Sicher übertakten

Prozessoren
Sicher übertakten
Was sich lohnt, und wovon man die Finger lassen sollte
Übertakten ist kein Hexenwerk: Hier ein wenig den FSB erhöhen, dort die Spannung, schon läuft der Prozessor auf einer höheren Taktfrequenz als vom Hersteller vorgesehen. Nicht selten werden allerdings Gefahren unterschätzt: Bei einer zu hohen Spannung gerät die
Verlustleistung des Prozessors außer Kontrolle, aber auch andere Komponenten im Rechner, wie das Mainboard oder das Netzteil, können
bei unglücklichen Settings schneller Schaden nehmen, als dem Anwender lieb sein kann. Wir überprüfen, welche Einstellungen überhaupt
sinnvoll sind und für welche es sich lohnt, die teure Hardware zu riskieren.
von D.Bode
Da sitzt nun also der neue Wunschprozessor im Sockel, aber das System ist immer noch nicht schnell
genug: Gründe für ein Übertakten
des Systems gibt es viele, beispielsweise der Leistungsbedarf
einiger Killerapplikationen wie dem
Videoschnitt, der puren Rekordjagd
oder dem Übertakten des Systems,
damit das neue Lieblingsspiel noch
halbwegs flüssig läuft. Im Gegensatz zu älteren Mainboards unterstützt mittlerweile jedes günstige
Einsteigerboard das Übertakten
per FSB, viele bieten auch Spannungserhöhungen im Bios an.
Wem nicht klar ist, was er dort
verändert, sollte lieber die Finger
davon lassen: Ein schlecht gekühlter Prozessor kann mit zu hoher
Spannung überhitzen, die Überhitzung führt letztendlich entweder zu
einer kürzeren Lebensdauer oder
im schlechtesten Fall sogar zum
sofortigen Tod des Prozessors.
In diversen Übertaktungsartikeln haben wir bereits beschrieben, wie man einen Prozessor
übertaktet: FSB oder Multiplikator
werden angehoben, wenn der
Prozessor nicht mehr stabil arbeitet, hilft eine höhere Spannung.
8 - Hardwareluxx - 4/2007
In diesem Artikel widmen wir uns
aber nun dem Sinn oder Unsinn
des Übertaktens: Welche Einstellungen kann man getrost auf dem
Standardwert belassen, welche
Einstellungen bieten hingegen eine
deutliche Performancesteigerung?
In diversen Tests haben wir zudem
versucht herauszufinden, wann
das Übertakten für den Anwender
zu einer teuren Erfahrung werden
kann, wenn die Hardware gefährdet wird.
Die Garantie
Die Garantie erlischt in jedem Fall:
Der Prozessorhersteller validiert
seine Produkte für eine bestimmte Frequenz mit einer bestimmten
Spannung. Hierbei beachtet der
Hersteller nicht nur die Abwärme,
die innerhalb der Spezifikation bleiben muss, sondern auch Aspekte
wie die Haltbarkeit und Lebensdauer der Siliziumchips. Wie jegliches
elektrisches Material, altern auch
Prozessoren bei höheren Temperaturen schneller. Deshalb ist der
Prozessorhersteller bemüht, beim
Design des Prozessors ein optimales Verhältnis zwischen CPU-Takt,
Spannung und Lebensdauer zu
finden. Bei einem Mobilprozessor
wird dabei eher die Leistungsaufnahme im Vordergrund stehen, bei
einem Serverprozessor eher die
Rohperformance.
Der Anwender kann sich diese Validierung nun zu Nutze machen: Viele Prozessoren bieten
die Möglichkeit, weit über der vom
Hersteller vorgesehenen Frequenz
zu arbeiten. Allerdings sollte klar
sein, dass dies nicht im Sinne
des Herstellers ist, denn durch
Variieren der Spannung und des
Taktes kann die Lebensdauer leiden. Deshalb obliegt das Risiko
beim Übertakten dem Anwender:
Eine durch Übertaktung zerstörte
CPU wird kein Prozessorhersteller austauschen und gegen eine
neue ersetzen. Wer übertaktet,
sollte demnach sehr vorsichtig vorgehen - und immer im Hinterkopf
behalten, dass die teure - eventuell
mehrere hundert Euro teure - CPU
unter Umständen nicht mehr lange
halten könnte.
Gefährdet sind allerdings
nicht nur der Prozessor, sondern
auch andere Komponenten im
System: Wird beispielsweise durch
eine starke CPU-Übertaktung das
Netzteil überlastet, könnte durch
einen Netzteilschaden auch die
Grafikkarte oder das Mainboard in
Mitleidenschaft gezogen werden.
Die Devise:
Nicht übertreiben!
Beachtet man einige Grundregeln, kann beim Overclocking
trotz weiter vorhandenem Risiko
wenig schiefgehen: Wer die Temperaturen der Komponenten im
Blick behält und gar nicht oder
nur mäßig an den Spannungen
verstellt, wird sich länger an seinem schnelleren Rechner erfreuen
können, als wagemutige User. Wer
sich mit seinem moderaten Übertaktungserfolg zufrieden gibt und
nicht ans Limit geht, wird meistens
auch von einem Defekt verschont.
Wichtigstes Tool eines Übertakters
ist deshalb auch der Mainboardmonitor zum Überwachen der verschiedenen Temperaturen und die
Vernunft, zum einen nicht extrem
zu übertakten, zum anderen aber
auch zu Standardeinstellungen zurückzukehren, wenn die Leistung
gerade einmal nicht benötigt wird.
Prozessoren
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Gefährlich: Sämtliche Komponenten eines Systems können durch
Überhitzung in Mitleidenschaft
genommen werden, insbesondere
der Prozessor. Durch hohe Spannungen steigt auch die Leistungsaufnahme extrem an und stellt
hohe Herausforderungen an das
Netzteil.
Das spart nicht nur Strom, sondern
verlängert auch die Lebenszeit der
Komponenten.
Prozessor-Empfehlungen
Zum Übertakten sind aktuell die
Core2-Modelle besonders geeignet: Selbst mit den kleineren Modellen erreicht man gute Taktraten.
Welche Taktraten in der Regel
möglich sind, haben wir in der unten stehenden Tabelle aufgelistet:
Nach unseren Erfahrungen und
Beobachtungen wird für einen Takt
von mehr als 3,0 GHz eine leichte
Spannungserhöhung nötig, ab 3,6
GHz muss man sich um die Kühlung größere Gedanken machen
und eine Wasserkühlung einsetzen. Taktraten von über 4 GHz sind
nur sehr selten und nur mit bereits
im Standardbetrieb hochgetakteten Modellen (Xeon DP 3060/3070,
Core2 Duo E6600, Core2 Extreme
X6800) zu erreichen, meistens ist
dann auch eine noch extremere
Kühlung (Vapochill) oder sogar
nur ein kurzfristiger Betrieb durch
Kühlung mit Trockeneis oder LN2
möglich.
Zu beachten ist, dass aufgrund der Abwärme und der Anzahl
der Kerne Dual-Core-Prozessoren
in der Regel etwas höher getaktet
werden können, als Quad-CoreProzessoren: Während mit etwas
Glück bei einem X6800 mit einer
Wasserkühlung 4,0 GHz möglich
sind, ist dieser Takt bei einem
QX6700 eine richtige Herausforderung. In der Regel ist Quad-CoreOverclocking also deutlich schwieriger zu realisieren.
Ein guter Tipp zum Übertakten ist zum einen der E4300 als
kleinster Core2-Prozessor. 3,0
GHz lassen sich mit einer etwas
erhöhten Spannung (z.B. 1,4 V)
und guter Luftkühlung erreichen.
Wer etwas mehr Takt erreichen
und auch 4 MB L2-Cache verwenden möchte, liegt mit dem E6600
richtig.
Mainboard-Empfehlungen
In diversen Mainboard-Tests haben
wir die Eignung zum Overclocking
feststellen können: Empfehlenswert ist zur Zeit der P965-Chipsatz,
wenn ein extrem hoher Front-SideBus verwendet werden soll, weiterhin eignet sich der Chipsatz auch
zum Übertakten von Quad-CoreProzessoren. NVIDIAs nForce
680i SLI und 650i SLI ist hingegen
eher für Anwender zu empfehlen,
die auch ein SLI-System einsetzen möchten und den Core2 Duo
übertakten. In Verbindung mit dem
Core2 Quad konnten wir keinen
hohen FSB einstellen.
Empfehlenswert sind beispielsweise Mainboards wie das
ASUS P5B-E Plus aus unserem
letzten Test, welches ohne große
Spannungserhöhung der North­
bridge über 500 MHz FSB erreichte. Ein noch höherer FSB ist
Glückssache: Die meisten Mainboards erreichen zwischen 400
und 500 MHz. Aus diesem Grund
haben wir in der unten stehenden
Tabelle diesen Bereich separat
gekennzeichnet: Wer in diese
Taktregionen vorstoßen will, muss
auch ein qualitativ hochwertiges
Mainboard besitzen.
Viele Mainboards bieten dabei nicht nur Spannungsveränderungen für den Prozessor an,
sondern auch für die Northbridge
und den FSB des Prozessors.
Diese beiden Spannungen können
helfen, das System auch bei einem
hohen FSB zu stabilisieren. Die
Spannungswerte für I/O-Geräte
oder die Southbridge sowie die
Taktpotential aktueller Intel Core2-Prozessoren
Multiplikator
FSB
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sensationell“, Empfehlung
6
7
8
9
10
11
12
266 MHz
1600 MHz
1866 MHz
2133 MHz
2400 MHz
2666 MHz
2933 MHz
3200 MHz
300 MHz
1800 MHz
2100 MHz
2400 MHz
2700 MHz
3000 MHz
3300 MHz
3600 MHz
333 MHz
2000 MHz
2333 MHz
2666 MHz
3000 MHz
3333 MHz
3666 MHz
4000 MHz
366 MHz
2200 MHz
2566 MHz
2933 MHz
3300 MHz
3666 MHz
4033 MHz
4400 MHz
400 MHz
2400 MHz
2800 MHz
3200 MHz
3600 MHz
4000 MHz
4400 MHz
4800 MHz
433 MHz
2600 MHz
3033 MHz
3466 MHz
3900 MHz
4300 MHz
4733 MHz
5200 MHz
466 MHz
2800 MHz
3266 MHz
3733 MHz
4200 MHz
4666 MHz
5133 MHz
5600 MHz
500 MHz
3000 MHz
3500 MHz
4000 MHz
4500 MHz
5000 MHz
5500 MHz
6000 MHz
533 MHz
3200 MHz
3733 MHz
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4800 MHz
5333 MHz
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Hardwareluxx - 4/2007 - 9
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Prozessoren
Was bringt ein hoher FSB?
Durch einen hohen Prozessortakt erreicht man eine hohe Performance,
aber auch durch einen höheren FSB kann die Leistung eines Systems
gesteigert werden. In welcher Form sich eine Erhöhung des FSBs auf die
Leistung auswirkt, haben wir getestet, indem wir den Takt des Dual-CoreProzessors auf 3,2 GHz festgesetzt haben, aber den FSB variiert haben.
Ermittelt wurden folgende Ergebnisse:
Speicherbandbreite (Sisoft Sandra 2007)
Settings mit DDR2-800 4-4-4-12
Performance in MB/s
FSB: 266 MHz, Multiplikator: 12
5809
FSB: 291 MHz, Multiplikator: 11
6132
FSB: 320 MHz, Multiplikator: 10
6638
FSB: 356 MHz, Multiplikator: 9
7063
FSB: 400 MHz, Multiplikator: 8
7605
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Gesamtperformance (Index aus Cinebench, Quake4, 3DMark06)
Settings mit DDR2-800 4-4-4-12
Performanceindex
FSB: 266 MHz, Multiplikator: 12
1,00
FSB: 291 MHz, Multiplikator: 11
1,00
FSB: 320 MHz, Multiplikator: 10
1,01
FSB: 356 MHz, Multiplikator: 9
1,01
FSB: 400 MHz, Multiplikator: 8
0,99
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Wie man sehen kann, steigt die Leistung zwar minimal an, allerdings trotz
extrem höherer Speicherbandbreite nur unterdurchschnittlich. Dies liegt
daran, dass zum einen die Timings des Chipsatzes durch den Mainboardhersteller bei einem höheren Takt entschärft werden, um diesen noch stabil liefern zu können, zum anderen aber auch der Speichertakt eine große
Rolle spielt. Um dies zu demonstrieren, haben wir die oberen Ergebnisse
mit DDR2-1066 statt DDR2-800 und identischen Timings wiederholt:
Speicherbandbreite (Sisoft Sandra 2007)
Settings mit DDR2-1066 4-4-4-12
Performance in MB/s
FSB: 266 MHz, Multiplikator: 12
5846
FSB: 291 MHz, Multiplikator: 11
6335
FSB: 320 MHz, Multiplikator: 10
6874
FSB: 356 MHz, Multiplikator: 9
7411
FSB: 400 MHz, Multiplikator: 8
8072
2000
4000
6000
8000
10000
Gesamtperformance (Index aus Cinebench, Quake4, 3DMark06)
Settings mit DDR2-1066 4-4-4-12
Performanceindex
1,00
FSB: 291 MHz, Multiplikator: 11
1,01
FSB: 320 MHz, Multiplikator: 10
1,01
FSB: 356 MHz, Multiplikator: 9
1,02
FSB: 400 MHz, Multiplikator: 8
0,98
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Ein höherer FSB bringt also gerade dann mehr Performance, wenn auch
der Speichertakt erhöht werden kann. Jedoch liefern viele Mainboards
(z.B. P965, i975X) gerade bei einem erhöhten FSB keinen stabilen Betrieb mehr mit Taktraten über 1000 MHz für den Speicher. Das im Test
verwendete ASUS Striker Extreme hatte hiermit keine Probleme, auch
lässt sich hier ohne Rücksicht auf den FSB ein Speichertakt von 1066
MHz fest einstellen. Allerdings bricht auch hier die Performance ab 400
MHz FSB ein.
Sieht es mit einem Quad-Core-Prozessor anders aus? Auch hier haben wir die selben Benchmarks durchgeführt. Während sich die Speicherbandbreite kaum ändert, erhielten wir folgende Resultate in den Benchmarks:
Gesamtperformance (Index aus Cinebench, Quake4, 3DMark06)
Settings mit DDR2-1066 4-4-4-12
Performanceindex
FSB: 266 MHz, Multiplikator: 12
1,00
FSB: 291 MHz, Multiplikator: 11
1,01
FSB: 320 MHz, Multiplikator: 10
1,02
FSB: 356 MHz, Multiplikator: 9
1,02
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Ein Quad-Core-Prozessor profitiert zwar minimal mehr von einem höheren FSB, insgesamt fallen die Unterschiede aber auch hier kaum auf.
10 - Hardwareluxx - 4/2007
Spannungen für die Anbindung der
North- und Southbridge kann man
in der Regel auf einem Standardwert belassen.
Nicht vernachlässigen sollte
man den Speichertakt, denn in Zusammenarbeit mit dem FSB verändert sich auch dieser. Ein Blick auf
die Spannung und Frequenz der
Speichermodule kann helfen, um
ihn als Fehlerquelle auszuschließen. Speichermodulen sollte man
nicht mehr als 2,4 V Spannung
zuführen, wobei auch hier die Temperatur bereits im Blick gehalten
werden muss. Notfalls hilft ein Lüfter über den Speichermodulen, um
Frischluft zuzuführen.
Die Kühlung
0
FSB: 266 MHz, Multiplikator: 12
Unterschiede: Im Voltage-Monitor lassen sich die tatsächlichen Spannungen ablesen, die teilweise von den Settings deutlich abweichen.
In vielen Foren ist oft die Frage zu
lesen, wie heiß der Core2 Duo werden darf. In vielen Datenblättern
findet man dabei den Wert „Thermal Specification“. Für den Core2
Quad Q6600 ist dieser Wert auf
62,2°C festgelegt. Er beschreibt
jedoch nur die zulässige maximale Temperatur in der Mitte des
Headspreaders (sog. Tcase), nicht
aber die Kerntemperatur des Prozessors (Tjunction). Diese zeigen
die meisten Tools an, sie liegt z.B.
laut CoreTemp bei Core2-QuadProzessoren bei ca. 100 °C, bei
Core2-Duo-Prozessoren um 85 °C.
Sicher ist man mit dem folgenden
Trick: Man nehme einen tendenziell fürs Overclocking nicht geeigneten Kühlkörper wie den Intel-Boxed-Kühler, prüfe mit diesem die
Temperatur unter Last. Anschließend wechselt man zu einem fürs
Overclocking gut geeigneten Kühler, wie einem der Testsieger aus
dem letzten Heft und übertaktet
dann den Prozessor, bis die Temperatur des schlechteren Kühlers
erreicht ist.
Im Bios sollte auf jeden Fall
der Thermal Monitor 2 als Schutzfunktion aktiviert sein. Wenn dieser
aktiv ist, kontrolliert Tcontrol die
Temperatur des Prozessors und
taktet ihn herunter, wenn der Prozessor zu warm wird. Zusätzlich
wird die Spannung abgesenkt, um
die Abwärme zu minimieren. Der
Prozessor gibt den Befehl über das
PROCHOT#-Signal ans Mainboard
weiter. Diese Sicherheitsfunktion
bietet aber nur bis zu einer gewissen Grenze einen wirksamen
Schutz gegen das Überhitzen.
Gerade wenn die Spannung zu
hoch ist, ist die Spannungsabsenkung über den Thermal Monitor 2
oftmals nicht groß genug, um die
Temperatur in sichere Bereiche zu
senken. Dann droht dem Prozessor der Hitzetod.
Durch den Einsatz von guter
Wärmeleitpaste können ein paar
Grad Temperatur weniger erreicht
werden, wichtig ist hier jedoch,
dass der Heatspreader des Prozessors hauchdünn bedeckt ist,
um keine isolierende Wirkung entstehen zu lassen.
Einstellungssache
Häufig laufen Prozessoren mit einer
leicht erhöhten Spannung bereits
auf deutlich höheren Frequenzen.
Möchte man hingegen noch weiter
übertakten, sind überproportionale
Spannungssteigerungen notwendig, um noch ein paar MHz mehr
Prozessortakt zu erreichen. In unseren Tests zeigte ein Core2 Extreme QX6700 beispielsweise ein
sehr gutes Übertaktungsverhalten
bis 3,6 GHz bei 1,45 V Spannung,
für 200 MHz mehr waren schon
1,55 V, für glatte 4 GHz sogar 1,75
V Spannung nötig. Hier ist es sinnvoll, sich nicht dem maximal möglichen, stabilen Takt zu nähern,
sondern bei einer Frequenz von
3,6 bis 3,8 GHz zu bleiben.
Auch beim FSB muss nicht
bis ans Limit gegangen werden.
Wie unsere Tests in diesem Artikel
zeigen, macht es eher Sinn, den
Speichertakt zusammen mit dem
FSB auf ein akzeptables Niveau
Prozessoren
Skalierung von Core2-CPUs
Der Leistungsgewinn, den man durch die Takterhöhung erhält, steigt nicht
linear an: Der Grund ist in den restlichen Komponenten des Systems zu
suchen, die nicht im selben Maße übertaktet werden. Gerade Spiele profitieren nur dann von einem höheren Prozessortakt, wenn das Spiel nicht
die Grafikkarte stark belastet, sondern die CPU. In der folgenden Übersicht haben wir anhand von den vier Applikationen SuperPi, Cinebench
(stark CPU-lastig), sowie Quake4 (niedrige Auflösung, stark CPU-lastig)
und 3DMark 2006 (stark GPU-lastig) aufgelistet, um welchen Prozentsatz
sich die Performance bei jedem Multiplikatorschritt (266 MHz) im QuadCore- und Dual-Core-Betrieb verändert.
Leistungszuwachs pro 266-MHz-Schritt - Dual-Core
Taktfrequenz
1600 MHz CPU-Takt
Massive Kühlung: Wer höhere Spannungen einstellen möchte, sollte
auch an eine Wasserkühlung denken - sogar für die Northbridge.
zu erhöhen. Wenn die Chipsatzoder Speicherspannung massiv erhöht werden muss, um noch einen
stabilen Betrieb zu gewährleisten,
sollte man auch hier lieber einen
höheren Multiplikator wählen und
einen niedrigeren FSB einstellen.
Einige Mainboards zeigen dabei
sogar den Effekt, dass die Chipsatztimings alle 50 MHz entschärft
werden, um noch einen höheren
Takt liefern zu können: Dann bringt
eine weitere Erhöhung des FSBs
aus leistungstechnischer Sicht
nichts mehr.
In zwei kleinen Tests prüften
wir auch die Abwärme, die durch
Erhöhung der Spannung bei Chipsätzen und Speicher entstehen.
Während die Spannungserhöhung
beim nForce 680i SLI knapp 12 Watt
von 1,2 auf 1,55 V beträgt, schlägt
die Zunahme des Verbrauchs bei
zwei Speichermodulen mit 9 Watt
zu Buche, wenn die Spannung von
2,1 auf 2,4 V erhöht wird. Zwar sind
diese gemessenen Unterschiede
im Vergleich zur Leistungsaufnahme der CPU oder einer Grafikkarte
gering, bei schlechter Kühlung wirken sich allerdings auch 10 Watt
negativ auf die Lebensdauer eines
Mainboards oder eines Speicherriegels aus.
Der Leistungsgewinn
Den größten Leistungsgewinn erhält man natürlich über eine Steigerung der CPU-Taktfrequenz.
Besitzt man einen Prozessor mit
offenem Multiplikator (Core2-Extreme-Modelle), lässt sich mit einer
Anhebung desselben die Frequenz
sehr einfach steigern. Als positiver
Begleiteffekt ist nur die CPU-Spannung anzuheben, da am FSB oder
Speichertakt keine Veränderungen
vorgenommen werden.
Die meisten Anwender werden hingegen einen Prozessor
mit einem festen Multiplikator einsetzen, der nur nach unten hin offen ist (z.B. bei einem Core2 Duo
E6700 von x10 bis x6). Dann bleibt
nur der Weg, den FSB anzuheben.
In der Taktpotential-Tabelle kann
man allerdings erkennen, dass
mit ca. 400 MHz FSB schon hervorragende Taktsteigerungen zu
erreichen sind, mit einem Core2
Duo E6700 wird bereits die 4-GHzGrenze überschritten.
Erst im Anschluss macht es
Sinn, sich einem höheren FSB
durch Absenken des Multiplikators und weiteres Anheben des
FSB-Taktes zu widmen. Auch ein
Übertakten des Speichers ist erst
dann sinnvoll. Generell wird man
allerdings z.B. durch das Übertakten der Grafikkarte einen größeren
Leistungsschub bekommen.
In Zahlen ausgedrückt bleibt
Overclocking trotz Risiko die beste
Möglichkeit, mit einer Einsteigeroder Mittelklasse-CPU die Leistungswerte aktueller Topmodelle
zu erreichen - oder mit den aktuellen Topmodellen den einen oder
anderen Benchmarkrekord aufzustellen.
Leistungszuwachs pro 266 MHz
-
1866 MHz - Steigerung: 16,6%
13,4 %
2133 MHz - Steigerung: 14,3%
11,9 %
2400 MHz - Steigerung: 12,5%
9,7 %
2666 MHz - Steigerung: 11,1%
7,4 %
2933 MHz - Steigerung: 10,0%
6,1 %
3200 MHz - Steigerung: 9,1%
5,9 %
3466 MHz - Steigerung: 8,3%
4,8 %
3733 MHz - Steigerung: 7,7%
4,0 %
4000 MHz - Steigerung: 7,1%
3,9 %
0
3
6
9
12
15
12
15
Leistungszuwachs pro 266-MHz-Schritt - Quad-Core
Taktfrequenz
1600 MHz CPU-Takt
1866 MHz - Steigerung: 16,6%
Leistungszuwachs pro 266 MHz
13,2 %
2133 MHz - Steigerung: 14,3%
11,2 %
2400 MHz - Steigerung: 12,5%
10,0 %
2666 MHz - Steigerung: 11,1%
6,9 %
2933 MHz - Steigerung: 10,0%
6,4 %
3200 MHz - Steigerung: 9,1%
5,0 %
3466 MHz - Steigerung: 8,3%
4,8 %
3733 MHz - Steigerung: 7,7%
3,8 %
4000 MHz - Steigerung: 7,1%
3,4 %
0
3
6
9
Zwei Effekte sind deutlich zu erkennen: Bei der Steigerung der Taktfrequenz in den unteren Taktregionen erreicht die Core2-Architektur fast eine
komplette Umsetzung der Taktsteigerung in Performance: Bei 16,6%iger
Taktsteigerung wird eine 13,4 bzw. 13,2%ige Steigerung der Leistung erreicht - das entspricht einer Effizienz von etwa 80%. In den höheren Taktbereichen hingegen wird nur noch eine 50%ige Effizienz erreicht.
Beim Vergleich Quad-Core vs. Dual-Core wird sichtbar, dass der
Quad-Core-Prozessor zwar minimal schlechter skaliert, sich die Werte
aber trotz im Vergleich suboptimalerer Anbindung über den FSB kaum
unterscheiden. Dies spricht gegen ein monolithisches Design, welches
gerade bei der Skalierung über mehrere Kerne Vorteile haben sollte.
Der E4300-“BSEL-Mod“
Auf einigen Mainboards lässt sich bei einem Core2-Duo-Prozessor mit
800 MHz FSB (E4300 und E4400) nur ein maximaler FSB von 265 MHz
(1060 MHz) einstellen. Über den „BSEL-Mod“ lässt sich dies umgehen.
Zwei Pins auf der Rückseite des Prozessors müssen mit Silberleitlack
geschlossen werden. Wie es geht, zeigt der Luxxlink 01263.
Hardwareluxx - 4/2007 - 11
Prozessoren
Leistungsaufnahme als Problem
Wenn ein Prozessor auf höherer Taktfrequenz laufen soll und nicht mehr
stabil ist, hilft die Erhöhung der Spannung. Allerdings wirkt sich dies quadratisch auf die Leistungsaufnahme des Systems aus, da gilt:
Power = C * V² * f + Leakage
C ist hierbei eine Konstante, die für jeden Prozessor einzigartig ist. Ersichtlich ist jedoch aus dieser Formel, dass sich die Spannung (V) quadratisch auf den Gesamtverbrauch auswirkt und auch die Frequenz (f)
einen Einfluss besitzt. Zudem nimmt bei aktuellen Prozessoren auch die
Leakage bei einer höheren Spannung zu, so dass bei einer Erhöhung
der Spannung sehr vorsichtig vorgegangen werden muss. Um zu demonstrieren, welche Abwärme entsteht, haben wir die Stromaufnahme
eines Dual- und Quad-Core-Prozessors bei 2,66 GHz mit unterschiedlichen Spannungen dargestellt. Eingesetzt wurden beide Prozessoren in
einem SLI-System mit zwei GeForce 8800 GTX, als Anwendung kam
Cinebench 2003 zum Einsatz:
Auch eine Erhöhung der Taktfrequenz führt zu einer höheren Leistungsaufnahme, allerdings nicht mit derart bedenklichen Auswirkungen. In den
unteren beiden Grafiken haben wir die Leistungsaufnahme im Idle- und
Lastbetrieb bei 1,5 V Spannung aufgelistet:
Stromaufnahme Dual-Core
idle
load
1600 MHz CPU-Takt
Gesamtsystem
365,6
381,4
1866 MHz CPU-Takt
371,6
390,5
2133 MHz CPU-Takt
375
395,2
2400 MHz CPU-Takt
380,7
401,1
2666 MHz CPU-Takt
380,7
405,6
2933 MHz CPU-Takt
383,1
411,1
3200 MHz CPU-Takt
389
416,9
3466 MHz CPU-Takt
392
422,4
3733 MHz CPU-Takt
400,3
429,1
Leistungsaufnahme in Watt
0
Stromaufnahme Dual-Core
Gesamtsystem
idle
load
1,0 V Spannung
302,1
315,1
1,1 V Spannung
311,6
320,4
1,2 V Spannung
318,6
329,4
1,3 V Spannung
324,6
339,0
1,4 V Spannung
333,1
349,4
1,5 V Spannung
346,0
366,4
1,6 V Spannung
370,9
394,3
1,7 V Spannung
391,0
413,9
1,8 V Spannung
433,0
466,9
100
200
300
Gesamtsystem
400
500
idle
load
1600 MHz CPU-Takt
397,5
458,9
idle
load
1,0 V Spannung
301,7
334,0
1,1 V Spannung
309,3
347,5
1,2 V Spannung
316,0
362,3
1,3 V Spannung
336,0
382,0
1,4 V Spannung
342,5
413,4
1,5 V Spannung
362,1
447,3
1,6 V Spannung
391,3
494,3
1,7 V Spannung
424,7
547,3
1,8 V Spannung
486,3
635,0
Leistungsaufnahme in Watt
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Nicht verwunderlich ist, dass gerade der Quad-Core aufgrund seiner doppelten Anzahl an Prozessorkernen unter Last und mit hoher Spannung
extrem viel verbraucht. Da hier nur 2D-Last getestet wurde, ist der erreichte Wert von 635 Watt komplett der CPU zuzurechnen. Im Vergleich
zum Verbrauch mit 1,0 V im Idle-Betrieb genehmigt sich die CPU also
fast 335 Watt mehr. Geht man von einer Netzteil-Effizienz von 80% aus,
muss die Kühlung also ungefähr 270 Watt Wärme abführen. Dies war in
unseren Tests nur noch mit einer Wasserkühlung und einem Titan-Durchlaufkühler zu erreichen.
Für den dauerhaften Betrieb ist eine Spannung über 1,5 V nicht zu
empfehlen: In der Grafik lässt sich gut ablesen, dass mit Spannungen
über 1,5 V die Leistungsaufnahme exponentiell zunimmt. Empfehlenswert sind beim Übertakten Spannungen von 1,4 bis 1,5 V mit Luftkühlung,
Spannungen bis 1,6 V sollten nur mit Wasserkühlungen oder Extremkühlungen eingestellt werden. Auch darf bei diesen Spannungen nicht
vergessen werden, dass die feinen Siliziumstrukturen im Chip nicht für
derart hohe Spannungen designed wurden - so waren Northwood-Prozessoren dafür bekannt, dass die Prozessoren durch Elektromigration
oft durchbrannten.
Nicht vergessen werden dürfen auch die Herausforderungen an das
Netzteil. Werden im nichtübertakteten Zustand bei einem Quad-CoreSystem mit SLI ca. 400 Watt verbraucht, sind es im übertakteten Zustand
über 600 Watt (siehe Netzteiltest). Wenn dann auch noch die Grafikkarten übertaktet werden, kann ein Netzteil durchaus an seine Grenzen gebracht werden, wenn es nicht für die hohe Leistung ausgelegt ist. Insbesondere die unnormale Last auf der 12-V-Leitung des Mainboards macht
sich hier als Netzteil-Killer bemerkbar.
12 - Hardwareluxx - 4/2007
300
400
500
1866 MHz CPU-Takt
397,9
472,1
2133 MHz CPU-Takt
398,2
487,5
2400 MHz CPU-Takt
398,7
495,3
2666 MHz CPU-Takt
399,5
503,2
2933 MHz CPU-Takt
401,2
510,4
3200 MHz CPU-Takt
402,8
521,4
3466 MHz CPU-Takt
404,3
530,5
3733 MHz CPU-Takt
404,3
540,6
Leistungsaufnahme in Watt
0
Stromaufnahme Quad-Core
Gesamtsystem
200
Stromaufnahme Quad-Core
Leistungsaufnahme in Watt
0
100
100
200
300
400
500
600
Ein derart starker Anstieg wie bei der Erhöhung der Spannung ist hier
nicht ersichtlich, allerdings steigt auch hier der Verbrauch deutlich an. Bei
Intels Core2 Extreme QX6700 konnten wir zwischen 1,6 und 3,73 GHz
einen Anstieg von immerhin 80 Watt feststellen. Dies erklärt auch, warum
Übertakten ohne Spannungserhöhung eigentlich recht unbedenklich ist:
Durch die nur geringfügig höhere Abwärme wird der Prozessor nur etwas
wärmer, diese zusätzliche Wärme können die meisten Kühlkörper ohne
Probleme aufnehmen und auch der Thermal Monitor 2 funktioniert hier
bei zu hoher Wärme zuverlässig.
Beim Übertakten muss man allerdings nicht nur die Leistungsaufnahme des Prozessors im Blick behalten. Oftmals ist für einen hohen
FSB auch eine Erhöhung der Chipsatzspannung nötig. Wir haben die
Leistungsaufnahme des nForce 680i SLI bei verschiedenen Spannungen
festgehalten:
Stromaufnahme nForce 680i SLI-Chipsatz
Gesamtsystem
idle
load
333,4
392
1,25 V Spannung
335
392,4
1,30 V Spannung
337,3
393
1,35 V Spannung
339,5
393,5
1,40 V Spannung
341
394,5
1,45 V Spannung
342,2
395,6
1,50 V Spannung
343,5
399
1,55 V Spannung
344,5
404,1
1,20 V Spannung
Leistungsaufnahme in Watt
0
100
200
300
400
500
Auch hier messen wir einen geringen Anstieg der Leistungsaufnahme,
allerdings hält diese sich mit ca. 10 Watt in Grenzen. Interessant ist der
Umstand, dass wir in der „Auto“-Einstellung beim ASUS Striker Extreme
Werte messen konnten, die auf dem Niveau der Spannung bei 1,55 V
lagen - ASUS fährt bei Standardeinstellungen also den Chipsatz bereits
mit deutlich erhöhter Spannung. Werte über 1,6 V konnten nicht eingestellt werden, es ist aber anzunehmen, dass die Abwärme sich auch hier
deutlich erhöht.
Ähnlich niedrige, aber für die getesteten Bauteile bedenkliche Anstiege der Abwärme, konnten wir bei der Speicherspannung und der
CPU-FSB-Spannung feststellen. Ein Speicherpärchen (2x 1 GB DDR2800) verbraucht beispielsweise 9,5 Watt mehr, wenn die Spannung von
2,1 auf 2,4 V angehoben wird.