sábado, 16 de junio de 2012

Conceptos Overclock: Voltajes

Tras realizar una breve introducción a la materia y de narrar en el primer capítulo las nociones sobre uno de los conceptos fundamentales del OC, las temperaturas, en esta segunda entrega voy a tratar otro de los pilares que sostienen la práctica del overclock: los voltajes.

De nuevo recordar que los conceptos en sí son universales y extrapolables a cualquier dispositivo, componente, o aparato donde vayamos a realizar un overclock. Como caso particular, hablaré en detalle del OC a un procesador de PC, los principios son equivalentes para una CPU Intel o AMD, pero la terminología que emplearé estará más próxima a plataformas Intel, por ser éstas donde he realizado los overclocks en los últimos seis años.


guía de overclock voltajes 

VOLTAJES
Partiendo de la base que todo trabajo requiere de energía, cuando practicamos un overclock estamos aumentando la velocidad -o frecuencia de trabajo- de uno o varios componentes, por lo tanto, es lógico que sea obligatorio incrementar el voltaje necesario para aportar esa energía adicional.

Aunque es posible realizar un leve overclock incluso rebajando los voltajes nominales -se conoce como undervolt al hecho de hacerlo funcionar por debajo de su voltaje de serie-, la práctica habitual para alcanzar un buen OC implica forzosamente un aumento de los voltajes aplicados de serie (overvolt).

Si ya comenté que la temperatura es un factor vital para un overclock seguro, el voltaje es el factor trascendental, ya que aplicado en exceso producirá graves consecuencias. Dichas consecuencias van desde la degradación prematura (a causa de la electromigración) hasta la muerte súbita del componente.




Procesador (CPU)
Los voltajes relacionados directamente con el procesador -los cuales es conveniente comprender qué representan así como conocer la nomenclatura que se emplea para referirse a ellos- son los que detallaré a continuación y que será necesario ajustarlos para conseguir el overclock estable a la CPU:

VCC aka Vcore (también llamado V CPU): Es el voltaje que reciben los núcleos (cores) del procesador. El VCC es el voltaje más importante, el principal a incrementar para conseguir un determinado overclock de la CPU.

Independientemente de la microarquitectura y generación de nuestro procesador, siempre existirá este voltaje, el V core, que será el esencial para alcanzar y estabilizar un overclock, siendo incluso en algunos casos el único voltaje necesario de ajustar.

Para conocer el voltaje actual que se está suministrando a los cores podemos emplear la popular utilidad CPU-Z, o bien AIDA64 o HWMonitor entre otros. Dejo una captura de los mismos señalando el lugar donde muestran el VCC o Vcore.

monitor voltaje VCC Vcore



VTT aka Vuncore (también llamado V QPI o VCCIO): Es el voltaje que se aplicará a las partes del procesador que no son los cores, de ahí proviene el término inglés de uncore (no core). Estas secciones de la CPU incluyen -según la arquitectura en particular- todas las controladoras de entrada/salida (I/O) para la comunicación -mediante el bus FSB, QPI o DMI según la plataforma- con el chipset, el acceso a la memoria, y a los puertos PCIe de las tarjetas gráficas.

Dependiendo de la plataforma y microarquitectura de la CPU sobre la que queremos realizar el overclock, este voltaje cobra una mayor o menor relevancia. Por ejemplo, en procesadores Intel Core2 Duo (C2D) y sobre todo Core2 Quad (C2Q), el voltaje VTT es fundamental para conseguir estable la velocidad del bus FSB; en la plataforma X58 del Core i7 este voltaje VTT o V QPI mantiene su importancia por ser el voltaje que recibirá la controladora integrada de memoria; en cambio en los procesadores Sandy Bridge (SNB), Sandy Bridge-E (SNB-E) y Ivy Bridge (IVB) este voltaje pierde peso para realizar el OC (la razón se verá en el siguiente apartado).

Para monitorizar el valor del voltaje actual del VTT podemos usar AIDA64 o HWMonitor entre otras alternativas.

monitor voltaje VTT Vuncore



VSA aka VCCSA (también referido como V IMC): Es el voltaje aplicado a una sección específica de la CPU -sección que recibe el nombre de System Agent (SA)- y que contiene principalmente el controlador de memoria integrado (IMC).

Este voltaje no existe en los procesadores Intel de arquitectura anterior a Sandy Bridge, es decir, el VSA está presente en las CPUs Sandy Bridge, Sandy Bridge-E y en los recientes Ivy Bridge que mantienen la misma microarquitectura. En las generaciones anteriores, como los Core i5 y Core i7 Nehalem, el controlador de memoria se haya dentro del propio Uncore, por lo tanto, el voltaje aplicado al controlador de memoria integrado (V IMC) es el propio Vuncore o VTT (descrito en el apartado anterior). Y si retrocedemos aún más en el tiempo, en las arquitecturas para Intel Core2 Duo y Quad, el controlador de memoria está incluso fuera del procesador, ubicado en el chipset.

Para monitorizar el valor del voltaje VSA podemos emplear las utilidades AIDA64 o HWMonitor.

monitor voltaje VSA



VPLL aka V CPU PLL (también llamado VCCPLL): Es el voltaje que recibirá la circuitería interna del procesador que implementa los sistemas de Phase Locked Loop (PLL). Este sistema PLL es el encargado de generar la frecuencia final efectiva de los cores, multiplicando la frecuencia de entrada del reloj base por el multiplicador interno del core.

Según la arquitectura de la CPU, el voltaje PLL afecta en mayor o menor medida para conseguir el overclock que buscamos; por lo general no es necesario incrementar apenas este voltaje, pero aumentarlo un poco puede ayudar a conseguir estabilizar el OC, sobre todo si estamos realizando un overclock límite.

De nuevo podemos emplear AIDA64 o HWMonitor para consultar el voltaje suministrado al CPU PLL.

monitor voltaje PLL



Comparto lo dicho por un genio “si no puedo dibujarlo, es que no lo entiendo”, así que como resumen y para representar de forma visual todos los voltajes que iré describiendo en cada una de las secciones, he elaborado una serie de esquemas con el fin de visualizar los voltajes, este primer esquema refleja todos los voltajes explicados hasta este punto y que son los relacionados directamente con la CPU.


esquema voltajes CPU overclock procesador




He ido matizando algunas diferencias existentes entre las distintas generaciones de procesadores, tomando como referencia y ejemplos los de Intel, por ser los que conozco en detalle. Para finalizar este primer apartado y a modo de guía de consulta rápida, indico los voltajes existentes según la familia del procesador sobre el que queremos realizar el overclock, así como su nombre más popular en cada arquitectura. Por orden cronológico:

  • Core2 Duo, Quad (socket LGA775): VCC, VTT=V FSB, VPLL
  • Nehalem Core i7 (socket LGA1366): VCC, VTT=V QPI, VPLL
  • Nehalem Core i3, i5, i7 (socket LGA1156): VCC, VTT=V IMC, VPLL
  • Sandy Bridge Core i3, i5, i7 (socket LGA1155): VCC, VTT=VCCIO, VSA=V IMC, VPLL
  • Sandy Bridge-E Core i7 (socket LGA2011): VCC, VTT=VCCIO, VSA=V IMC, VPLL
  • Ivy Bridge Core i3, i5, i7 (socket LGA1155): VCC, VTT=VCCIO, VSA=V IMC, VPLL



Chipset
Aunque estamos realizando un OC al procesador, el conjunto de chips auxiliares (chipset) que complementan la plataforma y que se hallan en la placa base -encargados de realizar las tareas que no ejecuta el procesador- también pueden sufrir como consecuencia un aumento de exigencia de trabajo, y por lo tanto volverse necesario incrementar su voltaje.

En el diseño tradicional de Intel -y en AMD- el chipset está formado por un conjunto de dos chips, conocidos como puente norte y puente sur, en inglés, North Bridge y South Bridge. Este diseño está presente en las placas base para los procesadores de la familia Core2 y los Nehalem Core i7 con interfaz LGA1366, y los voltajes que encontraremos son:

V NB aka V IOH o V MCH: Es el voltaje que se aplicará al chip NorthBridge (NB) del chipset. Este chip es el enlace con el procesador, se encarga del acceso a los puertos PCIe de las tarjetas gráficas, y además se comunica con el otro chip del conjunto del chipset.

Para el caso de los procesadores Core2, el NB incorpora además el controlador de memoria, por eso recibe el nombre de MCH (Memory Controller Hub), y es por esta razón que cobra una mayor importancia este voltaje al realizar un overclock sobre esa plataforma.

Para los Core i7 basados en Nehalem con socket LGA1366, el controlador de memoria se encuentra dentro de la propia CPU y no el chip NorthBridge, se le conoce entonces al chip NB como IOH (Input/Output Hub) y su voltaje pierde protagonismo al realizar OC al procesador.

V SB aka V ICH: Es el voltaje que recibirá el chip SouthBridge (SB) del chipset. Este chip es el encargado de controlar las operaciones de entrada/salida de los distintos dispositivos de la placa base, como puertos SATA, puertos USB, slots de expansión PCI, tarjetas de red, de sonido, etc. Recibe el nombre de ICH, siglas en inglés de I/O Controller Hub.

Al encargarse el chip SB de las funciones menos críticas -en términos de rendimiento- de la plataforma, no suele ser necesario incrementar su voltaje por defecto cuando realizamos el overclock a la CPU.

                                          esquema voltajes Chipset overclock  



En los diseños más recientes de las plataformas Intel y AMD, como en los procesadores Nehalem LGA1156 (Lynnfield), Sandy Bridge, Sandy Bridge-E y en los Ivy Bridge, el diseño del chipset queda simplificado a un único chip, y el voltaje que nos encontraremos es:

V PCH aka V SB: Es el voltaje que se aplicará al chip Platform Controller Hub (PCH) del chipset. Este único chip sería el equivalente al South Bridge (SB) de los diseños anteriores, con la única diferencia de que ahora tiene que comunicarse directamente con la CPU y antes lo hacía a través del North Bridge. Podemos ver este voltaje utilizando alguna aplicación como AIDA64.
 esquema voltajes Chipset overclock  

Los voltajes del chipset que aplican según la arquitectura sobre la que estamos realizando el overclock son, por orden cronológico de la familia del procesador:

  • Core2 Duo, Quad (socket LGA775): V NB=V MCH, V SB=V ICH
  • Nehalem Core i7 (socket LGA1366): V NB=V IOH, V SB=V ICH
  • Nehalem Core i3, i5, i7 (socket LGA1156): V PCH
  • Sandy Bridge Core i3, i5, i7 (socket LGA1155): V PCH
  • Sandy Bridge-E Core i7 (socket LGA2011): V PCH
  • Ivy Bridge Core i3, i5, i7 (socket LGA1155): V PCH





Memoria (RAM)
En el caso que estoy detallando de realizar el overclock sólo al procesador, los módulos de memoria no intervienen ni se ven afectados, en consecuencia, incrementar su voltaje no es necesario porque no aplica.

El OC a la CPU aumenta la carga de trabajo del controlador de memoria -como se puede ver en los apartados anteriores- pero no intensifica el de la memoria en sí misma, la cual sigue trabajando a su velocidad nominal y por lo tanto con su voltaje especificado de serie.

Otro tema distinto es que incrementemos la velocidad de trabajo -frecuencia- de la memoria porque queremos realizar también overclock a la memoria, o bien porque haciendo OC al procesador se nos aumenta la velocidad de la memoria como puede pasar en algunas situaciones; para estos casos sí es (o puede ser) necesario incrementar el voltaje de la memoria. La memoria se controla por un único voltaje:

V dimm aka V dram (también referido como V mem): Es el voltaje que recibirán los módulos de memoria (DIMM) para funcionar a su frecuencia y latencias configuradas. Este voltaje está presente en todas las plataformas y se le referencia de esta misma forma, para monitorizar el voltaje que estamos aplicando a la memoria podemos emplear AIDA64 o HWMonitor entre otros.
 

                        esquema voltaje Memoria overclock





Un esquema final de esta sección juntando todos los voltajes y todos los componentes descritos quedaría de la siguiente forma, advertir que es una representación genérica que abarca las distintas plataformas y arquitecturas Intel que he ido citando; es decir, no está todo presente en todas ellas, y por ejemplo, para el caso del chipset represento aquí los dos diseños posibles, el tradicional con dos chips o el actual con uno.

esquema voltajes realizar overclock



BIOS
Unos ejemplos de fotos mías hechas a distintas BIOS de diferentes generaciones de procesadores que servirán para asociar y relacionar la nomenclatura de los voltajes que he descrito con la forma en que aparecen en las BIOS.

BIOS ASUS para Intel socket LGA775 (Nota: V IOH es en realidad V MCH)
pantalla BIOS voltajes overclock

BIOS ASUS para Intel socket LGA1366
pantalla BIOS voltajes overclock

BIOS EVGA para Intel socket LGA2011
pantalla BIOS voltajes overclock






Otros conceptos
Para cerrar la segunda entrega de esta serie de publicaciones sobre los conceptos del overclock, explicaré unos últimos términos o conceptos importantes relacionados con el objeto de este artículo, los voltajes.

VID (Identificador de Voltaje, Voltage IDentification)
El VID de una CPU es el voltaje nominal -el Vcore programado de serie- de una unidad en particular de procesador. Es decir que el VID especifica los voltajes por defecto VCC (y VSA), para que funcione el procesador a su frecuencia de serie; y por otro lado, puede ser un valor diferente para cada ejemplar de procesador aunque se trate del mismo modelo exacto de CPU, esto es así porque en el proceso de fabricación se calibran los voltajes necesarios para cada unidad.

Sin extenderme mucho más daré unas pinceladas técnicas para quien le interese conocer un poco su funcionamiento interno. En realidad el VID no es un voltaje y como su acrónimo refleja es un identificador del voltaje, este identificador o código, es un número binario que se envía como señal (a través del bus SVID) al chip controlador de los módulos reguladores de voltaje (VRM), para que éstos le suministren el voltaje que solicita la CPU. La CPU va cambiando el valor del VID de forma dinámica -varía el voltaje VCC deseado- en cada momento y en función de la carga de trabajo así como de su temperatura.

Parece lógico pensar que un procesador que consiga su frecuencia máxima de serie con un VID más bajo será una CPU con más capacidad de overclock, pero en la realidad no suele mantenerse esta regla ya que el comportamiento del procesador fuera de sus especificaciones (con overclock) es algo bastante indeterminado y donde domina el azar.

Podemos ver el voltaje actual que indica el VID utilizando la utilidad CoreTemp por ejemplo.
 
                                 


V drop (Disminución del Voltaje)
El Vdrop es la diferencia de voltaje que hay entre el voltaje configurado en la BIOS con el voltaje que recibe realmente el procesador cuando está sin carga de trabajo (en Idle). Esta diferencia suele ser positiva, es decir, que se disminuye el voltaje suministrado al procesador respecto del valor fijado en la BIOS.

V droop (Caída del Voltaje)
El Vdroop es la diferencia de voltaje que hay entre el voltaje del procesador sin carga (en Idle) con respecto del voltaje del procesador en carga (en Full). Esta diferencia suele ser positiva, es decir, que se disminuye el voltaje suministrado cuando el procesador se encuentra en plena carga de trabajo con respecto del valor suministrado cuando está en reposo.

Esta definición de los términos Vdrop y Vdroop es así de forma histórica, en sus orígenes, ya que como representan las palabras en inglés, drop y droop, siempre se producía una caída, bajada, disminución, del voltaje. Actualmente y desde hace un tiempo los fabricantes implementan mecanismos para reducir esta caída de voltaje, o para compensarla, ocurriendo ahora en muchas situaciones que en lugar de disminuir el voltaje es aumentando (la resta de las definiciones daría entonces unos valores negativos). Los mecanismos que vemos en la BIOS para configurar y ajustar este efecto son los relacionados con el Load Line Calibration (LLC) o Vdroop control entre otras maneras de referirse a ellos; en las fotos de BIOS que he puesto más arriba aparecen.

esquema vdrop vdroop voltajes overclock




Voltajes seguros
Podemos realizar un overclock dejando la mayoría de voltajes en la BIOS en automático (Auto), pero corremos el riesgo de que el voltaje que suministre sea excesivamente elevado, y así sucede en la mayoría de casos, pudiendo causar daños a medio o largo plazo. El consejo es que es importante fijar manualmente los voltajes.

Ya he comentado al principio del artículo que los voltajes son el factor más crítico del OC porque es la única causa de dañar físicamente algún componente, por lo tanto, al fijar los voltajes manualmente siempre hay que hacerlo dentro del rango de valores seguros, y este rango de valores seguro depende del componente, del elemento dentro del componente, y del modelo en cuestión sobre el que realizamos el overclock, así que hay que consultar las especificaciones para conocer el voltaje máximo seguro que podemos suministrarle.






Dicen que lo bueno se hace esperar, pues al menos ya tengo el 50% conseguido, la espera, si es bueno el guiso ya lo juzgaréis vosotros. Después de 3 meses de sequía sin publicar nuevos castigos por fin he completado esta segunda parte sobre Overclock, la cual he ido elaborando poco a poco durante demasiados días, y después de habérmelo leído me quedo con un sentimiento de haber estado cocinando durante muchas horas para que sea engullido en pocos minutos, sensación que será normal para un Chef pero no para un cocinero de castigos.

Antes del tercer capítulo de esta serie prepararé algún castigo sobre otros temas, para bajar mi temperatura y no terminar electrocutado con tanto sobrevoltaje rondando por mi cabeza. Si os ha gustado esta publicación, electrocutad el botón +1.


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