domingo, 18 de marzo de 2012

Conceptos Overclock: Temperaturas

Introducción
El overclock es una práctica que nos permite aumentar el rendimiento de un dispositivo en base a subir la velocidad de serie de sus componentes. Su traducción, que sería “por encima del reloj”, ya indica que consiste en incrementar la frecuencia de un componente, sobrepasando su velocidad de serie, y usándolo por encima del valor de las especificaciones del fabricante. El overclock se puede realizar a un ordenador de sobremesa, a un portátil, a un móvil y a muchos otros aparatos, pero me centraré en el primero de ellos por ser el dispositivo más idóneo donde aplicarlo.

El OverClock, abreviado OC, es un ejercicio que, realizado de forma segura, es práctico y recomendable llevar a cabo en un PC, ya que sin perjuicio ni coste alguno la mejora de rendimiento que obtendremos puede llegar a ser muy notable. El OC básicamente se puede realizar al procesador, a la memoria y a la tarjeta gráfica, siendo en general el más beneficioso el aplicado al procesador.

Mi intención es explicar de forma resumida y sobre todo comprensible los conceptos más importantes que se deben conocer para realizar un overclock fiable al procesador -los fundamentos son extensibles a otros componentes o dispositivos- con el fin de animar al que nunca lo haya realizado, de instruir al curioso que no se conforma con hacer overclock copiando una plantilla y le gustaría conocer las nociones, y como no, de castigar con más subcultura al resto de lectores de este blog. A pesar de contarlo resumido, el tema es demasiado extenso así que lo publicaré en varias entregas, la primera está dedicada a un concepto fundamental: las temperaturas.



TEMPERATURAS
La temperatura es uno de los factores vitales a tener en cuenta para realizar un overclock seguro, pero es que además de la fiabilidad, es la temperatura quien nos va a limitar el OC, siendo una de las principales causas de no poder alcanzar un determinado overclock estable. Desde el punto de vista de practicar el OC al procesador, los siguientes términos forman parte de la nomenclatura relacionada con las temperaturas que debemos conocer, entender qué representan y monitorizarlas durante el proceso de overclock:

Tjunction, abreviado Tj, aka Tcore: Representa la temperatura de los núcleos (cores) del procesador. Por lo tanto tendremos un valor por cada core que tenga nuestra CPU.

Para monitorizar las temperaturas de los núcleos (o Tjunction) podemos usar alguna de estas utilidades: CoreTemp, Real Temp, HWMonitor, AIDA64 o HWiNFO. A continuación muestro una captura con todos ellos señalando el lugar donde visualizan las Tjunction:





Tjunction Max, abreviado Tj. Max: Es la temperatura máxima que pueden alcanzar los núcleos sin sufrir desgaste prematuro o daños irreversibles.

En caso de que algún core llegue a esta temperatura y para evitar daños, la CPU incorpora un mecanismo que reduce su frecuencia y voltaje durante unos milisegundos para conseguir rebajar la temperatura, a este sistema de protección contra el sobrecalentamiento del procesador se le conoce como Thermal Throttling o TT.

Para conocer la temperatura máxima de los cores (o Tjunction Max) podemos ver las especificaciones del fabricante para nuestra CPU, en el caso de Intel la podemos consultar en esta web oficial. La utilidad CoreTemp también nos muestra esta temperatura.

Hay que tener en cuenta que, los sensores térmicos que lleva el procesador para los núcleos no indican las temperaturas Tjunction, y lo que suministran en realidad es el valor de la distancia a la que se encuentran del Tj.Max. Esto a efectos prácticos significa que cualquiera de los programas que nos muestran la temperatura de los cores (Tjunction) lo que están haciendo es calcularla a base de restar al Tj.Max el valor leído de los sensores, es decir, temperatura core Tj = Tj.Max - distancia al Tj.Max.
Si el Tj.Max que asume el programa no es el correcto para nuestro procesador, las temperaturas que estaremos viendo serán erróneas; por esta razón muchas de las utilidades permiten configurar manualmente el valor de Tj.Max y/o a su vez si lo preferimos configurar el programa para que muestre el valor de la distancia al Tjunction Max en lugar de esa temperatura calculada.


A la izquierda el CoreTemp mostrando la temperatura máxima de los cores para esta CPU según las especificaciones; y a la derecha el RealTemp mostrando el valor de los sensores sin manipular, es decir, muestra la distancia a la que se encuentran los núcleos de su temperatura máxima:



Tcase, abreviado Tc, aka Tcpu: Es la temperatura interior del empaquetado, de la caja (de ahí lo de case, pero no confundir con la temperatura de la caja o torre del ordenador) donde se encuentra la CPU; se le conoce como la temperatura de la CPU y sólo tendremos un valor independientemente del número de cores que tenga el procesador.

Esa caja se refiere al envoltorio que protege el procesador y que tiene además la función de disipar en primera instancia el calor generado; recibe el nombre de IHS o Integrated Heat Spreader (disipador térmico integrado). La temperatura Tcase la suministra un sensor ubicado en el centro geométrico de este disipador integrado o IHS.

Para monitorizar esta temperatura podemos usar los programas HWMonitor o AIDA64 entre otros. Como en los apartados anteriores muestro también aquí una captura con las utilidades señalando en este caso el valor de Tcase:



Tcase Max, abreviado Tc. Max: Es la temperatura máxima que puede adquirir el interior de la CPU. Si alcanzamos esa temperatura máxima, entrará también en funcionamiento el sistema de protección que he mencionado más arriba, el Thermal Throttling, y si aun con este mecanismo no se puede contener la temperatura, la CPU se detendrá para evitar daños.

La temperatura máxima del procesador (Tcase Max) es un dato que averiguaremos consultando las especificaciones de nuestra CPU. Ninguna de las utilidades populares muestra este dato.

En el caso de que sea Intel podemos ir a su web oficial para consultarlo, pero según el tipo de procesador que busquemos, en dicha página veremos sólo un dato respecto su temperatura máxima que será o bien la Tcase Max o bien la Tjunction Max. Pienso que deberían indicar allí mismo ambos datos para todos los procesadores en los que aplica; no aplica para todos los procesadores porque hay modelos de CPU que no incorporan un IHS y por lo tanto no existe su valor de Tcase.

La diferencia habitual entre la temperatura Tjunction Max y Tcase Max está entre los 20ºC y 30ºC, es decir, si la Tj.Max es 100ºC la Tcase Max será de unos 70ºC. Esto como valores orientativos y no como una regla matemática.

Dejo una captura a modo de ejemplo, del procesador i7-3930K, consultado en dicha web de Intel donde vemos que su Tcase máximo es de 66,8ºC:



Tambiente, abreviado Ta o Tamb: Es la temperatura ambiente de la habitación donde se encuentra nuestro ordenador.

Es un dato imprescindible a tener en cuenta cuando analizamos las temperaturas de la CPU, y en general de cualquier componente del ordenador, porque ésta determina en primera instancia el resto de temperaturas. Para conocerla hay que disponer de algún termómetro en la habitación, como por ejemplo los de Scientific Oregon que tiene en su catálogo muchos modelos, desde muy básicos hasta otros virgueros que sirven además de elemento decorativo en el escritorio.

Debemos anotar la temperatura ambiente existente en el momento de comprobar las temperaturas del overclock realizado, sobre todo si queremos compararlas con otras personas o entre nuestros propios resultados de distintos OCs que hayamos probado. Otra consideración es que, si por ejemplo, hacemos el OC con 18ºC de Tambiente (en invierno), cuando la temperatura ambiente de la habitación sea de 28ºC (en verano), tanto la temperatura de los cores (Tjunction) como la temperatura del procesador (Tcase) aumentarán esos grados de diferencia.

El termómetro que utilizo para conocer la temperatura ambiente, y que en el momento de la foto era de 22,2ºC:

Hasta aquí las temperaturas más significativas a controlar cuando realizamos el overclock a la CPU, pero quiero al menos mencionar dos temperaturas más:

Temperatura chipset: La temperatura del chipset, en particular del NorthBridge, también aumentará al realizar el OC, es un aspecto a tener en cuenta sobre todo en microarquitecturas más antiguas (por ejemplo Intel Core2); en las más actuales, debido a la integración de gran parte de las funciones del northbridge en la propia CPU, éste incluso ya no existe como tal.

Temperatura VRM: La temperatura del módulo que regula el voltaje suministrado a la CPU (Voltage Regulator Module o VRM), también sufre un incremento de temperatura al practicar el overclock como consecuencia de aumentar la necesidad de alimentación de la misma. Algunas placas incorporan un sensor en el VRM que nos permitirá visualizar su temperatura con alguna utilidad como AIDA64. En procesadores muy exigentes en términos de energía, como el reciente Intel Sandy Bridge-E, cobra una especial importancia monitorizar esta temperatura ya que puede ser causante de limitar o hacer fallar el OC.






FACTORES DE LA TEMPERATURA
Los elementos que debemos tener en cuenta, modificarlos o cambiarlos si queremos mejorar la temperatura, porque éstos influirán en las temperaturas que obtendremos son los que detallo a continuación:

  • La temperatura ambiente es el punto de partida de la temperatura mínima que alcanzaremos, en ningún caso -con refrigeraciones habituales- conseguiremos que las temperaturas del procesador (Tcase o Tjunction) sean inferiores a ésta. Por lo que si alguna utilidad muestra un valor inferior a la temperatura ambiente será un dato incorrecto, y puede suceder por un bug en la utilidad, un mal valor del Tj.Max, o bien por un problema en la lectura de los sensores de la CPU. Podemos controlar la temperatura ambiente mediante un aire acondicionado o abriendo las ventanas (las que no son de Microsoft).
  • La caja o torre del ordenador es otro factor determinante en las temperaturas finales resultantes. Elegir una caja con buena refrigeración, crear un buen flujo de aire en su interior, decidir si creamos una presión positiva (más aire de entrada que de salida) o una presión negativa (más ventiladores expulsando aire que introduciéndolo); así como analizar cuántos, cuáles y dónde ubicamos los ventiladores en la caja, son factores que nos permitirán mejorar las temperaturas obtenidas realizando el overclock. La opción de retirar el panel lateral de la caja, para dejarla abierta, también puede mejorar de forma destacable las temperaturas sobre todo en cajas con mala refrigeración, pero es una opción que no me gusta ni considero práctica.
  • El disipador es el componente fundamental para contener las temperaturas del procesador cuando le practicamos un overclock. El disipador limitará el máximo OC seguro que podemos alcanzar, así que será la pieza clave a reemplazar si hemos topado con el límite de las temperaturas y todavía queremos aumentar el OC o simplemente mejorar nuestras temperaturas máximas actuales. Dos de los representantes del grupo de disipadores con más capacidad de refrigeración los analicé en esta entrada: Noctua NH-D14 y Corsair H100.
  • La pasta térmica o TIM (Thermal Interface Material) es otro factor influyente en las temperaturas del procesador, según qué pasta térmica apliquemos podemos mejorar hasta cinco o más grados la temperatura, aunque si comparamos sólo entre las TIM con mejor rendimiento entonces la ganancia entre ellas se reduce, logrando como mucho los dos grados de mejora. Un aspecto importante además de elegir la TIM en cuestión, es la cantidad de pasta térmica que aplicamos al procesador, hay que poner la cantidad justa, siendo por lo general peor el exceso que la escasez.
  • La frecuencia de trabajo (los MHz) del procesador influyen también en la temperatura del mismo. Igualmente y de una forma más notable afectarán los voltajes que apliquemos para conseguir dicha frecuencia.



Una nota importante
Todas las temperaturas aquí expuestas se deben comprobar y monitorizar con el procesador en plena carga, es decir, con todos sus núcleos trabajando al 100%, lo que se conoce como temperaturas en full (load). Para conseguir que trabajen todos los cores al máximo se ejecutan unas utilidades de estrés específicas para dicho propósito. 

Evaluar la temperatura del overclock realizado con la CPU en reposo, sin carga, lo que se expresa como temperaturas en idle, es un método equivocado pues éstas no indican nada relevante. Las temperaturas en reposo no tienen trascendencia alguna para determinar si el OC que tenemos es válido, estable y seguro.


Para terminar
He realizado un esquema donde aparecen representadas las tres temperaturas básicas descritas inicialmente, Tcase, Tjunction y Tambiente. La idea es que el esquema permita visualizar mejor la ubicación de estas temperaturas, y a su vez, de algunos otros elementos citados durante el artículo.
Identificar las partes del esquema a qué elementos reales se refieren puede costar un poco a los más neófitos, así que lo he complementado realizando este fotomontaje para que sea más fácil asociarlos; he mantenido la relación de colores con el esquema.



Y hasta aquí la primera entrega sobre Overclock. En varios párrafos faltaría entrar en detalle sobre algunos aspectos que menciono, es algo que he hecho a propósito, no por el gusto de dejar con la intriga, sino porque tengo la estructura pensada del contenido de cada parte y no quería entrar en el terreno de otra entrega y desviarme del objeto principal de esta, la temperatura.



Ahora podéis subir la temperatura del botón +1 de Google, me gustaría verle un buen overclock en su contador.