Alla ricerca del record: progetto 5 GHz. Pubblicato: 07/01/2004. Da: Frank Völkel Bert Töpelt. Traduzione: Andrea Ferrario.

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1 Progetto 5 GHz: CPU a -192 gradi con l'azoto liquido Alla ricerca del record: progetto 5 GHz Info Articolo Progetto 5 GHz: CPU a gradi con l'azoto liquido Pubblicato: 07/01/2004 Da: Frank Völkel Bert Töpelt Traduzione: Andrea Ferrario Categorie: Processori, Guide Sommario: Sognate da sempre di raffreddare il vostro processore con l'azoto liquido? Abbiamo verificato se portando la temperatura della CPU a -196 C fosse possibile passare la barriera dei 5 GHz. Scoprite i nostri risultati da record! Nel periodo delle feste il gruppo di THG ha sperimentato un'esperienza molto interessante, rivolta all'overclocking estremo. Il nome in codice di questa esperienza, che ha richiesto molto lavoro e preparazione, è "The 5 GHz project".

2 Configurazione necessaria per il raggiungimento dei 5 GHz: un compressore raffredda il chipset e un raffreddamento ad azoto si occupa della CPU. Tentativo di record: progetto 5 GHz, continua

3 Solo l'azoto liquido può produrre il giusto raffreddamento per il nostro processore - in questa foto possiamo notare il container da 25 litri. Esperienze passate ci hanno convinto che sperimentazioni del genere potevano essere effettuate solo con piattaforma P4. Tuttavia, mentre preparavamo la piattaforma di test, non avevamo idea di che frequenza potevamo raggiungere. Il nostro ultimo record risale ad esattamente un anno fa, quando siamo riusciti a portare la piattaforma Intel Pentium 4/3.06 GHz a una frequenza operativa stabile di 4.1 GHz. Dopo alcuni giorni abbiamo mostrato come un AMD Athlon XP possa lavorare stabilmente a 2.8 GHz. La base per questi test è stato un sistema di raffreddamento a compressore di Chip-con adeguatamente modificato. Dieci mesi dopo, con la stessa configurazione, abbiamo cercato di overcloccare il primo processore desktop a 64 bit, l'amd Athlon64 FX, facendogli raggiungere i 2.8 GHz.

4 Un'immagine riguardante la fase di pre-test: non eravamo ancora certi della frequenza che potevamo raggiungere. Dissipazione del calore estrema: 1600 KW per metro quadrato Niente produce più calore per metro quadrato di un moderno processore. Non c'è nulla nella vita di tutti i giorni con cui si possa confrontare. Nel caso del nostro Intel Pentium 4 (la versione 3.2 GHz), la cui superficie è di 112 millimetri quadrati, la dissipazione termica raggiunge al massimo 84 watt. Per un semplice confronto, se la superficie del die fosse di un metro quadrato, la dissipazione termica sarebbe di 840,000. Un normale ferro da stiro raggiunge al massimo i 2000 watt su una superficie di circa 200 centimetri quadrati, quindi non più di 10 watt per centimetro quadrato. Il nostro processore P4 3.2 GHz scalda circa otto volte di più. La dissipazione termica aumenta esponenzialmente durante l'overclocking estremo. Nel passato abbiamo raggiunto un valore approssimativo di 135 watt, durante l'utilizzo di un compressore Chipcon e CPU alla frequenza di 4.1 GHz. Utilizzando il nostro raffreddamento ad azoto potevamo rompere la barriera dei 5 GHz, raggiungendo una dissipazione termica di 180 watt. Da questo punto di vista risulta chiaro quanto sia importante un efficiente metodo di raffreddamento, molto di più rispetto ai nostri precedenti esperimenti. Costruzione del dissipatore La costruzione di un dissipatore non è cosa semplice da fare. L'esperienza ci ha fatto capire che solo alcune aziende sono in grado di lavorare grossi pezzi di rame e di fare saldature di alta precisione. La testa del dissipatore deve essere in grado sostenere temperature di -196 C, mentre il processore scalda la superficie con alta dispersione. Solo la ditta Basche Kupferarbeiten aveva tutti i requisiti necessari per questo tipo di costruzione. In particolare, Mr. Christian Sirl si è molto impegnato per assicurare la perfetta costruzione della testa a contatto con la CPU.

5 Fase di costruzione della testa del dissipatore Rame: materiale con il quale è prodotto il dissipatore. Costruzione del dissipatore, continua Il dissipatore della cpu è formato da un tubo con pareti sottili e da una piastra di rame fissata alla base. Questo deriva da un dissipatore per Xeon di Cooler Master che abbiamo smantellato. Prima di questo abbiamo considerato diverse alternative, ma nessuna è sembrata più adatta di quella scelta.

6 La base del dissipatore: deriva da un dissipatore per processore Xeon, di Cooler Master Copper plate utilizzato in abbinamento con il dissipatore Cooler Master

7 Tubo in rame per l'azoto liquido Da questa immagine si può notare lo spessore finissimo del materiale. Costruzione del dissipatore, continua

8 Testa del dissipatore, proprio come la volevamo Ora tutto quello che rimane è una lucidatura della base per incrementare il traferimento del calore

9 Una carta abrasiva sottile è quello che ci vuole per ottenere l'effetto desiderato

10 La testa del dissipatore fissata alla motherboard Coibentazione per prevenire la condensa Senza un'adeguata coibentazione, la condensa si formerà molto velocemnte sul tubo in rame. Abbiamo sviluppato un metodo semplice ma efficace per prevenire la condensa. Rivestimento per il tubo

11 Protezione addizionale con un adesivo speciale Scanalatura per il fissaggio della CPU

12 Rivestimento applicato Coibentazione contro la condensa pronta 100 Ampere sui regolatori di tensione: modifiche all'asus P4C800-E Secondo le specifiche VRM [voltage regulator module], i regolatori di tensione di una motherboard moderna sono progettati per supportare una corrente massima di 90 ampere. Questa corrente è sufficiente per operazione normali - anche con un Pentium EE ( potenza dissipata di 94 watt).

13 Con il core ad un voltaggio di volt, la corrente erogata è di 63 ampere. Nel nostro tentativo di overclocking fino a 5 GHz, la potenza dissipata raggiunge i 180 watt - con core a voltaggio 1.88 e corrente erogata di 96 ampere. Uno sguardo ai regolatori di tensione di una Sus P4C800-E normale Uno sguardo alla modifica effettuata Sguardo laterale: caratteristiche standard

14 Sguardo laterlae: modifica Asus ha effettuato altri cambiamenti al socket della CPU. Le seguenti immagini mostrano le differenze tra una P4C800-E e la nostra motherboard modificata. Socket dell' Asus P4C800-E

15 Socket dell'asus P4C800-E modificata Rinforzo posizionato alla base del socket Doppio raffreddamento per Northbridge e CPU Prima di iniziare il test, abbiamo testato la capacità di caricoo di tutti i singoli componenti. Abbiamo posizionato il sistema su un pannello di polistirolo e lo abbiamo assemblato.

16 La configurazione per il primo tentativo con il tubo e la testa del dissipatore

17 Il nitrogeno non è ancora stato inserito..ora si

18 Container per il trasporto dell'azoto liquido Raffreddamento del Northbridge: Compressore Vapochill Abbiamo abbastanza familiarità con il sistema di raffreddamento Vapochill: è ottimo per incrementi di velocità moderati. Utilizza un piccolo compressore - come il suo rivale Chip-con (Nventiv) - ma consuma meno energia.

19 Preparazione per il posizionamento del dissipatore Vapochill sul Northbridge Testa del vapochill posizionata e fissata con delle fascette in plastica

20 L'unità di raffreddamento differenziata per CPU e Northbridge. Piattaforma pronta per il test. Record di overclocking con Intel Pentium 4: 5.25 GHz a -196 C

21 Questa è la velocità di clock raggiunta con il P4. Tuttavia, a questa velocità non è stato possibile effettuare benchmark. L'immagine qui sopra mostra il risultato ottenuto con questo overclock estremo. Abbiamo gradualmente aumentato il clock dell'fsb dai 200 MHz standard fino ai 310 MHz.

22 Dopo un'ora, si sono formati cristalli di ghiaccio su tutti i componenti vicini alla CPU. La temperatura del dissipatore è inferiore ai -190 C

23 Riempimento del contenitore Alta velocità: FSB a 330 MHz, memoria a 285 MHz (DDR550) Un'importante aspetto dell'overclocking è il rapporto tra velocità di FSB e memoria. Come rilevato nelle ultime settimane, in configurazione sincrona (FSB e memoria a frequenza identica), la

24 memoria DDR 550 disponibile può raggiungere al massimo 285 Hz. Siccome avevamo un processore P4 con moltiplicatore bloccato, è stato necessario incrementare la velocità di FSB per raggiungere i 5000 MHz. La velocità di bus raggiuntà è stata di 294 Mhz. Limite assoluto: Corsair DDR550 a 285 MHz in modalità CL3 DDR550 Corsair.

25 1 GB di memoria per overclocking estremo FSB clock rate a 330 MHz - e il sistema è stabile! Comportamento della CPU Un P4 standard da 3 GHz (FSB800) è progettato per un voltaggio di core di volt. La regola è che la qualità del segnale nella CPU si deteriora con l'aumentare della velocità. Aumentando la tensione, il comportamento dei transistor migliora rendendo possibili frequenze di clock elevate. Di conseguenza, incrementando il voltaggio, la potenza dissipata aumenta e il calore prodotto quadruplica. L'effetto è immediato: il processore diventa molto caldo e necessita di un'elevata potenza di dissipazione.

26 In laboratorio, abbiamo notato che un voltaggio superiore agli volt non contribuiva a rendere il sistema più stabile Conclusioni: GHz - Raffreddamento ad azoto liquido per un nuovo record Il nostro obiettivo per questo test era abbastanza ambizioso: il team di THG si era prefissato di raggiungere almeno i 5 GHz con il P4 selezionato. Nella fase iniziale del test abbiamo provato 10 differenti processori per testare il loro potenziale di overclocking. Abbiamo utilizzato una motherboard Asus (P4C800-E) modificata con dei regolatori di tensione più efficienti. La modifica effettuata, nel momento dell'overclock massimo, ci ha fatto registrare una corrente sui regolatori di tensione di 96 ampere, contro i 90 massimi ottenibili da una motherboard standard. Incrementando gradualmente la frequenza dell'fsb da 200 MHz (standard) fino a 309 MHz, abbiamo raggiunto la velocità record di 5255 MHz. Il moltiplicatore bloccato ha causato problemi su tutte le cpu provate: poteva essere regolato tra 2.0 e Questo significa che non si poteva selezionare la modalità sincrona tra FSB e memoria, dato che non esiste ancora nessuna memoria che riesca ad operare alla frequenza di 309 MHz. Per ovviare a questo problema, abbiamo selezionato un rapporto di 3:2 (FSB:Memoria), così da ridurre la frequenza della memoria a 206 MHz. Le memorie Corsair DDR550 selezionate per la prova, hanno però dato atto di poter funzionare correttamente fino alla frequenza di 285 MHz (CL3). Per confronto, se ci fossimo fermati a quella frequenza, la velocità della CPU sarebbe stata di 4875 MHz. Siamo quindi stati costretti a selezionare la modalità asincrona, perdendo circa il 15 % delle prestazioni. A pieno carico, la dissipazione del calore della CPU è arrivata a circa 175 watt, a una temperatura record di circa -190 C. Un'altra osservazione per i fan dell'overclock: il nostro sistema era completamente stabile fino alla frequenza di 4700 MHz. Il lavoro di squadra in questi test è molto importante.

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