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CPU 超频指南:如何(以及为什么)调整你的处理器

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    介绍

    超频曾经是拥有高于平均水平的硬件专业知识和一些粗心大意的发烧友的领域。该社区由热衷于推动 CPU 频率范围的基准测试竞争者、试图从老化的设备中榨取最后一滴性能的游戏玩家组成,或者只是想要绘制系统未记录和未公开限制的高级用户。2006 年我们在 Tom’s Hardware 展示的“DIY 食用油 PC”是超频/改装精神的典型例子。

    时代变了。与液体冷却等系统性能的许多其他利基“调整”一样,供应商已经接受了超频,热衷于提升其硬件的功能,提供软件和固件工具以使超频变得更加容易,并且以高价提供预建的,超频系统的规格会让我们中的许多人在 2000 年代神魂颠倒。

    大量新应用也推动了超频的主流采用。不仅仅是游戏,还有货币挖掘和去中心化科学计算,如 BOINC 和蛋白质折叠。虽然近年来超频的实际过程已经大大简化,但它并不是盲目的。通常,超频是将系统构建视​​为一个整体并消除瓶颈的问题,而不仅仅是将一个组件推向极限。

    例如,您可以在超过 5.1 GHz 的频率下运行一些 Core i7-3770K(预计电压设置约为 1.45V),但如果系统用于科学计算(或任何其他需要处理大型数据集的应用程序) ,内存数据速率可能会成为您的性能瓶颈。

    我们在本文中关注 CPU,但系统内存和图形处理器也是可超频的。许多初学者可能会意识到,与其对处理器进行超频以获得更好的性能,他们可以简单地升级系统的冷却系统,以防止处理器的内置热节流在重负载下发挥作用。

    尽管最近硬件功能发生了变化,但超频背后的核心概念保持不变。带有时钟的组件(振荡器)具有我们称之为动态余量的性能(频率)余量,它在广告默认设置之上和之外都可用。基于标称系统的热性能和可用电压限制,由于硬件的工程安全裕度而存在一些余量。也就是说,大众市场的组件不能散发出太多的热量,以至于只有前 5% 的 PC 构造具有处理它的冷却能力。这被称为“有意保护带”。极端超频会侵蚀保护带以及硬件和硅制造工艺设计中的保守主义。

    存在剩余空间的另一部分是因为库存值是制造商测试期间确定的稳定设定点。例如,给定的 CPU 和系统配置在低于可用最大值 2.5 GHz 的频率下运行时崩溃的频率可能最低。

    最后,制造商不愿意在不收费的情况下向超频者提供本质上是免费的性能提升。英特尔的倍频锁定和解锁 CPU 就是很好的例子,在这些处理器中销售的相同芯片有或没有人为的频率上限,并为超频能力收取溢价。

    可以通过各种方式提高组件的频率,并且通常使用更高的组件电压来提供更高频率所需的更强信号。本指南不讨论哪种处理器更适合超频。每个超频者都有偏好,并且在推荐 CPU 时会产生偏见。不过,我们确实有一个较旧的 AMD FX-8350 与英特尔酷睿 i7-3770K 的故事讨论了瓶颈,以防您想比较几年前顶级处理器的状态。

    热、稳定性、损坏和保修注意事项

    通过对系统进行超频实现的性能超过库存不仅仅是一个微小的调整。HWBot 成员 just_nuke_em 对相对便宜的四模块 AMD FX-8120 进行了超频,其库存时钟频率为 3.1 GHz 至 8.3 GHz,比 AMD 公布的规格增加了 250% 以上。

    虽然大多数超频都会比这个世界纪录更温和,但任何性能提升都伴随着物理施加的一些限制。随着芯片时钟频率和电压的提高,系统的废热输出也迅速增加,而这些热量必须以某种方式去除。通常,构建的冷却能力会在组件的理论最大频率之前很久就达到最大值。随着时间的推移,CPU 冷却效率将继续降低,而不是提高;每一代 CPU 的晶体管密度都比前一代更高。英特尔从 2008 年的 45nm Nehalem 芯片到 2015 年在 Skylake 的 14nm 芯片,而 Cannonlake(计划于 2017 年发布)将基于 10nm 工艺制造。AMD遵循类似的进展。

    虽然晶体管数量会随着每种新架构而增加,但芯片尺寸不会增加,这使得传统冷却解决方案更难以跟上热能产生的速度。事实上,随着芯片变小,CPU 与其散热器之间的总接触面积会下降,从而降低冷却效率。所有这些都导致对当前芯片中“热点”的偏好更高。当然,当您增加电压以(希望)稳定更激进的超频时,功耗会迅速上升。核心温度往往会随着频率的小幅增加而跳跃。

    系统稳定性往往是超频的另一个牺牲品。爱好者有时不得不忍受更多的系统崩溃和不太一致的性能。这并不是说每个超频系统都不如普通系统稳定。许多超频者报告说以高于库存的时钟频率发现了新的更好的工作点。但是,由于施加在它们身上的压力,超出其出厂规格运行的 CPU 更容易缩短使用寿命。

    造成损坏和取消保修是人们对超频犹豫不决的两个经常被引用的原因。在过去,由于热或电压过载而损坏组件很容易,现在仍然有可能。但是制造商采用了许多故障保护措施,包括热节流,而事实是,在短期试运行造成任何永久性损坏之前,系统更有可能变得不稳定和崩溃。

    但是,超频会缩短系统组件的使用寿命;不仅是处理器,还有主板、内存和其他部件,它们的压力超出了超频处理器的设计工作点。在电子产品中,最大的磨损源是一种称为电迁移的现象,即离子在电流的作用下从一个结构缓慢转移到相邻的结构。主要影响因素包括增加的热量和电压,但热量和电压的限制因不同的材料、不同的生产技术和预期的组件寿命而异。特别是热负载往往会加速 IC 中的电迁移。

    在保修方面,虽然 GPU 和主板制造商最近对超频更加友好,但如果 CPU 的时钟频率发生任何变化,英特尔和 AMD 的保修都会失效。英特尔确实提供了“性能调整保护计划”,它将替换不符合英特尔规格的合格处理器,但 AMD 不会涵盖在已发布规格之外运行的处理器,即使 AMD 自己的 Overdrive 软件用于超频也是如此。

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