TESTOVÁNÍ MEZÍ PROVOZUSCHOPNOSTI PROCESORŮ

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA FAKULTA INFORMATIKY TESTOVÁNÍ MEZÍ PROVOZUSCHOPNOSTI PROCESORŮ BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Tomáš Vlček Brno, 2011

2 Prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.... Tomáš Vlček Vedoucí práce: prof. Ing. Václav Přenosil, CSc. i

3 Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu práce prof. Ing. Václavu Přenosilovi, CSc. za odborné vedení, cenné podněty ke zlepšení a velmi vstřícný přístup během psaní této práce. Zároveň mé poděkování patří všem přátelům, kteří se na vzniku výsledné práce podíleli. ii

4 Shrnutí Cílem práce je analýza problému přetaktování, navržení postupu, otestování a porovnání mezních hodnot provozuschopnosti procesorů. Po nastudování problematiky a dostupné literatury bylo otestováno celkem šest procesorů a veškeré výsledky jsou uvedeny dále v práci. Navyšování pracovní frekvence bylo dosaženo třemi rozdílnými cestami, jednak navyšováním frekvence sběrnice, změnou násobiče procesoru a také kombinací obou metod. V práci jsou dále obsaženy výsledky po testování se změnou frekvence sběrnice. K otestování stability byl použit program Prime95, k otestování výkonnosti byly použity dva nástroje - komerční PCMark a nástroj vyvinutý autorem. Teplota procesorů byla během testů sledována pomocí programu SpeedFan. iii

5 Klíčová slova AMD, frekvence, napětí, násobič, Prime95, procesory, provozuschopnost, přetaktování iv

6 Obsah 1 Úvod Teoretická analýza problematiky Rozdílná architektura AMD/Intel Taktování procesorů AMD Taktování AMD K Taktování AMD K Taktování procesorů Intel Šetřící technologie Způsoby chlazení čipů Tepelná kapacita a tepelná vodivost Chlazení vzduchem Chlazení kapalinami Další typy chlazení Vliv teplovodivých past Cíle taktování a popis testů Co lze očekávat od nejnižšího a nejvyššího modelu třídy Je pro všechny procesory nějaký reálný strop? Vliv napětí na stabilitu Benchmarky a základ testovacích programů Cíle práce - zisk maximální taktu Možnosti řešení Změna frekvence FSB Změna násobiče procesoru Kombinace předchozích metod Experiment na množině procesorů Testovací sestava v

7 5.2 Testované procesory a popis testování AMD Athlon XP 2500+, jádro Barton AMD Duron 1,6 GHz, jádro Applebred AMD Athlon XP 2400+, jádro Thoroughbred AMD Athlon XP 2200+, jádro Thoroughbred AMD Sempron 2400+, jádro Thorougbred AMD Duron 800 Mhz, jádro Spitfire Porovnání rezerv v taktování Výsledky benchmarků Souhrnné výsledky Hodnocení dosažených výsledků Vliv výrobní technologie na výsledky Dopad chlazení a napětí na konečné výsledky Porovnání s jinými výsledky Možné rozšíření práce Závěr Literatura Seznam zkratek Seznam obrázků, tabulek a grafů Příloha A Příloha B vi

8 1 Úvod 1 Úvod Procesor je dnes součástí téměř všeho, co je pro nás běžnou součástí každodenního života. Již od vzniku Von Neumannovy architektury, je procesor hlavním výpočetním centrem celého produktu. Tato práce je zaměřená směrem k běžným procesorům používaných v domácích počítačových sestavách a má za cíl popsat způsob taktování, navrhnout řešení a prezentovat výsledky testů zjišťujících meze provozuschopnosti vybraných procesorů. Tato bakalářská práce je rozdělena do sedmi hlavních kapitol, z nichž každá pojednává o specifické oblasti problematiky. Po úvodu následuje druhá kapitola této práce, která je věnována popisu problematiky taktování, rozdílným přístupům k taktování odlišných procesorů a technologiím řídícím běh procesorů. Dále kapitola seznámí čtenáře s rozdílnými způsoby chlazení elektronických čipů. Poslední partií této kapitoly je popis činnosti teplovodivých past a jejich vliv na taktování. V kapitole třetí se věnuji cílům práce, reálným omezením a vlivu napájecího napětí na úspěšnost testů. V podkapitolách jsou detailně popsány všechny programy a testy použité během testování. Lze zde také nalézt popis mnou vytvořeného testovacího programu, jehož zdrojový kód je uveden v příloze A. Kapitola číslo čtyři má za cíl seznámit čtenáře s odlišnými možnostmi řešení dané problematiky. Prezentuji zde tři možnosti dosažení meze provozuschopnosti procesoru. Bohužel pět ze šesti testovaných procesorů mělo uzamčené násobiče a tak dvě z těchto metod, které se zakládají právě na změně této hodnoty nebylo při mém testování možné použít. Pátá kapitola je věnována samotnému testování a prezentaci dosažených výsledků. Seznamuje čtenáře s testovací sestavou a následně popisem testování jednotlivých procesorů. V podkapitolách lze nalézt grafické výsledky testů a jejich porovnání. Předposlední kapitola se zaměřuje na problémy, které se během práce vyskytly, vliv použitého chlazení a výrobní technologie na konečné výsledky. Dále se zde zamýšlím nad možným pokračováním testování, například s jiným druhem chlazení, či jinou množinou testovaných procesorů. V závěrečné kapitole je popsán výsledek dosavadní práce a čtenář zde nalezne nástin možného budoucího pokračování. 1

9 2 Teoretická analýza problematiky 2 Teoretická analýza problematiky Pojmem taktování se rozumí změna pracovní frekvence procesoru. Obecně jím označujeme navyšování pracovní frekvence procesoru a pojmem podtaktování snižování této frekvence. V průběhu devadesátých let se běžná počítačová sestava skládala z několika částí a prim zde hrála základní deska a procesor. Frekvence procesoru se musela nastavovat ručně při prvním použití a byla udávána výrobcem na obalu procesoru. Proto se často stávalo, že spousta počítačových nadšenců zkoušela svoje štěstí provozovat sestavu na vyšší než udávané frekvenci, a v některých případech se jim to podařilo. Se změnou technologie výroby se měnil i přístup k taktování. Výrobci začali vyrábět procesory, které byly od počátku nastaveny na požadovanou frekvenci a nebylo nutné nic nastavovat. Pokrok nešlo zastavit, a tak brzy nepostačovalo provozovat procesory na frekvenci sběrnice 1, a bylo nutno přistoupit ke koncepci násobičů. Konečná pracovní frekvence vznikla takto: pracovní frekvence CPU = frekvence FSB x násobič Tento způsob využívají také dnešní moderní procesory AMD, jen s tou změnou, že procesor není závislý na frekvenci sběrnice, ale na taktu součásti, nazývané externí generátor taktu. 2.1 Rozdílná architektura AMD/Intel Drtivou většinu trhu s procesory dnes obsazují dva přední výrobci - Intel 2 a AMD 3. Mezi procesory těchto výrobců existují od počátku vývoje rozdíly, ať již v podobě rozdílného množství pinů nebo rozdílné konstrukci celé výpočetní jednotky. Od roku 2003, kdy se poprvé na trhu objevily procesory AMD osmé generace, existuje mezi procesory obou výrobců další rozdíl. Firma AMD v tomto roce poprvé implementovala přímo do procesoru integrovaný paměťový řadič. Tato změna přinesla zvýšení propustnosti mezi 1 Dříve než výrobci přišly s koncepcí násobičů, procesory pracovaly na frekvenci FSB. 2 Více o procesorech Intel: 3 Podrobněji o procesorech AMD se můžete dozvědět na stránkách firmy: 2

10 2 Teoretická analýza problematiky paměťmi a procesorem, což přineslo nárůst výkonu celé počítačové sestavy. Firma Intel na tuto novinku reagovala zavedením integrovaného paměťového řadiče až v generaci svých procesorů postavených na mikroarchitektuře Nehalem Taktování procesorů AMD Taktování procesorů AMD je vhodné kvůli přehlednosti rozdělit do dvou kategorií - procesory generace AMD K7 5 a nižší bez integrovaného paměťového řadiče do kategorie jedné a procesory AMD K8 6 s integrovaným paměťovým řadičem do kategorie druhé Taktování AMD K7 Pracovní frekvence procesorů AMD K7 je určená, prostým součinem frekvence FSB a násobiče. Na výkon celé sestavy mají nezanedbatelný vliv i paměti a v neposlední řadě výkon hodně závisí na čipsetu, respektive na tom, jak umí čipset s danými komponentami pracovat. Frekvence FSB je výchozí frekvencí celého systému. Základní desky umožňují zvyšovat tuto frekvenci po malých krocích (obvykle po 1 MHz). Z této frekvence se odvozují další nastavení systému - zejména frekvence pamětí RAM. Bohužel existuje limit, který už nezvládne žádný procesor - praxe ukázala, že většina systémů platformy Socket A nezvládá frekvenci FSB nad 240MHz[4]. Jelikož je přístup do RAM řízen skrze severní můstek (viz obr. 1), je od frekvence FSB odvozována též pracovní frekvence pamětí. Na základě frekvence FSB umožňují základní desky nastavit pracovní frekvenci pamětí takto: pro FSB v rozsahu MHz je frekvence pamětí vyšší o 33 MHz než frekvence FSB; pro FSB v rozsahu MHz je frekvence pamětí stejná, vyšší o 33 MHz nebo vyšší o 66 MHz než frekvence FSB; pro FSB v rozsahu MHz je frekvence pamětí menší o 33 MHz, stejná nebo vyšší o 33 MHz než frekvence FSB; pro FSB vyšší než 200 MHz je frekvence pamětí menší o 66 MHz, menší o 33 MHz nebo stejná jako je frekvence FSB. 4 Podrobněji o mikroarchitektuře Nehalem zde: 5 Podrobněji o AMD K7 zde: 6 Podrobněji o AMD K8 zde: 3

11 2 Teoretická analýza problematiky Paměťové moduly však dokáží během jednoho taktu přenášet dvě jednotky informace, proto je reálná frekvence pamětí DDR dvojnásobná. Obr. 1 - ilustrace komunikace mezi procesorem a pamětí. vlevo - bez integrovaného paměťového řadiče, vpravo - s integrovaným paměťovým řadičem [7] Frekvence paměťových modulů RAM není jedinou od frekvence FSB odvozenou hodnotou. Od frekvence sběrnice se odvozuje také frekvence sběrnice AGP,PCI a frekvence diskových řadičů. Provozování sestavy na vyšších frekvencích FSB by mělo za následek zvýšení frekvencí AGP a PCI, což by mohlo vést k neočekávaných chybám v podobě ztrát grafického či zvukového signálu. Řešením tohoto úskalí byla implementace sady děliček, které se při vyšších frekvencích FSB postupně aktivují. Výsledkem řešení je provozování zařízení ve sběrnicích AGP a PCI na přijatelných frekvencích. Například konkrétně čipová sada VIA KT600 7 obsahuje čtyři děličky pro odvození frekvencí AGP a PCI. Děličky jsou následující (frekvence PCI / frekvence FSB): 1/3 - pro frekvence FSB MHz 1/4 - pro frekvence FSB MHz 1/5 - pro frekvence FSB MHz 1/6 - pro frekvence FSB větší než 200 MHz Frekvence pro sběrnici AGP je odvozena stejně jako pro PCI, ale pracuje na dvojnásobné rychlosti. Bohužel ani zvýšené množství děliček nebylo ideální řešením, protože při velmi vysokých frekvencích FSB (tj. větších než 233 MHz) se vyskytovaly chyby v přenosu[8]. Proto byla do 7 Více o čipsetu KT600 na stránkách výrobce zde: 4

12 2 Teoretická analýza problematiky čipové sady VIA KT880 přidána funkcionalita AGP/PCI lock, která nastavuje děličku frekvencí AGP/PCI tak, aby výsledná frekvence sběrnic AGP a PCI byla vždy 66 MHz, resp. 33 MHz. Taktovat procesory AMD K7 lze také změnou hodnot násobiče. Jednak můžete narazit na procesor, který má násobič odemčený (umožňuje změnu této hodnoty pomocí BIOSU), nebo jej lze manuálně upravit přímo na obalu procesoru, a tak nastavit jinou, než výchozí hodnotu násobiče (podrobněji kapitola 4) Taktování AMD K8 Nové Athlony K8 představují trochu jiný přístup k přetaktování procesorů než K7. Nové procesory nelze taktovat pomocí změn hodnot násobiče, neboť jádro procesoru je zapouzdřeno v celokovovém obalu. Ani taktování pomocí změny frekvence FSB není možné, jelikož u procesorů řady K8 je frekvence FSB závislá na externím generátoru taktu. Jedinou možností je tedy navyšování frekvence externího generátoru taktu. Základní frekvence externího generátoru taktu je 200 MHz. Z této hodnoty se odvozuje frekvence sběrnice (nazývaná HyperTransport; HT 8 ) součinem s nastavenou konstantou. Konstantou je uživatelem nastavovaná hodnota v BIOSU počítače a nabývá hodnot v intervalu 1 až 5. Výsledná pracovní frekvence procesorů K8 je součinem frekvence generátoru a násobiče. Tyto hodnoty jsou konečné. Je vidět, že frekvence HT a pracovní frekvence procesoru jsou na sobě zcela nezávislé. Obr. 2 - znázornění závislostí pracovních frekvencí na interním generátoru taktu procesorů AMD K8 [9] 8 Podrobněji o HT: 5

13 2 Teoretická analýza problematiky Velkým rozdílem oproti řadě K7 je přímé propojení paměti s jádrem procesoru (řadič paměti je integrován v procesoru, viz obr.1, 2 ). Komunikace procesoru s paměťmi je nezávislá na severním můstku, a proto lze nezávisle nastavovat frekvenci pro tuto sběrnici pamětí. Výsledná frekvence je podílem pracovní frekvence procesoru a celočíselné děličky. U čipsetů pro procesory K8 lze frekvenci externího generátoru taktu libovolně měnit. Kromě skutečné meze provozuschopnosti samotného procesoru se zde nenachází jiná omezení, protože frekvence AGP/PCI jsou nezávislé a děličky ostatních komponent lze nastavit dostatečně nízko, a tak je možné procesoru nastavit libovolně vysokou frekvenci[4]. 2.3 Taktování procesorů Intel Taktování procesorů Intel je velice podobné taktování procesorů AMD K7. Rozhodující roli zde hraje frekvence FSB. Frekvence této sběrnice je tedy klíčová z pohledu taktování, protože až na výjimky nelze procesory Intel taktovat změnou násobiče. Firma Intel chrání své procesory - stejně jako firma AMD u procesorů K8 - zapouzdřením do celokovového obalu, čímž prakticky znemožňuje jakoukoli manuální úpravu procesoru. Výjimku tvoří procesory Intel řady začínající označením X, u kterých Intel ponechává otevřený násobič. U procesorů Intel, podobně jako u AMD K7, se od frekvence FSB odvozuje i pracovní frekvence paměťových modulů RAM. Kvůli existenci mnoha druhů pamětí RAM, obsahuje čipset řadu násobičů (běžně hodnoty 2, 2.5, 3), kterými násobí frekvenci FSB a získává tak pracovní frekvenci pamětí. Při vysokých frekvencích FSB (větších než 400 MHz) a nastaveném minimálním násobiči musí být RAM schopny pracovat na frekvencích větších než 800 MHz. Proto je nutné při taktování procesorů Intel myslet také na kvalitní paměťové moduly. 2.4 Šetřící technologie Během posledních let se vývoj procesorů začal zaměřovat na nové oblasti vývoje. Snahu o vyrobení velice výkonných procesorů vystřídala snaha o vytvoření ekologických a energeticky šetrných procesorů při zachování stávajícího výkonu. Reakcí na tuto změnu byl i vývoj nových technologií pro řízení procesorů. Moderní procesory tak obsahují spoustu technologií pro řízení spotřeby, a tedy i výkonnosti čipu. Tyto technologie se však liší v závislosti na tom, zda se jedná o procesory Intel nebo AMD. 6

14 2 Teoretická analýza problematiky Například osmá generace procesorů AMD přinesla mnoho odlišností od generace předchozí. U některých procesorů AMD K8 byla použita přepracovaná technologie PowerNow! 9, která původně vznikla jako technologie pro mobilní zařízení. PowerNow! během nečinnosti snižovala frekvenci FSB a napětí procesorů na minimální možnou úroveň, čímž minimalizovala emitované teplo a snížila energetickou spotřebu čipu. Vylepšením této technologie je technologie Cool and Quiet 10, poprvé použitá u novějších procesorů AMD K8, která snižuje pracovní frekvenci procesoru pomocí změny násobiče. Příkladem efektivnosti může být procesor AMD Athlon , který má při maximálním zatížení spotřebu až 90W a při použití technologie C&Q spotřeba v nečinnosti klesá na hodnotu 35W[5]. Bohužel jsou však úsporné prvky jedním z problémů taktování. Pokud dojde ke snížení napětí procesorů dříve než ke snížení frekvence, může dojít k náhodným chybám, které mohou vést k nestabilitě i případné havárii celého systému. Pravděpodobnost výskytu těchto chyb roste, čím blíže k hranici provozuschopnosti je procesor provozován. Veškeré úsporné prvky je tedy vhodné během taktování a provozování přetaktovaného procesoru vypnout. 2.5 Způsoby chlazení čipů Každá elektronická součástka, ke které přivádíme napětí, má jako vedlejší efekt produkci tepla. Se zvyšujícím se výkonem těchto součástek roste i množství tepla, které čipy vytvářejí. Toto teplo je nežádoucí a je nutné ho od čipu odvést. Existuje mnoho cest, jak to udělat: od nejjednoduššího způsobu pomocí proudícího vzduchu, po extrémní, jakým je třeba použití kapalného dusíku Tepelná kapacita a tepelná vodivost Dobrými ukazateli toho, jak je které médium při odvádění tepla účinné, jsou dvě fyzikální veličiny - měrná tepelná kapacita 11 a tepelná vodivost 12. První z nich vyjadřuje, jaké množství tepla musí pojmout jeden kilogram látky, aby se ohřál o jeden teplotní stupeň. Na příkladu vzduchu a vody v tabulce č. 1 je dobře vidět potenciální rozdíl. Suchý vzduch má měrnou tepelnou kapacitu 1005 J Kg -1 K -1, zatím co voda 4183 J Kg -1 K -1. To znamená, že pro ohřátí o jeden tepelný stupeň musí voda absorbovat více než čtyřikrát více tepla než vzduch. 9 Podrobnosti o této technologii zde: 10 Více o technologii C&Q lze nalézt zde: 11 Tabulka měrné tepelné kapacity vybraných materiálů můžete nelézt zde: 12 Tabulku tepelné vodivosti vybraných materiálů můžete nalézt zde: 7

15 2 Teoretická analýza problematiky Na druhou stranu tepelná vodivost udává výkon, který musí projít krychlí s hranou jeden metr, aby její opačné strany měly teplotní rozdíl jeden Kelvin. Voda má tepelnou vodivost 0,6062 W m -1 K -1, zatímco vzduch pouze 0,0262 W m -1 K -1. Voda tedy vede teplo téměř 24krát lépe než vzduch. Vzduch Voda Hliník Měď Diamant Olej Stříbro Dusík Měrná tepelná kapacita (J Kg -1 K -1 ) Tepelná vodivost (W m -1 K -1 ) 0,0262 0, , ,026 Tab. 1 - Přehled měrné tepelné kapacity a tepelné vodivosti vybraných materiálů Chlazení vzduchem Chlazení vzduchem je nejpoužívanějším druhem chlazení čipů. Většinou se skládá z pasivní kovové části, jež je s čipem spojena teplovodivou pastou, a z aktivního ventilátoru, který žene vzduch skrz pasivní část, čímž ji ochlazuje. Chlazení vzduchem se používá jak pro domácí sestavy a přenosné notebooky, tak pro celé serverovny. Tato technologie je nenáročná na údržbu a vyniká svou jednoduchostí. Mezi další její nesporné výhody patří bezpečnost. V případě chlazení vzduchem totiž nehrozí nedostatek chladícího materiálu ani případné poškození sestavy únikem kapaliny. Nevýhodou tohoto řešení je však nižší efektivita oproti jiným typům chlazení Chlazení kapalinami Technologie založená na výhodných tepelných vlastnostech kapalin nepatří mezi nejrozšířenější, ale svoje zastánce si najde. Mezi její výhody se řadí lepší tepelná vodivost i lepší měrná tepelná kapacita oproti jiným typům chlazení. Nevýhody lze najít v rozměrných součástkách celého systému, eventuálně i v možném úniku chladicí kapaliny do sestavy. Kapalinové řešení rozhodně vyžaduje větší bdělost uživatele než chlazení vzduchem. Nakonec musíme mít na mysli také fakt, že chladící kapalinu zchladíme maximálně na úroveň teploty okolí Další typy chlazení Další typy chlazení nejsou již tak obvyklé. Řadíme sem například chlazení pomocí olejové lázně, Peltierova článku 13 nebo kapalného dusíku. Chladit počítač olejem dovolují jeho vlastnosti, protože olej je elektrickým izolantem a zároveň dobrým tepelným vodičem. Stačí tedy udržet 13 Bližší podrobnosti naleznete zde: 8

16 2 Teoretická analýza problematiky teplotu lázně na požadované teplotě a o chlazení je postaráno. Výhodou Peltierova článku je možnost ochladit čip pod okolní teplotu, avšak za cenu obrovské energetické náročnosti. Chlazení pomocí kapalného dusíku je nejextrémnější způsob, jak odvést teplo vyprodukované čipem. Tento způsob je používán pouze pro výjimečné události, například extrémní taktování. Žádný z těchto typů chlazení se dnes běžně nepoužívá, a to především z ekonomických důvodů Vliv teplovodivých past Ať použijeme jakýkoliv typ chlazení, je nutné zajistit co nejlepší odvod tepla přímo od čipu. O přenos tepla z čipu do pasivní části chladiče se stará teplovodivá pasta. Jejím hlavním účelem je zvýšení tepelné vodivost mezi čipem a pasivní částí chladiče. Dnes se můžeme setkat se čtyřmi druhy teplovodivých past: silikonovými - nejlevnější a nejrozšířenější druh teplovodivých past; s příměsí kovu - silikonové pasty nejčastěji s příměsí stříbra nebo hliníku; s příměsí uhlíku - silikonové pasty s příměsí diamantového prachu nebo uhlíkových vláken; na bázi tekutého kovu - nejkvalitnější teplovodivé pasty založeny na bázi tekutého kovu (většinou galia), ale s nevýhodou elektrické vodivosti; používány převážně pro laboratorní testy. 9

17 3 Cíle taktování a popis testů 3 Cíle taktování a popis testů 3.1 Co lze očekávat od nejnižšího a nejvyššího modelu třídy Výroba procesorů je složitý proces, během něhož vzniká z křemíkového monolitu výpočetní jednotka. Procesor je v podstatě polovodičová součástka tvořená především křemíkovou destičkou s několika příměsmi. Na začátku výroby se křemíkový monokrystal nařeže na pláty (tzv. wafery), na kterých jsou následně litografií vyrobeny miliony tranzistorů s měděnými spoji. Vše se usadí do pouzdra. Nakonec se procesory testují a podle dosažených výsledků se jim nastavují výchozí hodnoty frekvence FSB a násobiče[6]. Tímto způsobem vzniká celá třída procesorů od nejméně výkonných po nejvýkonnější kusy (od nejnižšího po nejvyšší model třídy). Dalo by se předpokládat, že nejvýraznějších výsledků v přetaktování budou dosahovat nejnižší modely dané třídy. Ne vždy je tomu ale tak. Díky odlišné poptávce po různých modelech jsou výrobci nuceni některé kusy záměrně podhodnotit, aby tuto poptávku uspokojili. V praxi to znamená, že pokud jste si například zakoupili procesor AMD Athlon ve skutečnosti můžete mít procesor AMD Athlon Tyto procesory pracují na shodné základní frekvenci FSB 166 MHz a liší se pouze nastavením násobiče, kdy Athlon má nastaven násobič na hodnotu 11 a Athlon na 12,5. Pro úplnost přikládám tabulku s přehledem vyráběných procesorů AMD Athlon XP s jádrem Palomino, jejichž výkon je odlišen pouze výrobním nastavením násobiče. Model Frekvence FSB(MHz) násobič Pracovní frekvence (MHz) L2 cache(kb) Počet tranzistorů (mil.) , , , , , , , , , , , , , , , , ,2 Tab. 2 - Přehled jednotlivých verzí AMD Athlon XP s jádrem Palomino [2] napětí(v) Technologie (nm) 10

18 3 Cíle taktování a popis testů 3.2 Je pro všechny procesory nějaký reálný strop? Žádné křemíkové vlákno, které je součástí výpočetní síly procesoru, nemůže kmitat neomezeně vysokou frekvencí. Jsou zde nepřekročitelné fyzikální limity. Existuje však mnoho způsobů, jak se k těmto limitům přiblížit. Vliv mají faktory typu technologie výroby křemíkových vláken, kvalita zpracování a v neposlední řadě také účinnost chlazení samotného čipu. Jediným uživatelem ovlivnitelným faktorem je způsob chlazení (viz kapitola 2.5), a tak právě chlazení je rozhodujícím faktorem pro dosažení dobrých výsledků v přetaktování. Účinným chlazením lze téměř dosáhnou na absolutní reálný strop provozuschopnosti každého procesoru. Příkladem může být nejvyšší zaznamená frekvence u procesoru Duron 1,4 GHz, který pracoval stabilně na 3,03 GHz. 14 Nicméně rekordu bylo dosaženo za použití kapalného dusíku, který je pro běžný provoz nepoužitelný. Podobně úspěšné výsledky, také s použitím kapalného dusíku, můžeme nalézt v podobných testech, kdy například vynikajících výsledků dosáhl Intel Pentium 4, kdy ze základních 3,8 GHz byl přetaktován na hodnotu 7,65 GHz. Teplota chladícího média byla při tom -192 C Vliv napětí na stabilitu Z výsledků uvedených dále v práci je patrné, že napětí procesoru má na stabilitu systému a dosažení lepších výsledků nezanedbatelný vliv. V průběhu testů však některé testované procesory prokázaly vyšší výkonnost na nižším napětí než na napětím vysokém. Důležitými komponentami, které se starají o napájení procesoru, jsou zdroj a základní deska. Dle kvality zpracování obou těchto komponent je dodávané napětí stabilní nebo naopak. Kvalita dodávaného napětí je též přímo závislá na výši napětí a na aktuálním zatížení procesoru. Čím vyšší hodnotu napětí pro procesor nastavíme, tím větší bude při maximálním zatížení odchylka od nastaveného stavu. Pro příklad přikládám obrázky 3 a 4, na kterých je vidět stabilita při maximálním zatížení procesoru výchozí a zvýšené hodnotě napětí. 16 Můžete si všimnout značného rozdílu při hodnotách napětí 1,75V a 1,95V. S vyššími frekvencemi a vyšším napětím procesoru roste také pravděpodobnost výskytu chyby v průběhu zpracování. Pokud se taková chyba vyskytne, procesor již nepracuje stabilně a další zvyšování pracovní frekvence postrádá smysl. Proto je tak nutné při taktování pamatovat na kvalitní zdroj, jenž poskytuje stabilní napětí. 14 Podrobněji na: 15 Více viz: 16 Obrázky pořízeny pomocí programu OCCT [10]. 11

19 3 Cíle taktování a popis testů Obr. 3 - stabilita napájecího napětí při výchozím nastavení Obr. 4 - stabilita napájecího napětí při zvýšeném nastavení 12

20 3 Cíle taktování a popis testů 3.4 Benchmarky a základ testovacích programů Pro testování stability procesorů byl během testování použit program Prime95 17, který k otestování stability procesoru nabízí test Small FFTs. Test je založen na Fourierově transformaci. 18 Aby nedocházelo k ovlivnění testu jinými komponentami, jsou všechna potřebná data uchovávána v L2 cache paměti procesoru. Během testu je procesor 100% vytížen, a proto je vhodné sledovat teplotu čipu, zda nedochází k jeho přehřívání, které je potenciálním zdrojem chyb. Obr. 5 - prostředí testovací programu Prime95 Pro sledování teploty byl použit program SpeedFan 19 verze Program zobrazuje teploty ze všech teplotních čidel umístěných v počítači. U starších testovaných procesorů se teplota měří integrovaným teplotním čidlem na vrchní částí procesoru, u novějších teplotním čidlem umístěným přímo v jádře. 17 Volně šiřitelný program dostupný na 18 Podrobně o Fourierově transformaci zde: 19 Program pro sledování teplot čipů a otáček ventilátorů: 13

21 3 Cíle taktování a popis testů Pro testování výkonnosti byly použity dva programy: mnou vyvinutý program měřící čas potřebný k výpočtu faktoriálu padesáti tisíc a komerční program PCMark04 20, u kterého byly pro změření výkonnosti procesoru provedeny následující testy: File Compression; File Decompression; Grammar check; File Decryption; Audio Conversion; DivX Video Compression. Všechny tyto testy jsou přímo konstruovány pro testování výkonnosti procesoru a ovlivnění testu jinými komponentami počítače je u nich minimální. Vlastní program vytvořený v programovacím jazyce JAVA, měl za cíl změření času potřebného pro výpočet faktoriálu padesáti tisíc. Nevýhodou tohoto programu je závislost nejen na výkonu procesoru, ale i na dalších komponentách počítačové sestavy, především na operační paměti. V rámci běhu programu dochází k ukládání mezivýsledků do paměti RAM a frekvence pamětí tak částečně ovlivňuje výsledek testu. Během testu proto byla frekvence operační paměti manuálně nastavena na její nejnižší hodnotu, aby se co nejvíce zabránilo zmíněnému nežádoucímu efektu. Kompletní zdrojový kód mého programu je k nalezení v příloze A. 3.5 Cíle práce - zisk maximální taktu Jak může být patrné z dosavadního testu, cílem testování bylo dosažení maximálního taktu procesorů za daných podmínek, který nejlépe vyjadřuje, na jakých frekvencích je možné daný procesor stabilně provozovat. Rozdíl mezi nejvyšší naměřenou frekvencí a základní frekvencí vyjadřuje rezervu, s jakou byly dané procesory vyrobeny. Porovnáním těchto rezerv lze získat představu o tom, kde leží meze provozuschopnosti pro valnou část procesorů. 20 Program pro testování výkonnosti procesorů, podrobněji o testech zde: 14

22 4 Možnosti řešení 4 Možnosti řešení Tato kapitola pojednává o možnostech zjištění meze provozuschopnosti procesorů. Nejlepším ukazatelem hodnoty této meze je maximální takt, při kterém je ještě daný procesor stabilní a vrací správné výsledky. Cílem mnou provedených testů bylo získaní takového taktu. Ke zjištění této hodnoty lze využít některou ze tří dostupných metod pro změnu pracovní frekvence procesoru. Žádná z nich není absolutně přesná a panují mezi nimi znatelné rozdíly v možnostech přiblížení se hranici provozuschopnosti. 4.1 Změna frekvence FSB První z možností, jak se přiblížit k hranici provozuschopnosti procesoru, je změna frekvence FSB. Tato jednoduchá operace se provádí v BIOSU počítače a ihned po jeho restartu je znát, zda-li je nová konfigurace funkční či nikoliv. Výhodou, ale zároveň úskalím tohoto řešení, jsou relativně malé výkonnostní přírůstky, neboť změna frekvence FSB o 1 MHz zvýší pracovní frekvenci procesoru o velikost násobiče. Konečný výsledek tak bude relativně blízko skutečnému maximálnímu taktu daného procesoru. Nevýhodami jsou zdlouhavé navyšování frekvence FSB, nutnost neustálého testování stability pro každou kombinaci a ovlivnění frekvencí dalších sběrnic. Přestože se tato metoda zdá být nejméně vhodná, právě změna frekvence FSB byla použita ve většině testech této práce. Důvodem bylo, že tuto metodu lze použít jak na procesory s uzamčeným, tak i otevřeným násobičem. 4.2 Změna násobiče procesoru Druhou možností zvyšování pracovní frekvence procesoru je změna násobiče. V případě procesoru s odemčeným násobičem je změna jednoduchá a provádí se v BIOSU počítače stejně jako změna frekvence FSB. Pokud je však násobič uzamčen, je nutné hodnotu násobiče pozměnit přímo na obalu procesoru spojením určitých pinů. Tato operace je náročnější, zdlouhavá a vyžaduje téměř hodinářskou zručnost. Navíc je tato manuální změna mechanickým zásahem uživatele a tímto krokem uživatel přichází o jakoukoli záruku na daný procesor. Mezi výhody tohoto řešení patří velký nárůst pracovní frekvence malou úpravou hodnot násobiče, přesněji změnou násobiče o jednu jednotku se změní pracovní frekvence procesoru o velikost frekvence FSB. 15

23 4 Možnosti řešení Hodnotu násobiče u procesorů AMD K7 určuje kombinace spojených nebo rozpojených můstků soustavy označované jako L3. V tabulce č. 3 jsou uvedeny hodnoty násobiče a jemu odpovídající kombinace spojení můstků soustavy L3. Na obrázku č. 6 můžete vidět příklad - je zde znázorněna pětice vodičů soustavy L3, která podle tabulky určuje násobič na hodnotu 11. Vodič Hodnota Vodič násobiče x S S N S S 13x S S N S N 5,5x N S N S S 13,5x N S N S N 6x S N N S S 14x S N N S N 6,5x N N N S S 15x S S S N N 7x S S S N S 16x S N S N N 7,5x N S S N S 16,5x N N S N N 8x S N S N S 17x S S N N N 8,5x N N S N S 18x N S N N N 9x S S N N S 19x N S S S N 9,5x N S N N S 20x N N S S N 10x S N N N S 21x N N N S N 10,5x N N N N S 22x N S S N N 11x S S S S S 23x S N N N N 11,5x N S S S S 24x N N N N N 12x S N S S S nedef. S S S S N 12,5x N N S S S nedef. S N S S N Hodnota násobiče Tab. 3 - Hodnoty násobiče a jemu odpovídající kombinace můstků soustavy L3 (S - spojeno, N - nespojeno) Obr. 6 - zobrazení pětice vodičů soustavy L3 ( aktuální zobrazení odpovídá násobiči s hodnotou 11 ) 16

24 4 Možnosti řešení 4.3 Kombinace předchozích metod Třetí možností, jak se maximálně přiblížit k mezi provozuschopnosti procesoru, je kombinace předchozích metod. Vhodným nastavováním frekvence FSB a násobiče lze zvyšovat pracovní frekvenci procesoru po minimálních možných krocích a dosáhnout tak co největšího přiblížení k reálné mezi provozuschopnosti. Nevýhodou tohoto řešení je vysoká časová náročnost na otestování stability pro každou kombinaci frekvence FSB a násobiče. V tabulce č. 4 je znázorněn nárůst pracovní frekvence s ohledem na použitou metodu. FSB násobič CPU FSB násobič CPU FSB násobič CPU , ,5 1912, , ,5 2137, ,5 1805, Tab. 4 - porovnání změn výsledné frekvence dle jednotlivých metod, vlevo - změna frekvence FSB, vpravo - změna násobiče, uprostřed - kombinace obou předchozích metod 17

25 5 Experiment na množině procesorů 5 Experiment na množině procesorů V této kapitole je popsána testovací sestava, na které byly všechny procesory testovány. Dále následuje popis testů jednotlivých použitých procesorů. V každé podkapitole je připojen graf s výsledky, jakých jednotlivé procesory dosáhly. 5.1 Testovací sestava Pro testování všech dostupných procesorů byla použita běžná domácí počítačová sestava s těmito parametry: základní deska Asus A7V600-X 400MHz FSB AGP8x SATA RAID 6xPCI; paměť RAM Corsair DIMM 512MB DDR 400MHz CL2.5; grafická karta Nvidia GeForce 6600GT 128MB DDR3 AGP; pevný disk Seagate 13GB 5400 RPM ATA INCH; celoměděný chladič Thermaltake Combo Cool DIY TOWER112; teplovodivá pasta Arctic Cooling MX-2 Thermal Compound; napájecí zdroj Eurocase 350W. Základní deska je postavena na čipsetu VIA KT600. Tato deska neobsahuje funkci AGP/PCI lock, a tudíž během testů docházelo při navyšování frekvence FSB i k nárůstů frekvence sběrnic AGP a PCI (podrobněji viz kapitola 2.2.1). Aby byly výsledky co nejméně ovlivněny dalšími komponentami, frekvenci operační paměti jsem manuálně nastavoval na nejnižší možnou úroveň. Během testů se tak frekvence operační paměti pohybovala v rozmezí MHz v závislosti na frekvenci FSB. Ve slotu AGP byla zapojena výše zmíněná grafická karta a sloty PCI zůstaly prázdné. Tímto krokem jsem chtěl dosáhnout minimalizace možných chyb vznikajících na těchto slotech díky zvýšeným frekvencím. Na pevném disku byl nainstalován operační systém Windows XP Professional a sada testovacích nástrojů (viz kapitola 3.4). Počítačová sestava byla provozována mimo počítačovou skříň z důvodu lepších chladících podmínek. 18

26 5 Experiment na množině procesorů O odvod tepla z procesoru se staral celoměděný chladič založený na technologii heatpipe. 21 K němu byly připevněny dva ventilátory o průměru 8 cm. Jeden z nich vháněl mezi měděná žebra čerstvý chladný vzduch a úkolem druhý z tohoto prostoru teplý vzduch vysával. 5.2 Testované procesory a popis testování Všechny testované procesory jsou sedmou generací procesorů AMD. Oproti předchozí generaci označované jako K6 přinesla generace K7 rozšíření instrukční sady, zdokonalení a zvětšení vyrovnávacích pamětí L1 a L2 (do té doby pracovaly paměti L2 na jiné frekvenci než byla pracovní frekvence procesoru) a podporu výkonnější sběrnice. Procesory této generace byly zpočátku vyráběny 180nm technologií a v průběhu vývoje byly novější jednotky vyráběny 130nm technologií. Pro desktopové sestavy byla generace procesorů K7 vyráběna s těmito označeními: Athlon XP - s jádry Palomino, Thoroughbred, Barton, Thorton; Sempron - s jádry Thoroughbred, Barton; Duron - s jádry Spitfire, Morgan, Applebred. Tabulka č. 5 ukazuje vlastnosti všech testovaných procesorů. Jako jediný zástupce procesorů vyráběných 180 nm technologií byl v testech použit AMD Duron s jádrem Spitfire. Tento a druhý testovaný Duron byly jediné procesory se zmenšenou vyrovnávací pamětí L2, což se následně projevilo v testu PCMark Grammar Check menší výkonnostní změnou. Procesor Duron Duron Athlon XP Sempron Athlon XP Jádro Spitfire Applebred Thoroughbred Thoroughbred B B Barton FSB [MHz] / / /200 Patice Socket A Socket A Socket A Socket A Socket A Technologie [nm] Tepelná ochrana ne ano ano ano ano L1 data [KB] L1 instrukce [KB] L2 cache [KB] Instrukce MMX, SSE, 3DNow!, 3DNow!+ MMX,SSE, Enhan. 3DNow!, 3DNow+ prof. MMX,SSE, Enhan. 3DNow!, 3DNow+ prof. MMX,SSE, Enhan. 3DNow!, 3DNow+ prof. MMX,SSE, Enhan. 3DNow!, 3DNow+ prof. Tab. 5 - Porovnání vlastností testovaných procesorů [1] 21 Více o této technologii zde: 19

27 5 Experiment na množině procesorů Kromě jednoho testovaného procesoru (AMD Athlon 2400+) měly všechny testované procesory uzamčený násobič. V rámci této práce jsem se několika způsoby pokoušel uzamčený násobič obejít a manuálně nastavit jiný, než ten z výroby nastavený. Prvním pokusem byla změna napětí na pinech procesoru, které přenáší informaci ze soustavy L3 (viz kapitola 4.2) k základní desce. 22 Bohužel ani přes přesný postup podle návodu nebylo dosaženo požadovaného cíle. Druhou možností změny násobiče byl způsob úpravy soustavy L5 přímo na procesoru, čímž by se z desktopového Athlonu měl stát Athlon mobilní, který podporuje dynamickou změnu násobiče i za běhu operačního systému. 23 Nicméně ani tato snaha se nesetkala s úspěchem, a proto jediným procesorem, který mohl být testován změnou násobiče, případně kombinací obou metod (viz kapitola 4.3) byl Athlon s odemčeným násobičem. U zbylých procesorů bylo jediným možným řešením taktování změna frekvence FSB. Důležitým krokem před samotnou změnou frekvence FSB bylo manuální nastavení pracovní frekvence operační paměti na nejnižší možnou úroveň z důvodu minimalizace závislostí na této komponentě AMD Athlon XP 2500+, jádro Barton Tento procesor je nejnižším modelem třídy Athlon XP s jádrem Barton. Oproti svým předchůdcům (procesory Athlon XP s jádry Thoroughbred) se procesory s jádrem Barton vyznačují rozšířenou vyrovnávací paměti L2 (viz tab. 5) a podporou rychlejší sběrnice FSB. Testovaný procesor byl vyráběn pro základní desky se socketem A, pracoval se sběrnicí FSB taktovanou na 166 MHz a hodnotu násobiče měl z výroby nastavenou na hodnotu 11. Základní frekvence procesoru byla tedy 1833 MHz. Tento procesor během testování dokázal s mírně zvýšeným napětím stabilně pracovat i na frekvenci 2200 MHz, což je základní pracovní frekvence nejvyššího modelu stejné třídy - Athlonu Skutečná meze provozuschopnosti ale byla pro tento procesor ještě o kus výše, a nakonec tento procesor stabilně pracoval i na frekvenci 2266 MHz. Na této frekvenci vyžadoval procesor zvýšené napětí o 0,15V oproti základnímu napětí. Teplota v zátěži vzrostla oproti 47 C v základním stavu na hodnotu 63 C. Zajímavostí tohoto procesoru je, že nedokázal pracovat s nejvyšším možným napětím, jaké základní deska poskytuje (2-2,05V), a generoval chyby již při spouštění operačního systému, což vedlo k jeho pádu. 22 Postupováno podle návodu zde: athlon_xp-kompletni_navod_na_zmenu_nasobicu 23 Postupováno podle návodu zde: 7CB40E562CA9F966C1256DFD004F1A67.html 20

28 5 Experiment na množině procesorů Z grafu č.1 je patrné, že percentuální nárůst pracovní frekvence se téměř odráží i na výkonnostních testech. Jedinou výjimkou je test DivX Compression, kde ve značné míře závisí výsledek na výkonu grafické karty a vliv mají také kodeky. Nejvyšší nárůst výkonu v testu PCMark Grammar check připisuji rozšířené velikosti vyrovnávací paměti L2, která je u tohoto procesoru více než dvojnásobná oproti ostatním testovaným procesorům. 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% Nárůst pracovní frekvence Factorial test PCMark File Compression PCMark File Decompression PCMark Grammar check PCMark File Decryption PCMark Audio Conversion PCMark DivX Compression 0,00% AMD Athlon Graf 1 - grafické výsledky procesoru AMD Athlon s jádrem Barton AMD Duron 1,6 GHz, jádro Applebred Zástupce méně výkonné třídy procesorů AMD Duron, taktovaný na základní pracovní frekvenci 1600 MHz využíval 133 MHz sběrnici FSB a měl z výroby nastavený násobič na hodnotu 12. Procesor se osazoval jako ostatní testované procesory do socketu A. Jeho slabinou byla menší velikost vyrovnávací paměti L2 (viz tab. 5). Duron 1,6 GHz prokázal největší výkonnostní rezervu v porovnání všech testovaných procesorů. Se základním napětím pracoval stabilně i na frekvenci FSB 166 MHz (v té chvíli byla pracovní frekvence procesoru 2 GHz), která je primárně určena pro modely vyšší třídy. Zvýšení napětí dokázalo výkon Duronu stabilizovat na konečné pracovní frekvenci 2184 MHz. 21

29 5 Experiment na množině procesorů Pozoruhodné u tohoto procesoru bylo, že jakýkoliv náznak nestability byl odhalen při spouštění operačního systému, kdy systém buď vůbec nenaběhl, nebo havaroval již po pár okamžicích od zavedení operačního systému do paměti. Z grafu č.2 je na první pohled vidět značně nevyrovnaný výkon v uskutečněných testech. Minimální nárůst výkonu v testech PCMark Grammar Check a PCMark File Compression dávám za vinu snížené velikosti vyrovnávací paměti L2. Menší nárůst výkonu v testu PCMark DivX Compression připisuji stejně jako v ostatních případech závislosti na dalším hardwaru a softwaru sestavy. 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% Nárůst pracovní frekvence Factorial test PCMark File Compression PCMark File Decompression PCMark Grammar Check PCMark File Decryption PCMark Audio Conversion PCMark DivX Compression 0,00% AMD Duron 1,6 GHz Graf 2 - grafické výsledky procesoru AMD Duron 1,6 GHz s jádrem Applebred AMD Athlon XP 2400+, jádro Thoroughbred Jedná se o nejvýkonnější testovaný procesor a zástupce nejvyššího modelu procesorů s jádrem Thoroughbred. Základní pracovní frekvence tohoto procesoru byla 2 GHz při frekvenci FSB 133 MHz a nastaveném násobiči 15. Jako všechny procesory stejné třídy má tento procesor integrováno 256 kb vyrovnávací paměti L2 a je vyráběn jako ostatní procesory Athlon XP 130 nm technologií. Odlišností od ostatních modelů je, že tento procesor má odemčený násobič, a tudíž jej bylo možné taktovat jak změnou frekvence FSB tak změnou násobiče ale i kombinací těchto metod (podrobněji kapitola 4). 22

30 5 Experiment na množině procesorů Nejvyšší model třídy, vysoký násobič a vysoká základní frekvence tohoto procesoru mi dovolili předpokládat i menší výkonnostní rezervu. Tento předpoklad byl správný. Již relativně malé zvýšení frekvence znamenalo pád operačního systému. Zvýšení napájecího napětí dokázalo procesor sice stabilizovat, avšak pracovní frekvence 2400 MHz se ukázala jako maximálně možná při zvyšování frekvence FSB. Při této frekvenci a zvýšeném napájecím napětí na maximální možnou mez (tj. 2,05V) byla naměřena provozní teplota při zátěži 66 C, tedy o 20 C více než ve výchozím stavu. Odlišných výsledků jsem dosáhl při použití metody se změnou hodnoty násobiče. Vše se odvíjelo od základní hodnoty násobiče 15. Tuto hodnotu jsem postupně zvyšoval a maximální hodnota násobiče, se kterou tento procesor spolupracoval byla hodnota 17 (frekvence FSB zůstávala stále stejná MHz). Právě neměnná frekvence FSB při rostoucím výkonu procesoru byla úzkým výkonovým místem, a tudíž výsledky výkonových testů byly horší než v případě změny frekvence FSB. To je důvod, proč tyto výsledky neuvádím zde. Můžete je ale nalézt v příloze B. Během testů se změnou frekvence FSB i násobiče bohužel vypověděl službu napájecí zdroj, a tudíž nebylo možné test dokončit. Překvapením tohoto testovaného kusu byla skutečnost, že nejvyšších frekvencí dosáhl s maximálním možným napětím. Stejně jako testovaný Duron 1,6 GHz (viz kapitola 5.2.2) byly všechny chyby odhaleny již při spouštění operačního systému. 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% Nárůst pracovní frekvence Factorial test PCMark File Compression PCMark File Decompression PCMark Grammar Check PCMark File Decryption PCMark Audio Conversion PCMark DivX Compression 0,00% AMD Athlon Graf 3 - grafické výsledky procesoru AMD Athlon s jádrem Throroughbred 23

31 5 Experiment na množině procesorů Na grafu č.3 jsou vidět patrné rozdíly v některých testech. Horší výkon v testu PCMark Grammar Check je dle mého názoru způsoben - jako v případě předchozího Duronu - sníženým množstvím vyrovnávacích pamětí oproti Bartonu. Za povšimnutí stojí zaprvé malý nárůst ve Factorial testu. Domnívám se, že tento výsledek je způsoben dvěma důvody. Zaprvé procesor na své maximální frekvenci využíval sběrnici FSB o frekvenci pouze 160 MHz, což mohlo být vzhledem k charakteru testu úzké hrdlo celého systému. Zadruhé na své maximální frekvenci byl takt pamětí snížen oproti výchozímu stavu o 10 MHz, což jistě také hrálo svoji roli v horším výsledku AMD Athlon XP 2200+, jádro Thoroughbred Dalším zástupcem třídy Athlon byl testovaný procesor Athlon Jeho základní frekvence byla 1800 MHz se základním napětím 1,7V. Stejně jako Athlon pracoval i tento kus se základní frekvencí FSB 133 MHz, ale od Athlonu se lišil hodnotou násobiče (hodnota 13,5 oproti hodnotě 15) a o 0,05V sníženou hodnotou výchozího napětí. Testy ukázaly spojitost mezi oběma procesory Athlon s jádrem Thoroughbred. Podobné byly jak výkonnostní rezervy, tak nárůst výkonu v testech a podobné chování při nestabilitě. Oproti výchozímu stavu se mi podařilo Athlon přetaktovat na hodnotu 2200 MHz při zvýšeném napětí o 0,3V. Až na výjimky se všechny chyby procesoru projevovaly pádem operačního systému. Teplota se během testování ustálila na 52 C, což je nárůst o 15 C oproti výchozímu stavu. 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% Nárůst pracovní frekvence Factorial test PCMark File Compression PCMark File Decompression PCMark Grammar Chcesk PCMark File Decryption PCMark Audio Conversion PCMark DivX Compression 0,00% AMD Athlon Graf 4 - grafické výsledky procesoru AMD Athlon s jádrem Thoroughbred 24

32 5 Experiment na množině procesorů Z grafu č. 4 je možno vyčíst nevyrovnané výsledky výkonnostních testů. Domnívám se, že snížený výsledek Factorial a PCMark Grammar Check testů je způsoben stejnými příčinami jako u Athlonu Zhoršený výsledek testu PCMark DivX Compression je dle mého názoru ovlivněn dalšími komponentami, podobně jako v případě prvního testovaného procesoru Athlon AMD Sempron 2400+, jádro Thorougbred Tento procesor, zástupce levnější třídy Sempron, dosáhl během testů vynikajících výsledků. Výhodou procesoru je nízko nastavený výchozí násobič (nastaven na hodnotu 10) a relativně vysoká výchozí frekvence FSB 166 MHz. Výsledkem je tedy výchozí pracovní frekvence o hodnotě 1666 MHz se základním napětím 1,7V. Zde je velice vhodné upozornit na jistou podobnost mezi těmito procesory a procesory řady Athlon XP. Obě třídy procesorů používají shodné jádro. Například jediný rozdíl mezi tímto kusem a procesorem Athlon je rozdílná hodnota násobiče: Sempron pracuje s hodnotou násobiče 10, kdežto Athlon má nastavenou hodnotu násobiče na 12,5. Z původních 1666 MHz se mi podařilo procesor přetaktovat až na hodnotu 2210 MHz, což znamená nárůst o 544 MHz. Hodnotu napětí bylo nutné zvýšit z původních 1,7V na konečných 1,9V. Teplota procesoru zůstala po přetaktování relativně nízká, konkrétně jádro procesoru dosahovalo teploty 50 C oproti 40 C ve výchozím stavu. Zajímavým faktem je změna frekvence FSB, z původních 166 MHz na konečnou 221 MHz. Celkový nárůst frekvence FSB o 55 MHz byl nejlepším výsledkem ze všech testovaných procesorů. Na grafu č.5 je vidět relativně podobný nárůst výkonu ve všech výkonnostních testech. Tento fakt přisuzuji skutečnosti, že na maximální pracovní frekvenci procesor spolupracoval se sběrnicí FSB na taktu 221 MHz, čímž byl eliminován možný problém slabého místa v podobě pomalé sběrnice FSB. Snížený výkon ve srovnání s jinými testy vykázal test PCMark DivX Compression, což opět přikládám vlivu dalších komponent na tento test. Ačkoliv byla pracovní frekvence pamětí při maximálním taktu 292 MHz, myslím, že právě paměť byla úzkým místem při Factorial testu, a proto výsledek tohoto testu nekoresponduje s hodnotami v ostatních testech. 25

33 5 Experiment na množině procesorů 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% Nárůst pracovní frekvence Factorial test PCMark File Compression PCMark File Decompression PCMark Grammar Check PCMark File Decryption PCMark Audio Conversion PCMark DivX Compression 0,00% AMD Sempron Graf 5 - grafické výsledky procesoru AMD Sempron s jádrem Thoroughbred AMD Duron 800 Mhz, jádro Spitfire Jde o nejslabší testovaný procesor, který ale prokázal výborné výsledky. Od ostatních testovaných kusů se liší téměř ve všem. Především byl vyráběn 180 nm technologií. Též jako jediný používá jádro Spitfire, které ve výchozím nastavení komunikuje s dalšími komponentami skrze sběrnici FSB, taktovanou na hodnotu 100 MHz. (všechny procesory této třídy využívaly ke komunikaci stejně taktovanou sběrnici FSB a jediným rozdílem byla výchozí hodnota násobiče). Výchozí hodnota napětí tohoto procesoru byla 1,7V a v průběhu testů dovolovala základní deska toto napětí zvýšit až na hodnotu 2V. Oproti většině svých konkurentů disponuje tento procesor pouze 64 kb vyrovnávací pamětí L2 a jako jediný nemá teplotní čidlo umístěno přímo v jádře procesoru, ale pod keramickým krytem procesoru. Konečné výsledky byly pro mě překvapující. Procesor se mi podařilo přetaktovat z výchozích 800 MHz na hodnotu 1056 MHz s napětím zvýšeným o 0,1V. Zvláštností tohoto procesoru byl fakt, že absolutně nespolupracoval s napětím vyšším než 1,8V a veškeré snahy o spuštění operačního systému s takto zvýšeným napětím skončili neúspěchem. Teplota procesoru se během testů zvedla pouze mírně, díky mírně zvýšenému napětí a umístění tepelného čidla mimo jádro procesoru. 26