Скальпирование Kaby Lake: в погоне за 5 ГГц

⇡#Разгон скальпированного процессора

Эффект от замены интеловского термоинтерфейсного материала жидким металлом можно ощутить сразу же: для этого можно даже не разгонять процессор. Например, температурный режим нашего Core i7-7700K после скальпирования стал таким.

Максимальные температуры снизились весьма существенно — на 18 градусов, а максимальный нагрев процессора не превышал 62 градусов. Можно заметить и ещё один положительный момент: сильно уменьшился разброс в температурах отдельных вычислительных ядер. Если до замены термоинтерфейса разница в нагреве самого горячего и самого холодного ядер могла достигать 9 градусов, то после применения жидкого металла эта дельта снизилась до 5 градусов.

Ещё сильнее эффект от замены внутреннего термоинтерфейса прослеживается при разгоне. В изначальном состоянии максимальная частота, которую мог взять подопытный Core i7-7700K, составляла 4,6 ГГц, и при этом температура процессора вплотную приближалась к 100-градусной границе, где включается троттлинг. Теперь же на этой частоте Core i7-7700K стал чувствовать себя абсолютно вольготно.

Несмотря на то, что напряжение V_CORE увеличено до тех же 1,24 В, температура при тестировании в LinX 0.7.0 не выходит за отметку в 69 градусов. Таким образом, при разгоне до 4,6 ГГц нам удалось отыграть целых 26 градусов – весьма впечатляющий результат. Лучшей иллюстрации того, что скальпирование – весьма действенный способ форсирования разгона, нельзя было и пожелать. Очевидно, что замена термоинтерфейса под процессорной крышкой способна заметно отодвинуть границы максимального разгона. Никакого преждевременного перегрева CPU теперь происходить не должно.

Максимальные процессорные частоты при различных уровнях питающего напряжения, которые стали доступны после скальпирования, собраны в следующей таблице.

Частоту 4,8 ГГц удалось без труда получить при напряжении 1,32 В, а при напряжении 1,42 В процессор взял отметку в 4,9 ГГц. При этом ни о каком перегреве речь не идёт: даже в последнем случае максимальная температура при прохождении тестов стабильности составляет лишь 86 градусов.

Полностью же новая кривая зависимости температуры от частоты для тестируемого образца CPU приведена на следующем графике.

Этот график как нельзя лучше иллюстрирует тот факт, что стандартная интеловская термопаста в случае разгона процессора – это очень большая проблема. Поэтому-то скальпирование и оказывается столь эффективным: простая замена термопасты под процессорной крышкой позволила улучшить разгонные возможности Core i7-7700K как минимум на 300 МГц относительно изначального уровня. В результате даже наш относительно неудачный процессор смог почти добраться до психологически важной 5-гигагерцевой отметки.

И вполне возможно, что с применением более эффективного охлаждения, чем наш тестовый кулер Noctua NH-U14S, результат разгона мог бы оказаться ещё лучше. Ведь даже на частоте 4,9 ГГц определённый запас по температуре остаётся.

Однако здесь необходимо затронуть ещё один важный вопрос, который возникает у многих оверклокеров при разгоне скальпированных Kaby Lake. Внедрение жидкого металла под процессорную крышку приводит к тому, что максимальные температуры перестают ограничивать разгон и открывают достаточно широкий простор для увеличения напряжения питания. Но до каких пор можно повышать напряжение V_CORE, чтобы процессорный кристалл, долговременно работающий в таких условиях, не стал деградировать?

Однозначного ответа на этот вопрос, к сожалению, не существует. В официальных спецификациях Kaby Lake в качестве максимально допустимого напряжения процессора указана величина 1,52 В. Но это – техническое значение, определяющее лишь предельный уровень кратковременных превышений. При долговременной же эксплуатации данный ориентир, очевидно, брать в рассмотрение не стоит.

Поэтому на оверклокерских форумах для 14-нм процессоров обычно рекомендуют останавливаться на максимальных значениях напряжений порядка 1,35-1,4 В. Тем не менее инженеры из числа разработчиков материнских плат говорят о том, что и эта рекомендация – не слишком корректная. Дело в том, что деградация полупроводниковой структуры происходит не столько от напряжения, сколько от высоких токов, поэтому безопасный уровень напряжения питания зависит от изначального качества полупроводникового кристалла, и его нужно определять не в виде абсолютной величины, а через фактическое энергопотребление каждого конкретного экземпляра CPU при его разгоне. Общая рекомендация звучит так: повышать напряжение V_CORE безопасно до тех пор, пока потребление процессора под нагрузкой превышает изначальный уровень энергопотребления, наблюдаемый при номинальной частоте и штатном VID, не более чем вдвое.

Мы проверили, насколько это правило выполняется для нашего экземпляра Kaby Lake. Энергопотребление нашего экземпляра Core i7-7700K при различном разгоне и при тестировании в LinX 0.7.0 было измерено при помощи токовых клещей, подключённых к линиям питания процессорного преобразователя напряжения.

Зависимость получилась следующей.

Правило выполняется для любой частоты и всех используемых нами напряжений. Но при разгоне до 4,9 ГГц потребление по сравнению с изначальным уровнем возрастает на 94 процента, поэтому такой режим с повышением напряжения до 1,42 В следует считать пограничным вариантом с точки зрения безопасности при долговременном использовании. Именно поэтому дальнейший оверклокинг с ещё более существенным увеличением напряжения питания мы проводить не стали. Впрочем, и достигнутый результат весьма неплох, ведь скальпирование добавило к первоначальному предельному результату целых 300 МГц, которые можно конвертировать в дополнительные 6-7 процентов производительности без особого риска деградации CPU даже при условии постоянной работы в таком режиме.

⇡#Выводы

Несмотря на то, что посредственная термопаста под процессорной крышкой остаётся, пожалуй, одной из самых серьёзных претензий к интеловским процессорам со стороны энтузиастов разгона, делать с этим производитель ничего не намерен. Произошедшая в Ivy Bridge отмена пайки кристалла к теплорассеивателю позволила микропроцессорному гиганту существенно упростить и удешевить серийную сборку процессоров, поэтому возврата к старым технологиям ждать уже не приходится. Не стремится Intel и как-то улучшить состав внутреннего термоинтерфейсного материала, который хоть и находится в наиболее узком и ответственном месте по пути прохождения теплового потока, работает далеко не так эффективно, как того хотелось бы.

В итоге, по мере того, как компания Intel внедряет новые техпроцессы и уменьшает площадь полупроводниковых кристаллов, не сокращая при этом их тепловыделение, съём с них тепла происходит всё хуже и хуже. Именно поэтому «доработка» процессоров путём снятия крышки и замены штатной термопасты жидким металлом с каждым новым поколением CPU становится только актуальнее и популярнее. И совершенно неудивительно, что свежие представители семейства Kaby Lake оказались в апогее данной тенденции.

Новая производственная технология 14+ нм, которую Intel внедрила в Kaby Lake, заметно отодвинула предельные частоты этих процессоров. Однако увидеть это без предварительной подготовки процессора не так-то просто. По достижимому «из коробки» разгону чипы семейства Kaby Lake превосходят своих предшественников не слишком сильно и редко когда оказываются способны взять «на воздухе» 5-гигагерцевую частоту, которую ещё в 2011 году нащупали 32-нм процессоры поколения Sandy Bridge. В большинстве случаев всё упирается в высокие температуры, наблюдаемые даже при незначительном (в относительном выражении) оверклокинге Kaby Lake.

К счастью, скальпирование с заменой интеловской термопасты жидким металлом эту проблему решает кардинально. После выполнения этой процедуры отыграть удаётся два-три десятка градусов, что сразу же открывает новые оверклокерские рубежи. Фактически рассчитывать можно на добавление к базовому разгону дополнительных трёх сотен мегагерц, которые в большинстве случаев вымостят дорогу напрямую к 5-гигагерцевой отметке.

Есть и ещё одна хорошая новость. Высокая востребованность скальпирования в среде энтузиастов привела к тому, что для безопасного и результативного выполнения этой процедуры стали появляться специальные приспособления. И это делает скальпирование доступным не только искушённым энтузиастам. При подготовке этого материала мы попробовали снять процессорную крышку при помощи нехитрого устройства, распечатанного на 3D-принтере, и теперь со всей ответственностью можем заявить, что такой метод настолько прост и надёжен, что вполне подходит даже для новичков, которые хотят ощутить оверклокерский кураж и заработать своими умелыми руками (в прямом смысле) дополнительную прибавку к производительности системы.