发挥性能极限-CPU超频的魅力

超频记录最早有Amiga 500的Motorola芯片从9MHz超到12MHz,英特尔80286从8MHz超到12MHz。那时的超频行为是顶尖技术高手才能做的事情。随着电 脑的普及和技术的进步,超频逐渐成为一种大众行为,Intel于1998年推出的赛扬300A处理器成为一时的经典——可以轻松将主频和性能提升50%, 而现在世界各地的高手更是不断把超频纪录推向顶峰。
CPU 体质如何是超频中最为核心的部分,大家都了解,同一系列的CPU一般都在相同的晶圆上切割下来,然后通过检测分别标示为不同频率及型号的产品。 晶圆纯度 越高直径越大,所生产的芯片性能越好良品率就越高。硅晶圆生产过程中,离晶圆中心越远就越容易出现坏点。因此从硅晶圆中心向外扩展,坏点数是呈上升趋势。 同时纯度越高,所生产出来的芯片瑕疵越少,频率越高。晶圆中心部分一般会用来作为最高端型号。由于品质最佳的产品可以运行在更高的频率上,并且需要电压更 低,发热量更小,同时产量也最小,是超频中的首选。
同时由于产能及市场需要等因素,在中低端CPU产品中,我们仍有可能发现这种超能力选手,这一般就是把高端产品标示为中低端型号。好超的CPU除了完全靠运气外,也可以从一些玩家的经验发现端倪:
Revision(版本)及Stepping(步进):
例如Intel Core 2 Duo桌面处理器Conroe的正式出货版本为B-2。一般在产品正是发布前Intel会有一些ES板发放的相关的评测室,而这种产品往往存在一些 BUG,例如某些Conroe ES版CPU被发现在特殊情况下,会导至Conroe处理器处于极高的资源使用率的问题。对于这种先期测试流出的Conroe测试样本,虽然价格便宜,但 一般并不适合普通用户或超频使用。
步进:
这个值一般会随着CPU的不断推出而更新,如果CPU有新的制程,工艺更新,其编号也会得到相应的更新当然也不是越新越好,但普遍的体质总是越后期工艺就会越有一个新的提高
生产周期及sSpec编号:
最下面一行即为周期编号,L625A254(注:e6300的经典极品超频编号),625代表是06年25周生产的,而A254则更像是批次的编号,也就是说周期相同,批次编号不同的CPU也存在不同的体质,只有同周期同批次编号的CPU的体质才比较接近。
一般来讲某些周期批次的产批会表现出突出的超频特性出来,在购买的时候,有条件的话可以优先考虑,不过往往这种产品很难寻找到,即便是拥有了也未必能达到理想的预期。因为在超频纪录中,专业朝频者的CPU甚至在上百颗产品中选拔,才能发现极品。
[超频主板指南]
主板方面,在超频使用后,稳定性将面临极大的考验,一般来讲,我们主要考虑几个方面
1.品牌口碑
品牌可以代表一个厂商的风格 ,对于超频而言,设计者背后丰富的经验将是产品超频性能的保证。从超频排行榜上使用主板的型号可以发现当前最为流行的超频利器,当然身边DIY玩家的建议也是非常好的参考。
2.做工用料
即便有了优秀的设计,也要以良好的主板做工及用料为基础。一般来讲,大厂的产品由于采用高档的全自动流水线来生产,一般在质量控制上是很有保证的。而用料 主要包括容、阻、感几大基本配件。表面上来看,要保证CPU、内存的高速稳定运行,供电部分最为重要。人们也非常关注CPU的供电相数。需要注意的是,供 电相数的多少并不一定直接代表供电的好坏。因为其中还牵扯多项协同工作以及选择什么电器性能的配件有关。当然,一般来讲由于更多供电相数的设计可以在一定 程度上缓解每一项的压力,更高的频率及功率压力下选择更多的供电相数是比较必要的。
3.元件布局
板卡上的大规模集成电路和电源部分的MOS管在工作时都会产生很多热量,而普通电解电容长期受到烘烤会加速老化,导致容量减小甚至完全失效。设计合理的板 卡总是将发热量较大的器件布置在散热条件较好的地方,并让对温度较为敏感的元器件与其保持适当距离。这样,板卡才能够长期稳定地工作,并获得更长的使用寿 命。绝大多数板卡的设计是合理的,但也不能排除个别板卡存在设计缺陷的可能性。
4.电容
在CPU 的供电电路中由于要求较高的滤波电容容量,因此普遍采用普通电解电容器作为滤波元件。理论上在电源滤波电路中使用容量越大的电容越容易获取更平滑的供电, 但由于板卡工作的频率较高,而普通电解电容内部是由导电箔卷曲而成的,要获取更大的容量必将增加导电箔的长度和宽度。这就会带来卷箔效应反而降低了电解电 容的滤波效果并增加普通电解电容在工作时的温度,影响该电路长期稳定可靠的工作。一般在设计上都适宜采用相对容量较小的电解电容多个并联以求达到较好的效 果。
[超频内存指南]
超频过程中,能够随着CPU频率的提升,对内存的要求也随之提高。以Conroe超频为例,使用965主板的用户较多,由于相对975芯片,P965最低 分频为1:1,因此外频提升对内存的压力很大。对于想超频至较高频率或使用较高外频,内存频率将是一个必须逾越的障碍。
在DDR 时代,BH5、TCCD这些明星已经退去。Micron D9颗粒从他们手中接过了接力棒。最初FAT body D9, 由使用110nm老式制造工艺,体型偏胖所以人们称之为大D9,一共分为D9DQT和D9DQW2种型号。DDR2 1000 CL=4-3-2-4以及DDR2 800 CL=3-2-2-3这些频率与时序成为当时的纪录,要知道这样的成绩是在04、05年生产的DDR2-400/533内存芯片上实现的。
而目前采用新工艺的小D9则挑起了大梁,比起大D9制造成本更低,其中D9GKX,D9GMH和D9GCT这三个型号比较好超。同样也是继承了fat body d9在高电压下有较高频率以及时序的传统。其中D9GKX和D9GMH更为出众。
Crucial、 CORSAIR、mushkin、Patriot、OCZ、GEIL等多家超频内存提供商均有使用小D9颗粒产品。需要注意的是,频率虽然重要,但也只是 建立在一定范围内,如果内存频率采用异步跑得比外频要高出一截,那么再提升频率的效果就不如缩短时序以减少延迟。也就是当FSB成为瓶颈之外,那时内存频 率的提升意义就不大了,不如优化时序。
关于内存散热片:
目前多数高端内存都带有金属散热片装置,这些辅助设备在导热及电子屏蔽方面都有一定的帮助。不过实际使用来看,散热效果比较突出的很少,因为长条的散热片 与颗粒紧密贴合对扣具的要求较高,并且一般均采用导热双面胶进行粘贴,在降低到热效果的同时又增加了更换散热片的难度。
很多情况下,反而使用一枚风扇进行吹风效果更好。因此现在高端的产品,开始使用热管及水冷方式加强散热效果,不过价格也是不菲。
由于现在内存厂商对于产品线的细分,想获得具有良好超频潜力的产品非常困难。所以想选择出色的内存基本要锁定一些专业厂商的高端产品。
[其他核心配件]
硬盘做为操作系统及测试软件的载体,当然也是越快越好。包括像Super Pi这种程序,在进行较高位Pi值计算时,首先要写不通的数据到硬盘上,这个部分磁盘操作会对运行的速度产生一些影响。可能有些人很快想到技嘉的i- RAM,不过速度快的同时开销也十分昂贵,不过组建RAID0系统是一个不错的办法。
电源对于普通用户,电源本着够用就好的原则为佳。但是作为超频使用,必须考虑到超频后消耗功率的增加,同时也要有一定的余量储备。
需要注意的是,目前电脑对电源的需求主要集中在12V,因此除了关注电源的额定功率外,也要注意12V的输出是否充足。提高12V的输出主要有两个三个方面:
1, 双(多)相12V输出
2, 采用主动PFC
OCZ在CES07大会中展示2千瓦PC电源,OCZ这款2千瓦PC电源采用外置式设计。
不过对于高端产品,其价格也高高在上。在电源电流输出达到极限的同时,价格也脱离市场。通过对比,两款中端产品的功率与价格更具优势,因此很多玩家利用两款电源组合,达到更好的性价比。
如果超频设置要保持在长时间运行,那么安置在一个优秀的机箱环境是十分必要的。除了基本的要求外,良好的通风与散热能力最为关键。
[超频散热器指南]
散热器的结构一般分两大部分:散热器本体,风扇。散热器本体所要做的工作分为三项:吸收热量、传递热量、散发热量。
所有这些内容均与导热有关,导热比较好的材料有纯银(418),纯(紫)铜(386),纯金(318),纯铝(220)等。从实际角度出发,紫铜与铝均为 较好材料。由于纯铝极易被氧化,并且硬度不够,因此实际中一般使用铝合金,不过此时导热率有一定的下降。总体来看铜具有较好的传热能力,铝合金具有较好的 散热能力,因此我们可以看到很多优秀的产品便采用铜底铝鳍的结构。
而在传到方面,由于热管的引入,其它方式黯然失色。热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管” 的传热元件,它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热 管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业,自从被引入散热器制造行业,使得人们改变了传统散热器的设计思路,摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果 的单一散热模式,采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机,同样可以得到满意效果,使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决,开辟了散热行业新 天地。
热管看似简单,实际上加工要经过1、机械加工---2、清洗---3、管芯制作---4、清洗---5、焊接---6、检漏----7、除气---8、检 漏---9、充装---10、封接---11、烘烤---12、检验等必要步骤,实际制造的时候往往能达到20,甚至上百道的工序。因此热管导热性能也与 加工的水平息息相关。
吸热需要有两个要点,具有一定热容积与紧密程度。第一点现在普遍使用一定质量的铜底来达到一定的吸热能力。而第二点除了底面平整和接触面足够压力外,不可避免的微小缝隙必须要由一种导热材料来填补,以防中间存在空气等热的不良导体。
Arctic Silver 5散热硅脂,使用99来纯银粉制造,用了三种不同形状和大小的纯银粉所造,不通电,容易使用,不会干涸,完全没有平价的釸.成分:超过88%的比重是纯银粉, 其余有少量Ceramique
热导系数:
>350,000W/m2 °C (0.001 英寸层面)
热阻抗:
0.0045°C-in2/Watt (0.001 英寸层面)
颗粒平均大小:
0.49 微米
适用温度范围:
极限: –50°C to >180°C 长期使用: –50°C to 130°C
需要注意Arctic Silver 5 需要最少 200 小时经过“break-in”过程,使粒子更大的接触面积在CPU 和散热器之间得到更好的散热 (如果无风扇或风扇转得慢时, 这个周期会更久)
[极限超频指南]
通过上面对一些散热原理的讨论,下面我们看一下更“酷”的散热方式。
俗成"大炮"容器的铜底做成了蜂窝状,是为了增加干冰或液氮和铜块的接触面积,这样能够加速沸腾,达到迅速制冷的目的。
固态二氧化碳,俗称干冰。为白色分子晶体;熔点-56.6℃(5.2´ 101325Pa),-78.477℃升华(101325Pa),密度1.56g/cm3(-79℃);具有面心立方晶格。在室温下,将二氧化碳气体加压 到约60´ 101325Pa时,当一部分蒸气被冷却到-56℃左右时,就会冻结成雪花伏的固态二氧化碳。固态二氧化碳的气化热在-60℃时为364.5J/g,在常 压下气化时可使周围温度降到-78℃左右,并且不会产生液体,所以叫“干冰”。
干冰与一种挥发性液体(如乙醚、丙酮或三氯甲烷等)组成的混合物,可形成-77℃左右的低温浴。低温液体可以更好的与蒸发皿相接触,提供更好的散热性能。 不过由于实验环境安全方面考虑,一般使用无水乙醇比较合适。使用无水乙醇与干冰可将温度降至-60摄氏度以下
液氮的一些物化参数
熔点(℃): -209.8
沸点(℃): -195.6
相对密度(水=1): 0.81(-196℃)
相对蒸气密度(空气=1): 0.97
饱和蒸气压(kPa): 1026.42(-173℃)
临界温度(℃): -147
临界压力(MPa): 3.40
溶解性: 微溶于水、乙醇。
液氮是非常理想的制冷材料,并且价格适中,并且大量存在于空气中。液氮的价格在几千元/每吨。不过由于其特殊性,对存储介质要求较高,因此普通容器并不能保存较长时间。存储容器的价格随着容积和保存天数的增加而增高,从几千元到上万元不等。
采用上面两种措施散热,最重要的就是保温措施要得当,防止主板等配件结露。
[电压与频率]
超频所导致的系统不稳定,主要是由于集成电路中部分晶体管电平不足—这是问题的症结所在。那么,只要提高芯片供电电压,就能使信号电平拉回到有效电平区 域。稍微提升一点供电电压不仅不会摧毁CPU,反而还能让CPU重新回到正常状态。但它并不总是有效的,当频率提升过多,供电电压无论提升到多么高,都无 济于事;其次,由于升高频率和提升电压两种因素都导致CPU耗电更多,发热量更大,有可能使CPU发生不可恢复的故障。因此,提高系统稳定性不过是个表面 现象。
通常CMOS最高允许工作电压是为了保障集成电路不会因为击穿或过热而烧毁,而最低允许工作电压的意义是为了保障集成电路能够正常运行。事实上,对于 CPU 内的电子元件来说, 不论是二极管,三极管,电阻,电容等等,两端加的电压比额定电压小是绝对不会损伤这些器件的。唯一需要考虑的是他们是否能够得到足够的电压和电流去正常工 作。
在这里再提一个和电压有关的超频话题——降压超频。实际上,更低的工作电压不但是人们一直追求的结果,也是制造工艺提高所带来的必然后果。往往都是制造工艺更好的CPU才能工作在更低的电压下。
工作电压的降低受到半导体材料性能的限制,使用二氧化硅的物理极限为4个分子层,目前的技术已经接近这个极限。最近Intel 45nm工艺的推出,带来的新的材料技术及突破.
需要能够达到较高的主频及外频,对CPU和北桥等关进配件增加电压是必需的。为了达到更高的频率,往往还需要进行主板改造。如著名的P5B-DELUXE主板,达到500MHz甚至更高的外频,需要对北桥供电部分进行修改达到加至2V以上的电压。
[总结]
超频的盛行也逐渐聚集起的庞大消费群体,同时玩家的需求也渐渐衍生出为超频服务的技术、产品和行业。为超频而生的硬件和软件层出不穷,超频CPU、主板、 散热器、制冷设备、超频软件、性能测试软件等等均是相关的产品。而相应产品也造就出的经典:Barton2500 +、CIII 1.0、升技NF7、磐正8RDA+、Alpha8045、SuperPI、SpeedFan、Prime95等等为人们所熟知。相应的软硬件超频书籍和 网上经验交流更是随处可见。而这些内容也是网站争相报道的内容,我们这篇文章也只是抛砖引玉,希望能够让一些玩家能够了解超频的世界。

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