Прежде чем перейти к рассмотрению основного вопроса данной статьи обязательно стоит упомянуть о том, что действия автора могут привести к выходу оборудования из строя и потере гарантии. Материал приведен исключительно в ознакомительных целях. Если вы собираетесь выполнять описанные ниже действия, то необходимо хотя бы раз прочитать данную статью да конца.
Мало кого оставит равнодушным анонс процессоров Skylake. Посудите сами, слишком незначительным кажется практический эффект от преобразований, заложенных в данной новинке. Усовершенствованная платформа с поддержкой памяти DDR4, переработанная микроархитектура, прогрессивный технологический процесс 14 нанометров в сумме дают некоторое улучшение производительности в пределах единиц процентов. Как такое может быть?
Именно по этой причине к тестам новинок хочется возвращаться снова и снова. Кажется, что мы упустили что-то значительное. При обзоре Skylake было высказано предположение, что такое не слишком большое увеличение производительности по сравнению с предшествующими моделями может быть связано с ростом оверлокерского потенциала. Достаточно просто взять один из образцов CPU нового поколения и провести подобный анализ частотного потенциала при использовании всех доступных технических средств, в том числе и удалении процессорной крышки, и замены штатного термоинтерфейса от Intel.
Разгон Skylake: замечаний
Изначально вывод об улучшении частотного потенциала процессора Skylake по сравнению с предшествующими моделями был сделан на основе того, что инженерные образцы новых процессоров демонстрировали способность к стабильной работе на частотах 4,5 – 4,6 ГГц. Такой разгон не требовал использования высокоэффективных систем охлаждения, а также особых ухищрений при настройке BIOS UEFI. Подобных частот удавалось достичь и ранее при использовании процессоров серии Devils Canyon.
Однако на их покорение могли претендовать далеко не все экземпляры процессоров прошлого поколения. В Skylake такой результат был получен уже среди первых случайно выбранных экземпляров. Уверенности в том, что Skylake превзойдет по оверлокерским свойствам предшественников, добавили изменения в платформе LGA1151. Многие эти изменения были сделаны с расчетом на полное раскрытие частотного потенциала.
Так, например, конвертер питания процессора был возвращен на материнскую плату. Используемая в процессорах Haswell и Broadwell схема с интегрированным преобразователем питания, оказалась не очень удобной и полезной в ультраэнергоэффективных разработках. В платформах на базе Skylake разработчики решили снова вернуться к привычному конвертеру питания на материнской плате. Это должно было принести несомненную пользу при разгоне. Преобразователь, интегрированный в процессор, является узлом с достаточно высоким напряжением.
Его изъятие должно автоматически снизить нагрев CPU. Внешний преобразователь, реализованный на платформе LGA 1151, отвечает за подачу питания непосредственно по трем независимым линиям: VGT, VSA, Vcore, в то время, как Haswell требовалось от платы только напряжение VCC_IN. Таким образом распределение нагрузки дает возможность уменьшить предельные значения тока в каждой линии, благодаря чему производители материнских плат получают возможность реализовывать более стабильные силовые схемы. Это также играет не последнюю роль при разгоне.
Другим значительным нововведением стала отвязка частоты шин PCIe/DMI от базового тактового генератора BCLK. Значение BCLK в результате не влечет за собой переразгон шин PCI Express и DMI, которые особенно капризны к частоте. Данная проблема раньше решалась путем ввода дополнительных делителей. За этот счет оверлокерам кроме штатной частоты BCLK 100 МГц также были доступны частоты 125 и166 МГц с небольшой окрестностью данных значений. Частота шин PCI Express и DMI формируется независимо. Для использования с целью разгона становится доступен полный диапазон значений BCLK. Это означает, что в отличие от своих предшественников, Skylake легко можно запускать на частотах выше номинальных не только путем изменения коэффициента умножения, но и за счет изменения частоты BCLK.
Следует отметить, что разгон за счет увеличения BCLK доступен только для процессоров Core i7-6700K и Core i5-6600K, которые относятся к оверлокерской серии со свободным коэффициентом умножения. Другие представители линейки Skylake лишены такой возможности. Шина DMI и PCI Express в частности, как и в предыдущих модификациях, жестко привязана к базовой частоте. По этой причине разгон по шине даже в случае небольшого разгона BCLK от номинальных 100 МГц натыкается на препятствия. В неовкерлокерских процессорах на повышение блокируется и множитель для тактовой частоты, поэтому других подходящих для разгона объектов кроме Core i7-6700 K и Core i5-6600 K в семействе Skylake нет.
Нельзя забывать и об еще одном нововведении Skylake. Двухканальный контроллер памяти стал более гибким и податливым. Теперь в нем есть не только поддержка двух стандартов памяти DDR4 и DDR3L. Он также может тактовать память на очень высоких частотах вплоть до DDR4-4133. Кроме того, набор делителей для частоты памяти стал более широким. Ее изменение стало возможно с двое меньшим шагом 100/133 МГц. Иначе говоря, архитектурных решений, которые могли бы сделать Skylake подходящим для разгона, довольно много. Статистика, накопленная к настоящему моменту, показывает, что наши предположения об улучшении реального разгонного потенциала по сравнению с Devil’s Canyon и Haswell на самом деле оказались слишком оптимистичными.
Skylake производится по более современному технологическому процессу. Кроме того, они занимают на 30% меньше площади, чем Haswell. Тепловыделение и рабочие температуры у Skylake остались примерно на том же уровне, что и у предшественников. Отчасти это связано с тем, что в старших моделях Skylake инженеры компании Intel решили несколько увеличить напряжение питания процессорных ядер. В итоге получилось, что серийные процессоры LGA 1151 разгоняются до 4,5 – 4,6 ГГц. Это немного лучше, чем предыдущие модели.
Самое неприятное в том, что препятствия на пути к покорению более высоких частот те же, что и раньше. Чтобы достичь стабильности при разгоне необходимо дополнительно увеличивать напряжение питания, это может привести к значительному росту тепловыделения. Процессор в результате начнет перегреваться. Таким образом, получается, что частотный потенциал Skylake нельзя раскрыть полностью в связи с проблемами с эффективным снятием тепла с процессорного кристалла.
Такие проблемы действительно имеются, ведь кристалл Skylake стал меньше, плотность теплового потока возросла. Но при этом компания Intel решила не вносить изменений в фирменный термоинтерфейс, расположенный под процессорной теплораспределительной крышкой. Он остался тем же, что и Devil’s Canyon. Это полимерная термопаста, обладающая сомнительными теплопроводящими свойствами. Таким образом, недостаток системы теплоотведения десктопных процессоров Skylake никуда не делся.
Если учитывать всю представленную выше информацию, то в тестировании обязательно следует обратить внимание, на что будет способен оверлокерский потенциал Skylake если его внутренний термоинтерфейс получит высокую теплопроводность. Проще говоря, было проведено снятие с Core i7-6700 K металлической теплорассеивающей крышки. Она была заменена на штатную интеловскую термопасту с более высокими характеристиками. Осталось только поделиться полученными результатами.
Core i7-6700 K: тестовый процессор
Для проведения тестирования был приобретен обычный процессор Core i7-6700 K. Следует напомнить, что это флагманская четырехъядерная модель для новой платформы LGA 1151. Паспортное значение частоты процессора равняется 4,0 ГГц, однако благодаря использованию режима Turbo Boost она может быть увеличена на 4,2 ГГц. Кроме того, процессор Core i7-6700 K поддерживает технологию Hyper-Threading и обладает кэш-памятью третьего уровня объемом 8 Мб. Номер партии доставшегося нам процессора L525B514.Это значит, что CPU был выпущен в Малайзии в период с 14 июня по 20 июня этого года. Значение номинального напряжения процессора используемого нами экземпляра оказалось установлено на уровне 1,296 В.
Таким образом, если провести поверхностную оценку, то нам достался средний процессор с точки зрения разгонного потенциала. Тут все достаточно легко подтверждается при проведении натурных экспериментов. Максимальная частота, при которой процессор Core i7-6700 K продолжал работать стабильно, равняется 4,6 ГГц. На более высоких частотах появлялся риск перегрева. Скорее всего значение частоты в 4,6 ГГц является наиболее вероятным разгоном для оверокерских Skylake, если для охлаждения не используются никакие специальные методы. Проводились оверлокерские тесты на базе материнской платы ASUS Maximus VIII Ranger.
Методика тестирования заключалась в следующем: множитель последовательно увеличивался от номинальных 4 ГГц. При потере системой стабильности параллельно увеличивалось и напряжение VCore. На протяжении все тестов опция Load-Line Calibration была установлена в положение Level 4. В таком состоянии обеспечен максимальный уровень отклонения напряжения от выбранного уровня в случае роста нагрузки. Для устойчивости разгона использовалась утилита LinX 0.6.5, в основе которой используется математический пакет Linpack 11.3.0.006. В процессе тестирования на каждой итерации фиксировалась максимальная температура, до которой нагревался CPU при проверке на стабильности.
Также фиксировался максимальный уровень потребления системы. При первоначальном тестировании за охлаждение процессора отвечал башенный кулер под 140-мм вентилятор Noctua NH-U14S, а также термопаста Artic MX-2. До частоты 4,4 ГГц процессор вообще разгонялся без всякого повышения напряжения. В последующем каждый шаг требовал прибавки напряжения к VCore. Дальнейший разгон быстро заканчивается. Чтобы достичь высоты в 4,6 ГГц, напряжение на ядрах приходится повышать до уровня 1,4 В.
Это проводит к нагреву процессора до 91 °С. После этого рост температуры, конечно же, оказывается невозможным. Повышать напряжение дальше нельзя из-за того, что температура может приблизиться к границе троттлинга. Она у Skylake проходит на уровне 100°С. С таким уровнем стабильности уже нет. Самым разумным выходом из такой ситуации может стать замена кулера на более эффективную модель. Но сработает ли такой метод со Skylake? Попробуем проверить. Следующий тестовый прогон был выполнен при использовании более эффективной системы охлаждения – «двухсекционной башни NoctuaNH-D15». Некоторое улучшение с точки зрения температурного режима заметно сразу.
Однако принципиально ничего не изменилось. Процессор так и не получилось разогнать выше 4,6 ГГц, даже при использовании лучших кулеров. Следующий шаг в частоте потребует повышения напряжения Vcore до 1,48 В. При таких рабочих параметрах Noctua NH-D15 не справляется с отводом тепла. В результате процессор перегревался. На частоте 4,6 ГГц этот достаточно эффективный двухбашенный охладитель смог обеспечить снижение температуры всего на 5 °С по сравнению с односекционной башней Noctua NH-U14S.
Такое небольшое снижение температуры при переходе к более эффективной системе охлаждения дает указание на то, что следует дальше делать для улучшения оверлокинга. По результатам проведенного эксперимента становится ясно, что процессорные ядра перегреваются не в результате малой производительности системы охлаждения, которая снимает тепло с теплораспределительной крышки. Причины неблагоприятного температурного режима стоит искать в буквальном смысле глубже — в процессе передачи тепла от процессорного кристалла к закрывающей крышке. Самым наглядным интерфейсом в пользу того, что внутренний термоинтерфейс лучше заменить, является несостоятельность мощнейших кулеров.
Skylake: проблемы и способы их решения
Обычно при скальпировании процессоров Haswell используется два метода: силовой сдвиг крышки при помощи тисков или ее аккуратное срезание при помощи тонкого лезвий. Первый метод кажется наиболее безопасным. Подобный подход можно применить и по отношению к Skylake.Однако оказалось, что корпус новинок LGA 1151 имеет значительные конструктивные отличия. В результате алгоритм действий пришлось несколько пересмотреть. Проблема заключается в том, что миниатюризация Skylake затронула не только полупроводниковый кристалл. Текстолит, на который монтируется CPU, также стал значительно тоньше. Толщина платы уменьшилась до 0,8 мм.
Это почти в два раза меньше, чем толщина платы Haswell. Некоторые сомнения вызывает и продольная прочность тонкого слоя текстолита. На первый взгляд может показаться, что при приложении усилий на сдвиг крышки, сдаться может не клеевой состав, который фиксирует ее на поверхности процессора, а процессорная плата. Эти опасения подтверждаются заметным числом повреждений новых CPU, в которых пользователи прибегли к скальпированию. Более подробно об этом можно прочитать на многочисленных форумах.
Платы процессоров Skylake легко скалываются, ломаются и гнутся. Срезание лезвием также оказывается не слишком безболезненным. Дорожки, расположенные внутри тонкой платы Skylake, лежат неглубоко. Их довольно легко повредить при первой попытке просунуть лезвие между текстолитом и металлической крышкой. По этой причине вероятность успеха при использовании данной методики избавления процессора от теплорассеивателя также далеко от 100 %. Неужели изменение конструкции новых процессоров сделало процедуру скальпирования опасной? На самом деле есть один прием, при помощи которого в случае сдвига крышки тисками можно обойтись без приложения значительных усилий.
В основе данного метода лежит тот факт, что клеевой состав, используемый в Skylake, при нагреве утрачивает свои соединительные свойства. Иначе говоря, если в качестве основного элемента при скальпировании использовать технический фен, то опасность повреждения процессора можно снизить на порядок. Опыт показывает, что для этого достаточно просто слегка поджать процессор в тисках, при этом уперев их губку в кромку печатной платы и теплорассеивающую крышку. С остальной работой неплохо справляется обычный фен.
Достаточно непродолжительного обдува (10-20 секунд) потоком горячего воздуха, и крышка уже готова отскочить. Под крышкой можно обнаружить вполне привычную картину – термопаста действительно напоминает собой термоинтерфейсный материал NGPTIM, который встречается в процессорах Devil’s Canyon. Это не самая ужасная пересохшая субстанция, которую можно обнаружить в Hasswell, в вещество по консистенции чем-то напоминающая нормальную термопасту. Теплопроводность данного состава вызвала не лестные отзывы еще в Devil’s Canyon. Таким образом замена данного состава вполне может положительно сказаться в процессорах Skylake.
Замена термоинтерфейса
Посмотрим, что будет, если заменить штатный термоинтерфейс на термопасту с лучшей теплопроводностью. Данный подход к процессу скальпирования предполагает, что после очистки процессора и теплорассеивающей крышки от старого слоя термопасты и клеящего состава мы наносим новый термоинтерфейс на процессорный кристалл и собираем его.
Никто не запрещает использовать Skylake со снятым теплорассеивателем. Однако это может повлечь за собой некоторые проблемы. Меньшая из них – опасность повреждения полупроводникового кристалла. Кроме того, придется отказаться от штатного крепления, снять с процессорного ядра прижимную рамку и спилить верхнюю часть разъема LGA 1151, высота которых больше, чем у кристалла Skylake.
Проблемы также могут возникнуть из-за толщины и хлипкости процессорной платы, которую нужно обязательно прижимать в разъеме не только в центре, но и по краям. Иначе она будет деформироваться и не даст обеспечить соединение с контактами LGA 1151, которые расположены по всему периметру разъема. Использование Skylake в сборе решает все эти проблемы. Эксперименты показывают, что металлическая крышка между кулером и процессорным кристаллом увеличивает температуру ядер всего на 2-3 градуса. Иначе говоря, особого практического смысла в выполнении данных манипуляциях нет.