASUS Z170-P для розгону Intel Core i7-6700 

Тепер можна переходити безпосередньо до самого розгону процесора Intel Skylake non-K. Сам процес досить простий і зводиться до підвищення частоти шини (BCLK Frequency) і поступового збільшення напруги, що подається на процесор (CPU Core Voltage Override).

Як правильно підібрати частоту? Нагадаємо, що частота процесора розраховується за формулою:

CPU Freq = CPU Ratio × CPU Cores Base Freq

Допустимо, ми хочемо, щоб наш Intel Core i7-6700 із множником «x34» працював на частоті 4400 МГц. Для цього ми ділимо 4400 / 34 і одержуємо BCLK рівним 129 МГц. Те ж саме правило діє й для інших процесорів. Для зручності наведемо значення BCLK для досягнення типових частот 4500 − 4700 МГц для раніше розглянутих процесорів:

При цьому потрібно стежити за температурою й перевіряти стабільність системи після розгону.

Давайте більш докладно зупинимося на допустимих значеннях напруг і температури. Досвідчені оверклокери вважають безпечним для повсякденного використання поріг в 1,4-1,45 В. Але, враховуючи не кращий термоінтерфейс під теплорозподілювальною кришкою процесора, ми б радили значення ближче до 1,4 В. Якщо ви плануєте розганяти оперативну пам'ять, то необхідно звернути увагу ще на три важливі параметри:

• CPU VCCIO Voltage (VCCIO) – напруга на вбудованому в процесор контролері пам'яті. Радиться не перевищувати значення 1,10 В.
• CPU System Agent Voltage (VCCSA) – напруга на системному агенті й інших контролерах, вбудованих у процесор. Радиться не перевищувати значення 1,20 В.
• DRAM Voltage (Vdram) – напруга живлення на модулях оперативної пам'яті. Умовно безпечним можна вважати значення до 1,4 В.

Для більш детального ознайомлення з можливостями кожної опції пропонуємо відвідати наш довідник з налаштувань BIOS.

Тепер щодо температури. Якщо компанія Intel вказує значення T_CASE=71°C, це означає, що максимально допустима температура в інтегрованому теплорозподілювачі (IHS) процесора, яку можна вимірювати тільки зовнішнім датчиком, досягає 71°С. Механізм же пропуску тактів (троттлінг) вмикається при досягненні 100°C за даними внутрішніх датчиків ядер. Тому, грубо кажучи, показник T_CASE на рівні 71°С можна вважати рівносильним 100°С внутрішніх датчиків ядер.