Osnove navijanja 1

• Simon Belak :: 7. jul 2003

Navijanje je, preprosto povedano, siljenje čipa v delovanje pri frekvenci, višji od privzete, kar pomeni, da lahko v istem času izvede več ukazov. V našem primeru čip predstavlja bodisi računalnikov procesor, grafični procesor ali pomnilnik, za navijanje pomembnim razlikam med njimi se bomo posvetili v nadaljevanju -- najprej pa si oglejmo nekaj teorije.

Teorija

Ironično je navijanje, ki proizvajalce pogosto prikrajša za dobiček, nastal ob morebitni prodaji močnejših modelov, mogoče izključno zaradi varčevanja pri sami proizvodnji čipov. Če želimo uporabiti karseda veliko delov za različno zmogljive modele (delujoče pri različnih frekvencah), morajo biti ti vsaj do neke mere nastavljivi. Upoštevajmo še, da je prikladno, če lahko isto komponento uporabimo pri karseda veliko naših izdelikh, saj se tako, v kolikor se odločimo za prehod na nov model, izognemo skladiščem, polnim neuporabnih komponent. Uporaba nastavljivega generatorja frekvence s širokim razponom je tako nadvse smiselna in žepu prijazna rešitev. Ravno ta širok razpon nastavitev nam omogoča navijanje, saj je generator frekvence zelo poredko prignan do skrajnosti s tovarniškimi nastavitvami. Frekvence vseh vodil v PC-računalnikih so standardne, kar pomeni, da obstaja konstantno razmerje med poljubnima dvema. Nov prihranek je na obzorju, saj lahko iz neke osnovne frekvence, preko določenih faktorjev, izpeljemo vsako izmed njih. Iz tega sledi sklep, ki nas pogosto tepe pri navijanju: Frekvence so pogosto povezane med seboj.

Frekvenca je očitno nekaj ključnega za razumevanje navijanja, zato si jo velja ogledati nekoliko pobliže. Na splošno je to fizikalna količina, ki pove, koliko ponovitev določenega dogodka se je zgodilo v danem časovnem intervalu (n/t). V našem primeru gre za nihaje napetosti. Nihaj je interval vrednosti, ki se začne in konča z enako vrednostjo. Odstopanja od ravnovesne lege predstavljajo informacijo. Večje vrednosti predstavljajo logične enice, manjše pa logične ničle. V praksi se sicer pokaže, da je ta prag postavljen nekoliko izven ravnovesen lege (večinoma bolj proti največji pozitivi amplitudi), ampak nikar se ne dajte zmesti.

Vse lepo in prav, ampak zakaj že proizvajalci sami ne navijejo svojih izdelkov do skrajnih meja? Iz dveh razlogov, -- zagotoviti morajo delovanje tudi v vse prej kot optimalnih pogojih (AMDjevi procesorji naprimer delujejo do temperature jedra 90°C, kar pomeni standardno hlajenje v ohišju s temperaturo 50°C brez pritoka svežega zraka), poleg tega pa se morajo prilagajati povpraševanju. Razlike v cenah med najšibkejšim in najmočnejšim modelom iste vrste so namreč povsem umetne in služijo le kritju razvojnih stroškov. Še vedno pa je manjši dobiček boljši od skladišč, polnih najboljšega kar lahko ponudiš, medtem ko ti kokurenca prevzame cel segment tržišča. Občasno povečuje navijalski potencial šibkejših modelov tudi dejstvo, da ob uvedbi novega izdelka na tržišče proizvodni procesi še niso do konca izpopolnjeni in si prozivajalci zato raje vzamejo nekaj rezerve, a se s tem izognejo vpoklicu celotnega programa (to se je naprimer zgodilo Intelu z 1,13 GHz Coppermineom). "Starejši je boljši" pa ni pravilo, ki se ga velja vedno držati. Pogosto se novejše serije (steppingi) izkažejo za boljše navijalce, saj so odpravljene različne drobne napake predhodnikov, poleg tega je proizvodnji proces bolj utečen in prihaja do manjših razlik med posameznimi primerki.

Kaj več o ekonomski plati navijanja ne bi, ker ni niti ne vem kako razburljiva, niti nima velikega vpliva na navijanje. Vrnimo se raje k pogojem delovanja. Za nas je pomemben samo en. Temperatura. Z višanjem frekvence se povečuje opravljeno (fizikalno) delo, saj višja frekvenca pomeni višjo povprečno napetost (na istem intervalu je več hrbtov). Če si čip predstavljamo kot toplotni stroj, ugotovimo, da se bo vse delo pretvorilo v oddano toploto. V kolikor te ne bomo uspeli odvesti, bo ta povzročila dvig temperature okolice (jedra čipa), kar je za nas slabo. Namreč, s temperaturo se veča upornost vodnikov, kar pomeni popačenje signala. Manjša popačenja ne predstavljajo težav, zaplete se šele, ko je povprečna vrednost na danem intervalu manjša od praga, morala pa bi biti večja (logična 1) ali obratno. Kompleksnejši sistemi se sicer ne zmedejo tako zlahka, saj imajo vgrajene mehanizme za lovljenje in odpravljanje napak, toda tudi ti niso vsemogočni. Ko postanejo popačenja tako pogosta, da ni več mogoče razbrati informacije, ki jo nosijo, se lahko začnejo dogajati kaj čudne reči, mi pa smo soočeni z sesipajočim se sistemom.

S tem smo prišli do dveh navijalcem zelo bližnjih opravil -- hlajenja in zviševanja napetosti. Prvo je samoumevno. Kolikor več toplote lahko odvedemo, toliko bolje. Višanje napetosti pa je rahlo bolj kontroverzno. Z višanjem napetosti se namreč povečuje tudi oddana toplota, kar je, kot smo že ugotovili, slabo. Vendar pa s tem povečamo razliko med hrbtom in dolino, torej zmanjšamo možnost, da je popačenje signala pripeljano do meje nerazpoznavnosti. Temperatura je, ko govorimo o navijanju, očitno zla sila, toda v kakšna brezna hudobije se je pripravljena potopiti? Ali drugače povedano, lahko čip z navijanjem uničimo? Sam dvig frekvence je povsem nenevaren, nevšečnosti prinaša z njim povezana toplota. Kot smo ugotovili, se ta s frekvenco veča, ob neustreznem hlajenju tako lahko temperatura jedra preseže dovoljene, kar posledično pripelje do nedelujočega čipa.

Upam, da vas nisem preveč zastrašil ali zdolgočasil, v vsakem primeru se razvedrimo z nečim nekoliko lahkotnejšim in zabavnejšim, uporabo oziroma pomenom do sedaj povedanega pri različnih nam zanimivih (torej navijanje omogočajočih) komponentah.

FSB in ostala vodila

Zakaj sem izpostavil FSB (Front Side Bus, zunanje vodilo)? Ker je nedvomno kralj med vodili. Pri večini naborov so vse frekvence, razen frekvence USBja in disketniškega krmilnika namreč določene glede nanj. Kot bomo videli v nadaljevanju, se pri navijanju spreminjanju FSBja skorjada ne moremo izogniti, a s tem bomo nehote spreminjali še frekvenco PCI, ISA in AGP vodil. Na prvi pogled se to morda zdi nekaj dobrega, češ "zastonj" navijanje, ampak ni vse tako rožnato (vsem lastnikom rozastih matičnih plošč se opravičujem za ta dvotip in obenem z njimi sočustvujem (Gigabyte nad vsemi :) --Druže Uredniče™)). Kajti na ta vodila priklapljamo vsemogoče naprave od mrežnih kartic, preko diskov do kakšnih eksotičnih SCSI kotrolerjev, in, verjeli ali ne, vsi niso povsem ravnodušni do navijanja. Nekaj je občasna zamrznitev sistema, nekaj povsem drugega pa prikrito kvarjenje podatkov na disku. Vsi lastniki plošč z nForce naborom se lahko na tem mestu samo nasmihajo, saj imajo njihove plošče generator frekvenc vgrajen v enega izmed čipov samega nabora (SPP oziroma IGP) in je kot tak veliko zmogljivejši, saj omogoča konstantno frekvenco PCI vodila ter od FSBja neodvisno, a vseeno nastavljivo, fekvenco AGPja. Ostali se morate zanašati na ustrezne delitelje in kakovostne komponente.

Morda še beseda ali dve o deliteljih ali mnogokratnikih ali razmerjih, kot vam je ljubše. Ti se trudijo ohraniti frekvence karseda blizu začrtanim, ampak se moramo, glede na to, da jih je omejeno število, vse prevečkrat zanašati le na kakovost komponent. Nekateri BIOSi omogočajo njih ročno nastavljanje, medtem ko ste pri manj navijalsko osveščenih proizvajalcih na milost in nemilost prepuščeni avtomatiki, ki je žal pogosto precej preveč toga in ne predvideva nestandardnih frekvenc. Tako bo pri 132 MHz FSBju PCI delitelj še vedno vztrajal na 1/3, pri 133 MHz pa bo čudežno poskočil na 1/4. Absurdnost pa gre lahko še korak dlje. Delitelj ni odvisen od dejanske frekvence FSBja, temveč od glede na procesor predvidene (pri 100 MHz Duronu bo tako trmasto vztrajal pri 1/3, neglede na to, da se vi trudite z 200 MHz FSBjem).

Procesor

Frekvenco procesorja določata dve količini: FSB in mnogokratnik. Pri navijanju se nam tako teoretično odpirata dve poti. Ampak le teoretično, uporabniki Intelovih procesorjev se namreč lahko pod nosom obrišejo za spreminjanje mnogokratnika, saj je ta že od časov prvih PII nepreklicno zaklenjen. V AMDjevem taboru je rahlo bolj sončno, a še vedno spremenljivo oblačno. Spremenljivost je odvisna od vrste procesorja, ki ga posedujete. Namreč, do prihoda prvih socket A procesorjev so bili AMDji takisto zaklenjeni. Spreminjanje množilnika je bilo mogoče z uporabo "Gold finger" kartic, ki so se pritrdijo na razširitveni konektor v zgornjem desnem robu ohišja Slot A. "Pravi moški" so sicer posegli po spajkalniku in ročno prespajkali nekaj mostičkov na procesorju, a se ta način ni nikoli pretirano prijel, saj je bil preveč nepraktičen. Vsakič, ko je vrli navijalec začutil potrebo po spreminjanju, je bilo potrebno preživeti veselo urico ali dve v svetu zelo majhnih mostičkov na kar nekaj tisočakov težkem procesorju. Nato so na prizorišče stopili procesorji v socket A ohišju (Thunderbirdi in Duroni), ki so bili sprva odklenjeni. AMD je kmalu ugotovil, da nam, zlohotnežem, ne gre olajševati dela in so začeli tudi te zaklepati. Pretirano pretegniti se jim kljub vsemu ni zdelo vredno, zato je tudi postopek odklepanja temu primerno preprost.

V naslednji inkarnaciji svojih ljubljenčkov, Palominih, so nam delo sicer rahlo otežili, še vedno pa ga ne moremo označiti za "celodneven poseg". Tako je ostalo vse do današnjih dni -- no, skoraj. S prihodom Thoroughbredov so se nam vremena povsem zjasnila, saj nas ti procesorji že na policah trgovin čakajo odklenjeni. Ostaja le ena omejitev, glede na mostiček L3 na procesorju so vam pri Thoroughbredih do vključno 2100+ na voljo mnogokratniki od 5 do 12,5 (L3 ni povezan) oziroma od 13 do 22 (L3 je povezan) pri 2400+ in močnejših. Ta nesrečni mostiček se da seveda povezati ali razkleniti podobno kot pri odklepanju, zato priporočam, da poškilite v enega izmed člankov na to temo.

Ko smo že pri AMDju, si poglejmo še označevanje, ki se ga poslužujejo od uvedbe Athlonov Palomino dalje, zloglasni PR (preformance rating, označevanje zmogljivosti). Pravzaprav to niti ni AMDjeva pogruntavščina, ampak Cyrixova. Če ste ob tem le čudno pogledali, nič ne de, gre za dandanes propadlo podjetje, ki je začelo z izdelavo procesorjev v času procesorjev 486 in zapustilo bojišče približno za časa prvih Pentiumov II. Skratka, ker jim nikakor ni uspelo dovolj izpopolniti razvojnih procesov, da bi lahko poslali na trg Intelu frekvenčno konkurenčne izdelke, so se odločili za marketinško vragolijo in začeli označevati svoje procesorje kot "tako hitre kot tolikointoliko megaherčni Pentium". Mislim, da ni potrebno posebej poudarjati, da so bili pri teh primerjavah nadvse "objektivni". Z njih zatonom (no ja, roko na srce, nikoli niso ravno "preplavili trga") smo bili vsi prepričani, da bo tudi PR utonil v pozabo in tudi je, celo tako temeljito, da smo bili deležni še intenzivnejše epizode komedije absurda, ko je AMD ponovno uvedel PR za označevanje svojih Athlonov XP. Ni pa jih gnala izkrivljena želja po obujanju mrličev, niti ne naslada ob popolnoma zmedenih strankah, kje pa!

Vrli AMD je naletel na podobne zagate kot Cyrix. Namreč, medtem ko so se Pentiumi 4 bohotili pri 2 GHz, so bili oni veseli vsakega megaherca nad 1 GHz, ki so ga lahko izstisnili iz svojih pogruntavščin. Ironično, pravzaprav. Ne smemo pa biti preveč krivični do njih; sicer še vedno nizkoten marketinški trik, je tokrat vsaj delno opravičljiv z dejstvom, da novejši Athloni resnično postorijo v enem ciklu več kot kokurenca. A ta virtuoznost se pozna le v nekaterih primerih. Nič ne de, pri njim neprijaznih testih se lahko še vedno zanesejo na hordo "nepristranskih" preizkuševalcev, da vam bodo bolj ali manj diskretno nataknili plašnice in vas odvedli v "pravi" hlev. Robantenje na stran, potopimo se v prečudoviti svet določannja PR za dani procesor. Če že kompliciramo, bodimo vsaj dosledni, so si v brk zamomljali možje pri AMDju in se odločili, da bodo PR določali glede na trenutno vlago v zraku in rojstne dneve zaposlenih v marketinškem oddelku.

AMDjev legendarni PR
Tržno ime	Zunanja frekvenca	Frekvenca
Athlon XP 3000+ (Barton)	166 MHz	2.167 GHz
Athlon XP 2800+ (Barton)	166 MHz	2.083 GHz
Athlon XP 2800+	166 MHz	2.25 GHz
Athlon XP 2700+	166 MHz	2.167 GHz
Athlon XP 2600+	166 MHz	2.083 GHz
Athlon XP 2600+	133 MHz	2.13 GHz
Athlon XP 2500+ (Barton)	166 MHz	1.83 GHz
Athlon XP 2400+	133 MHz	2.00 GHz
Athlon XP 2200+	133 MHz	1.80 GHz
Athlon XP 2100+	133 MHz	1.73 GHz
Athlon XP 2000+	133 MHz	1.67 GHz
Athlon XP 1900+	133 MHz	1.60 GHz
Athlon XP 1800+	133 MHz	1.53 GHz
Athlon XP 1700+	133 MHz	1.47 GHz
Athlon XP 1600+	133 MHz	1.40 GHz
Athlon XP 1500+	133 MHz	1.33 GHz

Ni pa PR zavajajoč le za kupce, temveč tudi za nas, navijalce. Namreč, mnogi si niso povsem na jasnem kako in kaj s temi oznakami, zato smo priča najrazličnejšim skropucalom. Torej, kadar govorimo o PR, označimo procesor z določeno številko (brez okrajšav za velikostne rede, kot je k ali M), ki ji pritaknemo še +, naprimer 2100+. Dejansko frekvenco pa lahko podamo v megahercih ali gigahercih, pomembno je le, da je enota podana, variacije na temo 2400 MHz, oziroma 2,4 GHz, skratka. Zakaj smo navijalci ponovno nekaj posebnega, da izpostavljam to problematiko, porečete? Za naše potrebe je tako označevanje premalo natančno, saj PR ni definiran na celotnem intervalu frekvenc (najmanjši korak je 100), ki jih procesor lahko zasede. Tako bi se morali zadovoliti s približki, ki so povrhu odvisni še od FSBja in zasnove procesorja in kot takšen ne zadošča osnovnemu kriteriju, da označevanje omogoča vpogled v navitje (glede na privzeto frekvenco) danega procesorja. Pozabite PR, uporabljajmo dejansko frekvenco procesorja.

Pomnilnik

Frekvenca pomnilnika je bolj ali manj odvisna od FSBja. Zakaj manj in ne bolj? Ker obstajajo med frekvenco pomnilnika ter zunanjega vodila različna razmerja, delitelji ali množilniki, kakor vam je najbolj pri srcu. V kolikor posedujete AMDjevo zverino, osnovano okoli vodila EV6 (zaenkrat so takšni še vsi nabori), na deljitelje kar pozabite, ne zato, ker bi ne bili na voljo, temveč zato, ker se vaš sistem daleč najbolje počuti pri sinhronem (1:1, oziroma 100 %) delovanju, četudi to pomeni poganjanje bleščečega novega DDR466 pomnilnika pri le 133 MHz.

Da pa stvari ne bi bile preveč preproste, vplivajo na zmožnost, ali bolje nezmožnost, delovanja pri določeni frekvenci, določene nastavitve, natančneje zakasnitve. V mislih imam zloglasne t_CAS, t_RAS, t_RCD in podobno navlako. Natančna razlaga, kaj kateri pomeni, bi zahtevala razlago delovanja pomnilnika in kot takšna presega okvire tega članaka, ponudim vam lahko le splošno pravilo: manj je bolje. Žal pa tudi to vedno ne drži. Včasih znižanje frekvence ne odtehta pridobitev, ampak to so že finese, s katerimi se ukvarjamo v zadnji fazi navijanja. Dobro je vedeti še, da dvig napetosti blagodejno vpliva tudi na dovzetnost pomnilnika za bolj "agresivne" nastavitve.

V kolikor se veselite, da ste ubežali mojemu nerganju, toliko bolj boste z naslednjo povedjo razočarani, kajti tudi poimenovanje pomnilnika vodi ljudi na stran pota in to zelo trnava. V osnovi je dana ploščica določena z najvišjo predvideno frekvenco delovanja, recimo 166 MHz. Čisto tako mimogrede, frekvenca (ν) je tesno povezana z dostopnim časom (t) podanim v nanosekundah (ns), saj velja formula:

Stvari postanejo zanimive pri "zmogljivejših" pomnilniških modulih, za katere proizvajalci trdijo eno, čipi na njih pa drugo. Nikar se ne zatekajte k preuranjenim sodbam, zadevščina resda deluje pri oglaševani frekvenci, velikokrat pa to zahteva višjo napetost od privzete ali pa ohlapnejše zakasnitve. Obstajajo seveda svetle izjeme (Corsair, Kingston), ki primankljaj, ali natančneje presežek, v dostopnem času nadomestijo z ročno izbranimi čipi in zelo dobro zasnovanimi ter kvalitetno izdelanimi PCBji. Ni pa to srž mojega negodovanja, tu gre žal za nekaj precej bolj trivialnega.

Kot vsi vemo, je pri DDR pomnilniku mogoče podatke brati v obeh amplitudah, torej dvakrat na cikel. "Bistre" glave, kje druge kot v marketinškem oddelku, so se spogledale, oči so se jim zasvetile in izdahnli so: "Saj to je pa skoraj tako, kot da bi SDR deloval na dvakrat višji frekvenci!" in novo označevanje se je rodilo. Ako vas to kanček spominja na PR, imate popolnoma prav, le da je tu zapis rahlo drugačen. Pred kvazifrekvenco se tu bohoti oznaka DDR, enota, torej megaherci, pa manjka. Tako 166 MHz postane DDR333. Lahko pa hitrost pomnilnika podamo še na en način, glede na največjo teoretično prepustnost, merjeno v megabajtih na sekundo. To poimenovanje uporablja tudi JEDEC v svojih spcifikacijah, pri vsem skupaj pa ne gre pozabiti krutega dejstva, da tečejo birokratski mlini počasi, zato si proizvajalci brez kančka slabe vesti zmišljujejo nove, nestandardne oznake. Zadnja uradno sprejeta je PC3200, pri čemer so na tržišču že lep čas PC3500 ploščice. Verjetno ste iz prejšnih dveh zapisov ugotovili, da jih predznačimo s PC, številko za njim pa dobimo tako, da frekvenco pomnožimo s 16 in zaokrožimo na najbližjo stotico: 166 MHz (= 1/s) * 16 MB = 2656 MB/s => PC2700.

Grafične kartice

Po vseh kolobocijah, s katerimi ste se seznanili doslej, so grafične kartice dobrodošlo preprosta zadevščina. Vse kolikor toliko nove (od Voodooja 3 dalje) imajo ločena generatorja frekvence za GPU (grafični procesor) in pomnilnik, tako da ju lahko nastavljate povsem nezvezno. Zakonitosti so, kot upam, da ste tudi sami do sedaj že ugotovili, tako ali tako povsod enake, za podrobnosti pa predlagam ogled prvega in drugega dela članka, ki jih je o tej temi spisal naš alien-w.

Do naslednjič ...

Se beremo v drugem delu, ko se bomo spopadli z nastavitvami v BIOSu, testiranjem stabilnosti in še čim, medtem pa bodite pridni, žrtvujte kak šop trave meni na čast in ni vrag, da vam bogovi navijanja ne bodo prisluhnili (če že ti ne, pa vsaj kdo na forumu).