Overclocking Basics

Overklokken?

Als je de diverse hardware forums op het net ziet dan lijkt het erop dat overklokken zich inmiddels heeft ontwikkeld tot de meest favoriete bezigheid van de hedendaagse computer knutselaar is.

Thomas Pabst, de overbekende webmaster van Tom's Hardware Guide (THG) kan zonder twijfel beschouwd worden als de geestelijke pappa van het overklokken. Hij is degene die met behulp van zijn site vanaf begin 1997 het overklokken heeft laten uitgroeien tot de immens populaire bezigheid die het nu is. Hoewel het momenteel niet echt lekker gaat met Tom (Amerikanen zijn pissig op hem ivm met zijn kritische opmerkingen over Amerikanen en het heilige landje waarin zij leven) verdient hij hier toch veel credit voor.

Voordat Tom met zijn knutsels kwam werd er ook wel overgeklokt, doch dit was nauwelijks bekend onder de computerknutselaars. Door de jaren heen is het overklokken een stuk makkelijker geworden. In plaats van het vervangen van de frequentie kristallen zoals dat in voorhistorische tijden noodzakelijk was kan men tegenwoordig overklokken vanuit de luie captain's suite (dankzij het alom zwaar heersende Softmenu van Abit).

Ook internet an sich heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de opkomst van het overklokken. In papieren tijdschriften wordt amper aandacht besteed aan overklokken en als dat al gebeurd dan is dat vrijwel altijd afwijzend. Die truttetige houding is kenmerkend voor tijdschriften en als je kijkt naar het lezersprofiel van die tijdschriften hebben ze eigenlijk ook wel gelijk. De traditionele bezigheden van de meeste HCC pimpo's (Office macro's uitwisselen en nog meer van dat soort duf gedoe) die dergelijke bladen lezen stroken niet helemaal met de o zo rebelse en levensbedreigende activiteit dat overklokken is.

Anyway, dit stukkie tekst is bedoeld om de basics van het overklokken uit te leggen en is daarmee zowel handig voor de knutselaars die eindelijk eens af willen zijn van het eeuwige gezeur van anderen hoe je moet overklokken (gewoon verwijzen naar http://world.tweakers.net/reviews.php3?Document=1&Page=1) als voor mensen die nu ook wel eens willen weten hoe dat hele overklok verhaaltje in elkaar steekt.

Het produktieproces van CPU's

Alvorens te vertellen hoe het eigenlijke overklokken in werking verloopt is het handig eerst uit te leggen hoe processors aan hun snelheidsaanduiding komen.

Een groot misverstand bij veel newbies is de gedachte dat elk type processor op een eigen produktielijn gefabriceerd wordt. Dat is pertinent onwaar! Een processor wordt niet gemaakt om op één bepaalde klokfrequentie te werken, de klokfrequentie is variabel tot een bepaalde hoogte waar deze de mogelijkheden van de processor overstijgt en de processor de snelheid niet meer kan bijbenen. De maximum snelheid waarop een processor kan werken is verschillend per exemplaar: geen enkele processor is hetzelfde.

Alle processors van eenzelfde familie (PII, PMMX, K6-2 enz.) worden op dezelfde processorlijn gemaakt (afgezien dan van de verschillende production plants die een chipbakker heeft). Aan het eind van het produktieproces worden de CPU's getest op de maximale snelheid waarop zij kunnen werken. Dit gebeurd onder extreme omstandigheden zodat een marge kan worden behouden zodat de CPU onder normale omstandigheden niet op zijn limiet werkt. Dit idee ligt voor een belangrijk deel ten grondslag aan het overklokken: overklokkers proberen juist die extra door de fabrikant ingecalculeerde prestatiemarge uit te buiten.

Er is nog een tweede aspect dat gerelateerd is aan de snelheids 'marking' en dat zijn de commerciële belangen van de processorboer. We nemen als voorbeeld AMD of Cyrix die die ten opzichte van Intel een beperkt marktaandeel hebben en daardoor genoodzaakt zijn om hun produkten voor een zo laag mogelijke prijs met zo groot mogelijke prestaties te verkopen. Dit houdt logischerwijs in dat AMD en Cyrix een kleinere prestatiemarge kunnen hanteren dan Intel.

Intel daarentegen bevindt zich in een ronduit royale positie. Intel's doel is niet om zoveel mogelijk snelle processors te verkopen maar juist zo veel mogelijk trage processors. Zo proberen zij de winstmarge voor de snelste processors zo hoog mogelijk te houden (op dat gebied hebben zij op de consumentenmarkt toch amper concurrentie) en tegelijkertijd de vraag naar meer snelheid bij de consument te behouden (als Intel de snelste processors voor een relatieve lage prijs zou verkopen dan zouden er minder tussentijdse upgrades worden uitgevoerd dus minder processors worden verkocht, wat Intel natuurlijk niet lekker vind).

De clue van dit verhaaltje is dat Intel processors hierdoor juist erg goed zijn in overklokken, vaak worden ze voor een lagere snelheid verkocht dan waartoe zij in staat zouden zijn. De bekendste voorbeelden op dit moment zijn de Celeron en Celeron A. Hoewel deze CPU's verkocht worden als 266-333MHz parts draaien ze zonder veel moeite op 400 tot 500MHz. Ongekende mogelijkheden voor overklokkers!

Waarom overklokken?

Die vraag zou inmiddels wel beantwoord moeten zijn: overklokken maakt je computer sneller en dat is toch wat wij allen willen, of niet?

Bijkomend voordeeltje van overklokken is dat de economische levensduur van je systeempie verlengt worden, het zal langer duren voordat de prestaties van het ding achterhaalt zijn.

Is het gevaarlijk?

Alles wat leuk is, is gevaarlijk. Ook overklokken. Hiermee komen we aan bij de nadelen van overklokken, het is namelijk ongezonder voor je computer om op een hogere snelheid te draaien. De levensduur van een overgeklokt systeem zal daarom in de regel korter zijn dan van een systeem dat op normale snelheid heeft gedraaid.

Het grote gevaar en probleem bij overklokken is oververhitting. Des te hoger de snelheid van een processor, des te meer vermogen zal deze verbruiken en dit heeft gevolgen voor de warmteproduktie. Bij een gegeven temperatuur zal de processor zich 'verslikken' in de data en vastlopen. Goede koeling, tot in het extreme, is daarom het speerpunt van de professionele overklokker!

Zonder voldoende koeling kan een overgeklokt systeem instabiel worden. Anderzijds kan een zeer goed gekoeld systeem overgeklokt nog stabieler zijn dan hetzelfde systeem op normale snelheid zonder extra koeling.

Zolang je de juiste maatregelen neemt om oververhitting te voorkomen is overklokken in principe niet gevaarlijk. Er zijn nauwelijks gevallen bekend van mensen die kun pc hebben opgeblazen door overklokken. In de gevallen waar dit wel gebeurd is was er sprake van onzinnig overklokken (een 486DX2/50 op 100MHz draaien vraagt om problemen).

Ook het probleem van de verkorte levensduur valt in de praktijk wel mee. De meeste computers worden maar een aantal jaar heftig gebruikt, daarna kunnen ze hun oude dag uitdoen als typedoos.

Dus zolang je je kop erbij houdt is er geen reeël gevaar.

Leuk, maar hoe werkt dat nou?

Wacht even, we zijn er nog niet... Eerst nog wat theoretische shit over hoe een computersysteempke in elkaar zit. We hebben 't hier over het zogenaamd bus/multiplier principe, ook dat hebben we te danken aan de God known as Tom...

Kijken we namelijk naar de onderdelen die te maken hebben met de snelheid van de "overklokbare delen des kompoeters" dan zien wij een relatie tussen te snelheid van de processor, het geheugen en de PCI en AGP bus. Het handigst is 't om dit ff grafisch uit te beelden.

In de onderstaande grafieken worden de PII-400 en K6-2/450 als voorbeeld genomen.

De snelheid van de Frontside bus (FSB) vormt de basis van de snelheid van de overige delen (CPU, PCI en AGP bus) in de computer. De multiplier is een vermeningsvuldigingsfactor die in combinatie met de FSB de snelheid van de processor bepaald.

Voorbeeldje:
- FSB: 112MHz
- Multiplier: 4,5
- CPUclock -> 4,5x112=504MHz

Hedendaagse FSB snelheden zijn:

- 66MHz (officieel voor meeste processors tot PII-350 en K6-2/300)
- 75MHz (alleen officieel ondersteund door bepaalde Cyrix processors)
- 83MHz (alleen officieel ondersteund door bepaalde Cyrix processors)
- 92MHz (alleen Abit LX6 moederbord)
- 100MHz (officieel voor PII-350+)
- 112MHz
- 124MHz (alleen Abit BH6 moederbord)
- 133MHz

De Frontside bus is de snelheid van het geheugen en bij Socket 7 (Pentium, K6, MII) ook het L2 cache. Bij Pentium II processors draait het geheugen altijd op de halve snelheid van de processor, deze is dus onafhankelijk van de busspeed. Ook bij de Xeon en Celeron A is de cachespeed onafhankelijk van de busspeed, alleen draait deze hier op de volle CPU snelheid. De eerste Celerons hadden helemaal geen L2 cache en waren daardoor erg traag in business applicaties (maar door het ontbreken van L2 cache wel zeer goed te overklokken en ideaal voor games).

De PCI busspeed is zoals gezegd ook gerelateerd aan de busspeed. Bij een FSB lager dan 100MHz bedraagt de divider 2, bij een FSB van 100, 112 en 124MHz is de PCI divider 3 en bij 133MHz FSB bedraagt deze een factor 4 (hoewel veel moederborden hier nog steeds een divider van 3 gebruiken waardoor 133MHz FSB praktisch onbruikbaar is met de meeste PCI kaarten).

Voorbeeldje 1:
FSB: 75MHz
-> PCI busspeed = 75/2 = 37,5MHz

Voorbeeldje 2:
FSB: 124MHz
-> PCI busspeed = 124/3 = 41,3Mhz

De officiële snelheid van de PCI bus is 33MHz, alles daar boven is overgeklokt. De CPU is dus niet het enigste "overklokbare" onderdeel. Verhoog je de snelheid van de PCI bus dan verhoog je ook de snelheid van alle PCI kaarten, dus de videokaart (indien PCI) en de onboard IDE controller (= snellere harddisk).

De PCI bus kan niet ongelimiteerd overgeklokt worden. Bij 83MHz FSB (=41,5MHz PCI bus) krijgen veel harddisks problemen en weigeren te werken, zelfs verlies van dierbare gegevens is mogelijk. Ook bepaalde videokaarten werken niet zo fris op hoge PCI snelheid. Dit is ook de reden dat de PCI divider verhoogt is bij busspeeds van 100MHz en hoger.

De snelheid van de AGP bus wordt bepaald door een bepaalde verhouding tussen busspeed en AGP bus. De normale snelheid voor de AGP bus is 66MHz en de verhouding tussen AGP bus en FSB is bij 66MHz busspeed 1/1 en bij 100MHz busspeed 2/3. Dit maakt de AGP bus lastig te overklokken op hogere busspeeds omdat de snelheid voor veel videokaarten dan te hoog wordt. Op 124MHz FSB wordt de AGP bus 83MHz ipv 66MHz en dat is fors hoger dan de officiële snelheid.

Pfff...

Voor diegenen die het nu niet meer zien zitten en het allemaal nogal vaag vinden worden: samenvattend komt het erop neer dat je op twee manieren kunt overklokken: de busspeed overhogen of de multiplier verhogen (of allebei).

In principe verdient het verhogen van de FSB de voorkeur aangezien hierdoor ook het geheugen, de PCI en AGP bus worden versnelt en bij Socket 7 systemen ook de L2 cache (vooral dit zorgt voor een grote snelheidstoename).

Er is nog een reden waarom verhoging van de busspeed de voorkeur biedt: in veel nieuwere processors is de mogelijkheid om de multiplier aan te passen geblokkeerd. Dit is gedaan om het remarken (het georganiseerd vervalsen van processors met het doel deze voor hogere snelheden door te verkopen) van processors tegen te gaan. Overklokkers maken nog steeds een heel klein deel uit van de totale markt (waarschijnlijk een procent) en zijn daarom nauwelijks interessant voor CPU bakkers, remarkers des te meer.

Verhoging van de busspeed is dus vaak de enigste optie.

En hoe moet dat nou?

Nu je de achterliggende principes kent kunnen we je dan eindelijk gaan vertellen hoe het daadwerkelijke overklokken in werking gaat.

Het is dus de bedoeling om de multiplier of de busspeed te verhogen. De manier waarop dit gebeurd is verschillend per moederbord. Bij de meeste moederplanken gebeurd dit mbv jumpers (etterig kleine plastic dingetjes die ervoor zorgen dat twee pinnetjes al dan niet contact maken). Sommige planken bieden de mogelijkheid om vanuit het BIOS het één en ander in te stellen, de bekendste voorbeelden van dergelijke mammaplaten zijn de Abit moederborden: absolute aanraders voor overklokkers.

Instellen vanuit het BIOS is kinderspel, zelfs een HCC nerd zou het moeten kunnen, vooropgesteld dat hij/zij snapt hoe je in het BIOS moeten komen :0). Instellen via jumpers is iets lastiger. Kijk hiervoor in de handleiding van je moederbord en zoek de instellingen op voor de gewenste busspeed en/of multiplier. Sommige handleidingen vermelden alleen de instellingen per type processor. In dat geval zul je zelf het één en ander moeten uitvogelen.

Wil je een P166 als een P200 laten draaien, stel hem dan simpelweg in als een P200 (3x66MHz). Beter is het om hem op 2,5x75Mhz te laten lopen. Kun je deze instelling niet vinden, kijk dan naar de instellingen voor de Cyrix 6x86PR200, die draait namelijk op 2x150MHz. Als je hier ff slim naar kijkt valt er op het gegeven moment wel een logica te ontdekken in de instellingen. Daarna is het simpelweg een kwestie van de jumpers op de juiste plaats gooien (zoals gezegd vaak een kloteklus aangezien die dingen megaklein zijn).

Voor ik het vergeet te zeggen: de computer hoort uiteraard uit te staan als je de jumperinstellingen verandert (je weet maar nooit, never underestimate the stupidity of your readers )

O'klokken voor gevorderden...

Zijn we nu klaar? Nou nee, wil je echt goed overklokken dan zul je ook wat aan de koeling moeten doen. De processor wordt warmer bij hogere snelheden en kan zich daardoor vaag gaan gedragen.

Als een processor zich wazig gaat gedragen is het handig om te weten waardoor dat komt, dus moeten we dat ff gaan analyseren, oftewel: wanneer vind de crash plaats? Er is groot verschil tussen een crash tijdens het booten en een crash na een half uurtje Quaken.

Als het systeem bij het booten niet kan POSTen (power on self test) of het OS kan starten (vaak in combinatie met vage foutmeldingen, bijvoorbeeld dat de harddisk niet gevonden kan worden) is er weinig hoop om het systeem wel stabiel te krijgen. Betere koeling helpt in dat geval niet, aangezien de processor nauwelijks de tijd heeft gehad om op te warmen. Verhoging van voltage kan wel helpen, hier komen we later nog op terug.

Voor een computer die tijdens het booten van Windoos (of een ander OS) blijft hangen is er meer hoop: betere koeling in combinatie met een iets hoger voltage zou kunnen helpen.

Als je vage "kick-backs" (spel verdwijnt plotseling van je scherm en je gaat terug naar Windoos zonder dat Windhoos vastloopt) in games krijgt, bijvoorbeeld na enkele minuten Unreal of Quake dan ligt dit of aan een warmte probleem of het cachegeheugen kan de snelheid niet aan. Dit is met name een probleem bij PII's, aangezien de cache daar niet direkt gekoelt kan worden (de cachechips bevinden zich aan beide kanten van de PCB (Printed Circuit Board) en er is geen mogelijkheid om hier een heatsink tegenaan te kwakken, bij de PII-400 zijn de cachechips trouwens wel verbonden met de metalen backplate van de cartridge zodat warmte op die manier afgevoerd kan worden.

Warmte is vaak een probleem bij overklokken. Gelukkig maar, want aan die probleem kan eenvoudig iets gedaan worden.

Koele koeling

We hebben dus betere koeling nodig. Aangezien onze kameraden bij Kryotech PII's op 700MHz laten lopen bij een temperatuur van -30C mag het duidelijk zijn dat koeling the solution voor overklokkers succes is.

Sinds de 486DX2 uit de tijd van onze verre voorouders hoort de processor uitgerust te zijn van een heatsink. Later (met de DX4 en Pentium) kwam men op het zalige idee hier ook nog een ventilator tegenaan te gooien. Nou is niet elke heatsink even goed en dat is dan vaak ook de reden waarom je de meeste systeem niet 1-2-3 tot hun maximum kunt overklokken. De meeste computerboeren stoppen een super goedkoop el cheapo Taiwanner heatsinkje bij hun systemen en die zijn vanzelfsprekend niet echt ideaal voor overclocking.

In principe wordt de effectieviteit van een heatsink bepaald door het oppervlak van de heatsink. Des te groter het oppervlak, des te meer warmte kan worden overgedragen aan de lucht. In de praktijk wil dit dus zeggen dat grote heatsinks met veel koelvinnen goed zijn.

Natuurlijk speelt ook het materiaal waarvan de heatsink gemaakt is een rol, maar aangezien dit meestal plain aluminium is hoef je hier niet zoveel aandacht aan te besteden. De blauw, groen en goud metallic kleuren van veel goedkope koelblokjes mogen er dan aantrekkelijk uitzien, zwart blijkt toch de meeste effectief kleur te zijn (qua koeling).

De ventilator speelt ook een belangrijke rol bij het afvoeren van warmte, deze dient er immers voor te zorgen dat er zoveel mogelijk lucht door de koelvinnen van de heatsink gejaagd wordt. Zoals je waarschijnlijk wel weet kan er meer warmte worden afgestaan als de lucht in beweging is, daaarom zitten we immers ook altijd zo hard in ons bekertje koffie te blazen. Bij computer is het niet anders...

Een hogere rotatiesnelheid zorgt voor een grotere luchtverplaatsing. Daarnaast bestaat er nog een onderscheidt tussen sleeve-bearing en ball-bearing fans. Ball bearing (kogelgelagerd) is beter, ze maken minder herrie en gaan langer mee. Inmiddels zijn er al een aantal heatsinks met meer dan één ventilator (bijvoorbeeld die van ComputerNerd), dus nog betere luchtcirculatie.

Koele prut

Nu de afvoer van de warmte van heatsink naar lucht uitstekend is dienen we nog ff te kijken naar de geleiding van warmte van processor naar heatsink.

Onder normale omstandigheden maakt slechts 80% van het oppervlak van de heatsink contact met de processor. Het oppervlak van de heatsink is nooit helemaal egaal en er zullen zich daarom kleine ruimtes met lucht tussen de processor en heatsink bevinden. We weten allemaal dat lucht een zeer slechte warmtegeleider is. We moeten dus iets tussen die heatsink en de processor proppen dat de luchtgaatjes opvult en tegelijkertijd warmte goed geleidt.

Hemeltjelief heeft men hier een oplossing voor gevonden in de vorm van thermal grease (ook bekend als thermal paste, thermal cement, heat conductive paste, koelpasta en nog tienduizend andere benamingen die her en der op het net circuleren). Laten we het voor 't gemak koelprut noemen.

Koelprut is een extreem wazig goedje, meestal wit van kleur, plakkerig en half-vloeibaar. Je krijgt het in kleine tube's bij de heatsink, behalve dan bij die el cheapo Taiwanners, dan moet je ff naar de computerboer op de hoek rennen en vragen of ze nog een tubetje koelprut voor je hebben (kost bijna niets).

Broodje smeren...

Het is belangrijk dat je dit spul op de juiste manier op je heatsink smeert. Het lijkt aantrekkelijk om er zoveel mogelijk sandwich spread tegenaan te gooien maar dit moet je dus juist niet doen. Het laagje koelprut tussen processor en heatsink moet zo dun mogelijk zijn, zodat de heatsink direkt contact maakt met het oppervlak van de processor en de grofheden in het oppervlak van de heatsink worden opgevuld met koelprut. Dus gewoon ff met je vinger (hoeft dit keer niet met mes en vork) dat spul erop smeren, heatsink op processor en klemmen. Eventueel kun je de heatsink nog over het processor gaan draaien om zo de koelprut wat uit te smeren (dit lukt niet altijd omdat de bevestigingsclips bij PII heatsinks in de weg zitten).

Klimaatbeheersing

Nu dat allemaal gelukt is denk je misschien: koelprut + goede heatsink = perfekte koelsysteem.

Nee dus, want het kan altijd nog beter. Om ervoor te zorgen dat de temperatuur van de lucht die de ventilator gebruikt om de heatsink te koelen zo laag mogelijk is moeten we ervoor zorgen dat de airflow in de kast optimaal is.

Dit kan simpelweg gedaan worden door een aantal casefans in de kast te plaatsen. Dit zijn de standaard 8x8cm ventilators die zich ook in de voeding bevinden. Ventilators kun je kopen bij de handige harrie zaak maar je kunt ze ook goedkoop uit een oude (kapotte) power supply rippen of goedkoop op een beurs kopen (staat altijd wel een vage harrie die oude spul verkoopt).

Volgens de specificaties van de ATX standaard hoort de ventilator in de voeding een intake fan te zijn, die dus lucht in de kast blaast. Dit is verre van ideaal om een goede airflow te bereiken, daartoe dient de lucht namelijk van voor/onder naar achter/boven de kast geleidt te worden.

Je kunt de ventilator in de voeding errug eenvoudig omdraaien. Gewoon een kwestie van evvetjes dat ding opendraaien en de ventilator omdraaien.

In het kader van system cooling is het ook handig om de juiste kast te kiezen. Een minitower is uiteraard zwaar klote om te koelen, dus het liefst een zo groot mogelijk kast en kijk bij aankoop ook hoeveel ruimtes er aan de achterkant zijn uitgespaard om extra ventilators te plaatsen.

Meer info over system cooling vind je in mijn stukkie over - jawel - system cooling!

Voltage tweaking

Ik heb 't er hiervoor al ff over gehad. In gevallen van een instabiel systeem (onder heftige omstandigheden) is het vaak mogelijk de stabiliteit te verbeteren door het voltage een klein stukkie te verhogen. Op het moment dat ik dit schrijf draaien de meeste processors op 2 Volt. Met voltage verhoging bedoel ik dus niet dat je er meteen een hele volt tegenaan gooit, want dat betekent zeer waarschijnlijk de dood van je dierbare rekendoos.

Probeer dus stappen van 0,05 of 0,1V en kijk of het iets uit maakt. Voltage verhogingen hebben nog meer dan verhoging van de kloksnelheid invloed op de temperatuur van de processor. Als koeling het probleem is moet je dus absoluut niet het voltage omhoog gooien.

Bij de weg: bij lang niet alle moederplaten kun je het voltage in zulke kleine stappen (= buiten de officiële specs) aanpassen. In feite zijn er (op dit moment) maar twee moederborden die dit kunnen en dat zijn de alom roulerende BX6 en BH6 planken van Abit.

Wil je gaan overklokken, neem dan een Abit!!! Voltage tweaking is vaak noodzakelijk om overklokken tot een succes te maken. Kun je het voltage niet aanpassen dan kun je niet overklokken en dat is klote. Veel flexibiliteit is er tegenwoordig niet meer aangezien de meeste processors gelockt zitten op een bepaalde multiplier.

Kiezen bij kopen

Dan nog ff wat over het kopen van de juiste hardware. Als je van plan bent om te gaan overklokken en je moet je spul nog kopen (CPU, moederplaat, geheugen, koeler enz.) dan is het niet onverstandig om ff te kijken of je wel het juiste spul koopt. Vooral de processor en moederbord zijn bepalend voor je succes. Absoluut king of the overclockers op dit moment is de Abit BH6/Celeron 300A combo. In combinatie met goede heatsink, bijvoorbeeld die van ComputerNerd kun je dan een heel lekker overklokbaar systeempie samenstellen.

Zorg er dus voor dat je goed op de hoogte bent van de stand van zaken...en laat je niet adviseren door een computerboer want meestal zijn die nogal dom (+ ze vinden het niet prettig dat je gaat overklokken).

Eind. Phew!

Opmerkingen en vragen kun je op het forum posten.