Экстремальный разгон: Intel Kentsfield под жидким азотом

Как известно самым внимательным читателям, недавно прошла выставка Home Interactive Technologies 2006 в городе Санкт-Петербурге. Студия Topmods.NET представила ряд интересных конкурсов для посетителей и участников выставки, а также публично продемонстрировала экстремальный разгон с применением жидкого азота. Но прежде чем приступить к описанию технических достижений и результатов разгона, совершим небольшой экскурс в теорию экстремального разгона.

Большинство «продвинутых» пользователей если и занимается разгоном своих железных друзей, то с использованием штатного воздушного охлаждения. Те же, кого не устраивает шум вентиляторов, устанавливают системы водяного охлаждения, которые также способствуют лучшему разгону. Однако уже не первый год все рекордные показатели производительности достигаются только при использовании экстремальных методов. Наиболее доступный и распространенный из них – системы фреонового охлаждения, или в просторечии «фреонки». Существуют разновидности для охлаждения процессоров и видеокарт. Охлаждение этого типа позволяет получить на греющихся элементах компьютерного «железа» очень низкие температуры (где-то около 100 градусов Цельсия ниже нуля для самых мощных установок). Многие энтузиасты уже купили или самостоятельно изготовили себе «фреонки».
Теория экстрима

Более сильное охлаждение доступно только при использовании жидкого азота. Как известно из элементарной физики, кипящая жидкость отбирает тепло из окружающей среды и тратит его на кипение. Азот кипит при температуре -196 градусов Цельсия, поэтому если его налить в металлический сосуд, то стенки и дно последнего быстро охладятся до такой же температуры. На этом принципе и построено охлаждение компьютера с применением жидкого азота. На процессор и видеокарту устанавливаются специальные медные «стаканы», в которые наливается кипящий азот. Помещая в стаканы разное количество жидкого азота, можно грубо регулировать температуру на CPU или GPU. Кроме того, при разгоне с жидким азотом требуется постоянно его подливать, поэтому одному человеку одновременно следить за уровнем жидкости в стаканах и заниматься разгоном очень сложно. Обычно действует команда из двух участников: один занимается обеспечением охлаждения, подливая азот в стакан небольшими порциями, другой – разгоняет железо и проводит тесты. На выставке разгоном занимались оверклокеры TiN (Илья Цеменко) и xooler (Денис Ильин).

Однако далеко не каждое железо заработает при таких низких температурах, и это основная причина, почему нельзя просто купить самые быстрые комплектующие, заморозить их и получить мировой рекорд производительности. Разные электронные компоненты по-разному реагируют на холод, и если хоть одна деталь выйдет за допустимые пределы работы, то возникает большой риск, что железо выйдет из строя. Например, самая распространенная проблема – замерзание электролита внутри конденсаторов возле сокета. Если случится замыкание внутри конденсатора, он станет перемычкой, и несглаженное напряжение сразу попадет на процессор. Поэтому нужно хорошо понимать, как правильно производить экстремальный разгон, сведя к минимуму риск повреждения системы стоимостью не одну тысячу долларов. Так, в один из предварительных тестов «азотного» охлаждения с процессором Intel Pentium 4 661 во время разгона случилась ошибка, и неверно определилась частота шины при температуре процессора -96 градусов Цельсия.

В сети встречались и более диковинные случаи, когда процессор Pentium начинал называть себя Celeron, или вообще просто «Unknown CPU». Таким образом, экстремальных оверклокеров поджидает масса неожиданных моментов, и разница между обычным разгоном и экстремальным аналогична разнице между ездой на автомобиле по городу и гонке на специальном треке на специально настроенных и переделанных автомобилях.

На выставке HIT 2006 все желающие имели возможность своими глазами увидеть, как разгоняется компьютер при охлаждении жидким азотом. Многие даже смогли собственными руками почувствовать холод кипящего азота, когда он попадал на руки. Капельки быстро скатывались на пол и выкипали, не успев чересчур охладить поверхность кожи.
Тестовый стенд

    * Процессор: Intel Core 2 Extreme QX6700 «Kentsfield» (4 ядра, номинальная частота 2660 МГц);
    * Материнская плата: eVGA NVIDIA nForce 680i SLI;
    * Память: 2х1 Гб Kingston HyperX-2 8500 (5-5-5-15, чипы Micron D9GMH);
    * Видеокарта: NVIDIA GeForce 8800GTX (768 Мб, частоты штатные);
    * HDD: 2х74 Гб Western Digital Raptor (в массиве RAID-0);
    * Блок питания: Tagan 1100 Вт Quad-SLI.

Комплектующие

Для разгона был подготовлен специальный стенд из самого производительного железа, доступного на данный момент. Насколько нам известно, это был первый случай экстремального разгона новейшего четырехъядерного процессора Intel на территории СНГ. Эти процессоры непросто разгонять, так как, несмотря на один корпус и один сокет, фактически, это два процессора Core 2 Duo E6700. Четыре ядра позволяют получить дома возможности, которые ранее были доступны лишь в серверном сегменте. Простой пример: два ядра могут быть отведены для кодирования домашнего видео, а два других в это время могут обрабатывать 3D-графику в новейшей игре. Однако есть и сложности. Поскольку процессор состоит из двух отдельных кристаллов, то обмен между ними происходит с использованием общей шины и оперативной памяти. Это сильно замедляет некоторые операции, и обеспечивать стабильную работу такого тандема сложнее даже в штатном режиме. Чтобы обеспечить максимально надежную работу системы, была использована топовая материнская плата на чипсете NVIDIA nForce 680i SLI специально предназначенная для разгона и 4-ядерных процессоров Intel Core 2 Extreme. Выбор оперативной памяти пал на оверклокерские модули Kingston HyperX-2 из-за ручного отбора и гарантированной работы на частоте 1066МГц. Именно на этой частоте и работала память во время проведения всех тестов. Не поддается сомнению и тот факт, что новейшее железо потребляет невероятное количество электроэнергии и вполне способно заменить собой бытовой обогреватель или утюг.

За обеспечение качественного и стабильного питания отвечал блок питания Tagan мощностью 1.1 киловатта! От этого источника можно свободно запитать два мощных компьютера с массой винчестеров и несколькими видеокартам, имеется даже 4 разъема для питания PCI Express видеокарт. Особенно это актуально для тандема из двух NVIDIA GeForce 8800GTX, каждая из которых требует два разъема питания. К сожалению, все тесты по экстремальному разгону были проведены только с одной видеокартой ввиду отсутствия на момент проведения тестов достаточного количества образцов на территории СНГ.

Для обеспечения быстрой загрузки и записи результатов в качестве накопителей для хранения данных был использован массив RAID 0 из двух скоростных винчестеров Western Digital Raptor 74 Гб. Ведь во время загрузки операционной системы и тестов жидкий азот будет выкипать зря. Винчестеры этой серии – единственные настольные модели, диски которых вращаются со скоростью 10000 оборотов в минуту.
Предварительная настройка и разгон системы

При использовании штатного кулера Intel процессор в простое разогревался до температуры 48 градусов, что примерно на уровне тепловыделения предыдущего поколения двуядерных процессоров Pentium D и является неплохим достижением. Количество ядер удвоилось, а тепловыделение осталось примерно тем же. Такая рабочая температура не помешала разогнать каждое из его четырех ядер до 3000 МГц, таким образом, получился аналог двух процессоров Core 2 Extreme X6800, но в одном сокете. Стоит заметить, что разгон сначала осуществлялся поднятием множителя, благо линейка Core 2 Extreme позволяет это делать без ограничений. Такой метод разгона снижает нагрузку на материнскую плату и память, ведь они работают на своих номинальных частотах. Именно на частоте 3000 МГц и были произведены все настройки и установка ОС Windows 2003 SE SP1, которая считается одной из лучших для тестирования и разгона. Никаких специальных оптимизаций произведено не было. На материнскую плату и видеокарту были установлены последние версии, доступные на момент проведения разгона. Также было решено не разгонять видеокарту, чтобы увидеть, можно ли только с экстремально разогнанным процессором превзойти результат обычной полностью настроенной и разогнанной системы с применением воздушного охлаждения. Особенно это интересно, если учесть, что двуядерные Core 2 Duo в большинстве традиционных задач вроде игр оказываются быстрее равночастотных Core 2 Quad, из-за пока еще малораспространенной оптимизации программ под 4 ядра. Поэтому нашей основной задачей в разгоне стал разгон процессоров Core 2 Duo и Core 2 Extreme (Quad) до максимума, при этом система на двуядерном CPU тестировалась только на воздушном охлаждении, но в компенсацию этому GeForce 8800GTX в тестах была разогнана до частот 620/2100.
Разгон под фреоном

После начальной проверки всех комплектующих на стабильную работу задачей охлаждения процессора занялась «фреонка». Она представляла собой прототип серийной системы PhaseCool от Topmods.NET. Мощность установки позволяла замораживать любые современные процессоры до температуры 40 градусов ниже нуля. Конкретно тестовый процессор сигнализировал о температуре -38 градусов при простое. Во время нагрузки известной программой S&M версии 1.8.0 (справедливо прозванной в народе «Садомаза») температура процессора поднималась до -33 градусов. В итоге, при использовании такого охлаждения процессор был разогнан еще сильнее, до частоты 3733 МГц по каждому ядру, что уже составило внушительные 40% от номинала. Хороший результат разгона для первого четырехъядерного процессора за всю историю настольных компьютеров.

Стоит заметить, что в таком режиме система могла работать без перерывов и без дополнительного присмотра, что делает использование «фреонок» полезным для энтузиастов, желающих получать максимально производительные ПК, сохраняя традиционное удобство использования. На территории СНГ даже продаются компьютеры с уже установленными системами фреонового охлаждения процессоров.
Пытка жидким азотом

Но одно дело охладить процессор фреоном до -40, а совсем другое – использовать жидкий азот, который позволяет достичь температуры в четыре раза ниже. Были предприняты дополнительные меры защиты материнской платы. Вокруг сокета и с обратной стороны материнской платы был уложен специальный нагревательный кабель мощностью 25 Вт. Он служит для подогрева конденсаторов и поверхности платы, чтобы они не промерзали. На обратной стороне материнской платы также был проложен специальный пористый теплоизолирующий материал, подобный применяемому в кондиционерах – толщина платы небольшая, и под действием холода от стакана она промерзает насквозь. Вокруг сокета платы и чипсета также везде уложили теплоизолятор.

Следующий этап – установка медного стакана на процессор. Здесь важно обеспечить равномерный и плотный прижим массивного основания стакана к чипу. Ведь если допустить перекос и возникновение зазора – процессор останется совсем без охлаждения, что точно не пойдет ему на пользу. После запуска очень просто проверить надежность прижима – для этого достаточно зайти в BIOS и понаблюдать за температурой. Если она будет на уровне +35, и плавно будет расти в течение нескольких минут – значит все в порядке. После этого можно понемногу наливать азот в стакан. Температура резко упадет, и с этого момента можно приступать непосредственно к разгону.

Напряжение процессора в BIOS’е было установлено на максимум и составляло 1.8 В, что больше штатного в полтора раза. Использовать такое напряжение постоянно даже с фреоновым охлаждением опасно для процессора. Также было повышено напряжение на памяти до 2.35 В, чтобы гарантировать надежную работу при повышенной частоте. При использовании охлаждения азотом очень важно постоянно поддерживать нагрузку на процессоре. Это связано с риском переохлаждения процессора ниже температуры -130. Если температура опустится ниже этой границы, процессор будет сбоить и отказываться стартовать. Во время тестов несколько раз приходилось сливать азот со стакана и длительно отогревать комплектующие бытовым феном. Затем процедура установки стакана и разгона заново повторялась.

Множитель процессора был повышен до 14.0, шина поднята до 308 Мгц. Таким образом, итоговая частота после разгона составила 4311 МГц. Этот результат на 62% превышает штатную тактовую частоту и возможен только при использовании столь мощного низкотемпературного охлаждения. Стабильность системы, достаточная для прохождения популярных графических тестов Futuremark 3Dmark, была достигнута на частоте 4255 МГц, при этом результаты тестов можно просмотреть в итоговой таблице. На этой же частоте были пройдены тесты SuperPi mod 1.4, СineBench 2003 и некоторые другие.

Вместо послесловия

Остается заметить, что экстремальный разгон – это своеобразный спорт, на достижение наилучшего результата любыми средствами, и цена зачастую не имеет значения. Повторять все описанные эксперименты в домашних условиях может быть опасным не только для компьютерной начинки, но и для жизни экспериментатора и окружающих. Кроме того, с современным темпом развития электроники в этом нет большой необходимости, ведь достичь той же производительности можно, просто дождавшись выхода нового поколения процессоров. Intel с новой линейкой процессоров Core всем смогла продемонстрировать, как новая архитектура перечеркивает все достижения старой, и никакой разгон не в силах изменить эту ситуацию.