Hardware Overclocking - Tesina per istituto tecnico industriale

Indice tematico

Premessa…………………………………………………... pag.3

1. Che cos’è l’OVERCLOCK?…….…………………….. pag.4

1.1 Quando e perché overclockare? ……………... pag.5

1.2 I componenti overclockabili …………………. pag.6

2. Vantaggi e rischi…………………….………………… pag.7

3. CPU Overclocking…….………………………………. pag.8

3.1 Stati logici e frequenza di clock………………… pag.8

3.2 In pratica…………………………………………… pag.9

3.3 Tipi di raffreddamento…………………………... pag.10

4. RAM Overclocking …….……………………………... pag.12

5. GPU Overclocking …….……………………………… pag.13

Conclusione……………………………………………….. pag.14

Bibliografia ~ 2 ~

Premessa

Personalmente mi considero uno studente molto affascinato dal

computer, dai suoi componenti e dal loro funzionamento e per questo

ho scelto di analizzare nella mia tesina il tema dell’overclocking.

Essendo, il personal computer, uno strumento particolarmente

indispensabile nella vita di ognuno di noi, ritengo opportuno precisare

che esso va usato con intelligenza per tutto ciò che si desidera, quindi

per lavorare, per giocare, per imparare, per visualizzare immagini e

video, per navigare in Internet e per fare molte altre cose, ma a volte la

velocità di calcolo delle risorse può non bastare e ciò delude le nostre

aspettative a causa di rallentamenti e impossibilità di esecuzione di

software nuovi ed avanzati.

Ecco che, con un investimento ridotto o del tutto nullo, si riescono ad

aumentare le prestazioni delle macchine, coinvolgendo tutto

l’hardware di un PC nel processo di overclock. Non potendolo

sperimentare nei laboratori della scuola durante il corso di studi, ho

deciso di testarlo sul mio computer di recente assemblaggio attraverso

semplici metodi a portata di tutti, principianti ed esperti, e affermo che

i risultati delle prove mi hanno stupito e mi hanno permesso di capire

che con poco sforzo si possono avere molti miglioramenti in un

personal computer. Tuttavia per non avere delle brutte sorprese

bisogna stare attenti a scegliere la componentistica giusta per questi

test, seguire attentamente le guide specifiche e non esagerare.

Per fini esemplificativi e facilità di comprensione, la tesina tratterà

nozioni teoriche ed esempi pratici di overclocking con particolare

attenzione all’unità di elaborazione centrale, la CPU, pur essendo

coinvolti molti altri componenti. Iacob Alexandru Deac

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1. Che cos’è l’OVERCLOCK?

La maggior parte dell’hardware necessita di un segnale di clock per

poter funzionare e questo è assimilabile a un'onda quadra con valori

low e high (bit 0 e 1). Il segnale di clock è un segnale periodico con una

particolare frequenza di funzionamento che segnala il numero di cicli

di operazioni effettuate nell’unità di tempo, infatti, come suggerisce il

nome, “dà il tempo” ai componenti nella fase di lavoro.

Overclockare significa aumentare la frequenza di clock di un

componente comandato da questo segnale, come ad esempio CPU,

RAM e scheda video, migliorandone le prestazioni e la velocità di

calcolo. La parola “overclock” (abbreviato OC) deriva dall’unione di

“over” che in inglese significa “sopra” e “clock” che in informatica si

riferisce alla frequenza di lavoro di una parte hardware, gli Hz dei

microprocessori per esempio. In pratica si va oltre i limiti posti dalla

casa produttrice, la quale comunque usa questa tecnica per testare

l’affidabilità dei componenti prodotti.

Bisogna però considerare il fatto che moltissimi fattori limitano la

possibilità di overclockare un chip (la sua architettura, il voltaggio cui è

sottoposto, le caratteristiche proprie, la dissipazione usata per

compensare il calore prodotto, la scheda madre su cui è montato ecc.) e

si corrono dei rischi facendolo lavorare a frequenze non certificate, per

questo si deve avere una buona conoscenza dell’hardware e del

software utilizzato. Comunque il procedimento non è difficile e persino

l’utente non esperto può tranquillamente eseguire l’oc seguendo delle

guide reperibili nei siti e nei forum della rete Internet specializzati solo

ed esclusivamente in quest’argomento, usando un computer

giustamente configurato per tale scopo.

Oltre alla condivisione di benchmark in rete da parte dei veri

appassionati, si svolgono tornei internazionali di sfide mozzafiato tra

overclockers impegnati fino all’ultimo ciclo di clock.

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1.1 Quando e perché overclockare?

In molti casi, considerando per esempio le CPU, il distacco tra la

velocità indicata sulla scatola (di fabbrica) e quella con cui la CPU è

stata testata, è tanto ampio da rendere conveniente l’operazione di oc.

Bisogna considerare che è inutile aumentare tali velocità per poi

ottenere frequenti blocchi e perdita dati, poichè l'instabilità del pc non

è una caratteristica dell'overclock ben fatto. Un aumento prestazionale

deve sempre essere accompagnato da una totale tranquillità di

funzionamento.

Ormai diffusa su grande scala, tale pratica è nata con lo scopo di

ottenere prestazioni migliori dal proprio PC senza dover effettuare

altre spese per l’acquisto di nuovi componenti, per risparmiare quindi

nel campo informatico, motivo centrale della sua nascita.

Successivamente l’oc è diventato un passatempo interessante per

alcuni individui tentati a questo brivido, i quali iniziarono ad effettuare

prove su prove spingendosi sempre più vicini al limite sopportabile

delle CPU per poi fornire i sorprendenti risultati a portali web e riviste

specialistiche sotto forma di benchmark.

Si vanno quindi a cercare maggiori capacità operative del sistema

quando prevale l’utilizzo di videogames di ultima generazione,

particolari programmi di progettazione, di grafica o altri che esigono

requisiti estremi. È inopportuno overclockare quando si utilizzano

programmi che richiedono poca potenza di calcolo, come ad esempio

quelli per la videoscrittura, per la navigazione in Internet, per ascoltare

musica o visualizzare video.

L’operazione è assolutamente legale ma è necessario sapere che

modificare le caratteristiche di un componente equivale alla perdita

immediata della garanzia. Risulta comunque difficile dimostrare che è

stato effettuato un overclock se si provvede a riportare i parametri ai

settaggi originali, purché non vengano causati danni irreparabili.

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1.2 I componenti overclockabili

L'overclock riguarda tutti quanti i componenti dotati di un chip che

può essere aumentato di frequenza per ottenere prestazioni superiori a

quelle di norma. In un personal computer sono overclockabili:

-Processore (CPU): tramite il bios della scheda madre, il quale deve

avere determinate caratteristiche specifiche o tramite il sistema

operativo con varie utility software.

-Scheda video (GPU): le sue prestazioni aumentano

vertiginosamente con l’innalzamento del clock del bus PCI attraverso

appositi applicativi.

-Memoria (RAM): la velocizzazione dell'accesso alla memoria

avviene con la modifica della frequenza, dei timing o di entrambi ed è

di rilevante importanza il Front Side Bus.

-Hard Disk: aumentando di frequenza il controller dei dischi che

funziona su bus PCI, aumenta automaticamente la sua velocità di

funzionamento ma non il numero di giri del disco il che comporta

l’instabilità del sistema. Spesso la velocità di funzionamento del

controller fa aumentare la temperatura dei chip presenti nell'elettronica

dei dischi rigidi.

E' possibile overcloccare moltissimi altri componenti, ma per adesso

mi limito a questi e per maggiori approfondimenti rimando la lettura ai

capitoli 3, 4 e 5. ~ 6 ~

2. Vantaggi e rischi

I vantaggi offerti dall’oc hanno portato tanto entusiasmo e stupore

nelle case degli amanti dell’hardware, tanto da rendere questo un vero

hobby, un vero costume, una vera passione. Vediamo ora quali sono.

-Maggiori prestazioni in termini di velocità di calcolo, rispetto alle

configurazioni di default dei vari componenti, permettono di ottenere

prestazioni tangibili con i più recenti videogames e con i programmi

per la codifica di filmati o per il rendering di grafica 3D.

-Eventuale risparmio monetario sull’hardware. Un componente

overclockato risulta più competitivo (fino ad un certo punto) con le

generazioni successive ad esso e perciò si può rimandare l’acquisto di

un nuovo componente.

-Libertà di settaggio e divertimento entro i limiti concessi dai

componenti stessi.

I rischi dovuti all’overclock sono molteplici, elenchiamone alcuni.

-Temperature troppo alte. Overclockando si portano i componenti

stessi ad una temperatura d’esercizio maggiore che, se non

opportunamente dissipata, comporta il danneggiamento permanente

del componente.

-“Morte preventiva” del componente (in genere spegnimento

automatico del sistema) dovuta a settaggio sbagliato dell’oc. La causa

può essere un voltaggio non adatto (overvolt) o una sovratemperatura

(overwarm) per frequenza troppo elevata.

-Instabilità e possibile perdita di dati. La si nota dai molteplici

riavvii e dalle schermate blu di errore (Blue Screen of Death, BSoD).

-Elettromigrazione, cioè il fenomeno che si crea quando una

corrente elettrica eccessiva passa in un metallo come l'alluminio, usato

per i collegamenti dentro ai chip di silicio, provocando uno

spostamento di materia che col tempo interrompe le piste di

alimentazione e mette fuori uso il circuito destinato alla rottamazione.

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3. CPU Overclocking

3.1 Stati logici e frequenza di clock

I vari stati logici presenti all'interno della CPU sono rappresentati

dai livelli logici 1 e 0, corrispondenti a due livelli di tensione, alto e

basso. Tali livelli logici sono gestiti da varie combinazioni circuitali di

transistor CMOS; ogni nodo del circuito elettrico della CPU presenta

sempre una certa capacità, che può essere rappresentata dalle capacità

dei gate dei transistor, oppure dalle capacità parassite dei collegamenti

tra i vari componenti. Ogni volta che un nodo del circuito deve

cambiare di stato logico, commutando da 0 ad 1 o viceversa, tali

capacità devono caricarsi o scaricarsi e la tensione ai loro capi deve

variare dal livello basso al livello alto o viceversa, tanto più

rapidamente quanto più elevata è la frequenza di commutazione

(clock). La rapidità della carica o scarica genera una corrente: più la

corrente è elevata, meno tempo impiega la capacità a caricarsi. Poiché

la corrente dipende dalla tensione applicata, maggiore è tale tensione,

maggiori saranno le correnti di carica/scarica delle capacità, minori

saranno i tempi di commutazione di stato e quindi maggiore sarà la

frequenza di clock disponibile.

Nelle schede madri dei PC la frequenza del bus di sistema

(attraverso il quale comunicano tra loro RAM, Bios e Cpu) è generata

da un sintetizzatore(PLL). La CPU, usa la frequenza del Bus di sistema

per generare la sua frequenza di riferimento ottenuta moltiplicandola

per un fattore di moltiplicazione. In questo modo si può aumentare la

frequenza di clock del processore agendo sul fattore di moltiplicazione,

sulla frequenza di bus o su entrambi.

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3.2 In pratica

Per avere un pc più veloce non basta semplicemente alzare la

frequenza di lavoro di una cpu, ma spesso per mantenere l’operatività

della cpu a regimi più alti bisogna alzare anche il Vcore, ossia il suo

voltaggio. Infatti, perché un overclock possa dirsi riuscito tutto il

sistema deve essere stabile e non andare in schermata blu. Il produttore

per non rischiare di dotare una cpu di un voltaggio minore di quello

che necessita realmente, assegna a tutte le cpu della serie un voltaggio

maggiore rispetto a quello che una cpu media necessita realmente.

Per raggiungere dei buoni risultati è necessario che la cpu sia

affiancata da componenti hardware all’altezza: importante la scheda

madre e le memorie RAM. È proprio attraverso i settaggi del BIOS

della motherboard che si obbliga il processore a sostenere una