Overvolting i undervolting – któż z osób zainteresowanych komputerami choćby nie otarł się o przynajmniej jedno z tych pojęć? Niewtajemniczonym tłumaczę, że są to anglojęzyczne terminy oznaczające, kolejno, podniesienie bądź obniżenie napięcia zasilającego. Co jednak istotniejsze, o ile w przypadku urządzeń stacjonarnych napięcia przeważnie podnosimy, by uzyskać możliwie najwyższe częstotliwości zegara taktującego dany podzespół, o tyle laptopy wymagają zdecydowanie większej świadomości, ze strony użytkownika. I właśnie dlatego pokusiliśmy się o przygotowanie tego tekstu.

Niniejszym mamy przyjemność przedstawić Wam kompletne kompendium wiedzy, dotyczące napięć zasilających w notebookach, które, mamy nadzieję, pozwoli na lepsze rozumienie zagadnienia, a przez to także optymalizację własnego sprzętu. Nie przedłużając, zapraszamy do lektury.

Przede wszystkim, aby zrozumieć istotę napięć, należy odpowiedzieć sobie na pytanie, czym one właściwie są. Fizyka definiuje napięcie jako różnicę potencjałów elektrycznych, między dwoma punktami obwodu, a więc stosunek pracy wykonanej przeciwko polu, podczas przenoszenia ładunku elektrycznego. Wciąż brzmi enigmatycznie, prawda? Ale to proste. Każdy współczesny procesor (zarówno centralny, jak i graficzny) składa się z dziesiątek miliardów tranzystorów, przez które z określoną częstotliwością, zwaną potocznie taktowaniem, przebiegają impulsy elektryczne. Kiedy tylko impuls dojdzie do celu, układ wykonuje jedną podstawową operację. To, ile podstawowych operacji wymaganych jest do zrealizowania rozkazu zależne jest od jego złożoności, jak również architektury samego chipu, ale częstotliwość zegara taktującego i tak istotnie rzutuje na końcową wydajność.

Napięcie tymczasem, mówiąc nieco kolokwialnie, nadaje impulsom siłę, wymaganą do pokonania narzuconej im ścieżki.

Podkręcając, czyli zwiększając częstotliwość zegara taktującego, narażamy układ na większe zakłócenia i interferencje sygnału. Musimy im więc przeciwdziałać, zwiększając nakład wykonywanej przez impulsy pracy, co jednak prowadzi do wzrostu zużycia energii i wyższych temperatur roboczych. Analogicznie, możemy postarać się o zmniejszenie napięcia, by przedłużyć czas pracy na baterii i poprawić kulturę pracy układu chłodzenia.

Zaraz, zaraz... Tylko czy to aby nie oznacza spadku wydajności? Otóż nie, nie musi. I tak właśnie dochodzimy do sedna sprawy. Wbrew pozorom, nie istnieje uniwersalny wzór łączący napięcie z taktowaniem. Nie chodzi tu jedynie o oczywiste różnice w procesach litograficznych, jak szerokość ścieżek czy bramek tranzystorów, pomiędzy układami różnego typu, ale losowość egzemplarzy wśród dokładnie tych samych konstrukcji, chociażby procesorów Core i7-8700K czy kart graficznych GeForce GTX 1060. Nie ma bowiem dwóch takich samych chipów.

Rdzenie produkuje się z krzemowych wafli, które, po naniesieniu struktury w procesie zwanym fotolitografią, zostają pocięte na pojedyncze układy. Same wafle wytwarzane są zaś z niemalże monolitycznego i bardzo czystego krystalicznego krzemu, a następnie dodatkowo polerowane i czyszczone kwasem. Mimo to, perfekcyjna jednorodność nie zostaje osiągnięta. Minimalne skazy decydują o tym, jak wysoko układ się podkręci i przy jakim napięciu zadziała stabilnie. Wiedząc o tym, producenci stosują pewną formę uśrednienia, badają większą pulę wyprodukowanych rdzeni, by móc określić optymalne wartości dla taktowania i napięcia. Wielkości te muszą z jednej strony gwarantować satysfakcjonującą wydajność, ale z drugiej – utrzymać zużycie energii w granicach rozsądku, a zarazem nie narażać na zbyt wysokie koszty (przez zbyt dużą liczbę odrzutów). Przy produkcji na masową skalę, uśrednienia są niezbędne, ale, jak wiadomo, nie sprzyjają one dobrej optymalizacji, w żaden sposób.

Na szczęście, sprawy możemy wziąć w swoje ręce, przynajmniej o ile dysponujemy sprzętem pozwalającym na dowolną zmianę taktowań i napięć, jak laptopy Dream Machines serii X, ze specjalnym oprogramowaniem układowym PREMA – dla procesora oraz karty graficznej, albo laptopy Dream Machines serii G – wyłącznie dla karty graficznej.

Producenci tacy jak Intel czy NVIDIA dążą do tego, aby ich sprzęt był bezwzględnie stabilny, także w rękach kompletnego laika, który przypadkiem mógłby "naklikać" w kluczowych opcjach. Oprogramowanie PREMA, instalowane przez nas na życzenie klienta, pozwala obejść narzucone ograniczenia. Tym sposobem możecie uzyskać kompletną kontrolę nad zasilaniem i szybkością notebooka, czego próżno szukać w lwiej części konkurencyjnych rozwiązań. Ale do rzeczy.

Weźmy za przykład wspomniany już gdzieś wcześniej procesor Core i7-8700K. Jak wiadomo, jest to sześciordzeniowy i dwunastowątkowy układ, o taktowaniu 3,7 GHz, które, dzięki technice Turbo Boost, może automatycznie wzrosnąć do 4,3 - 4,7 GHz, przy czym napięcie dochodzi do 1,3 V.

Postanowiliśmy wziąć na warsztat losowy notebook Dream Machines X1060, z tym właśnie procesorem, by przyjrzeć się dokładniej charakterystyce jego pracy. Zaczęliśmy od dziesięciu cykli renderowania sceny, w aplikacji Cinebench R15. Szybko okazało się, że nasz sprzęt zdobywa w tym teście około 1400 punktów. Niemniej bardziej istotne jest, że efektywna wartość napięcia wahała się w przedziale 1,23 - 1,28 V, podczas gdy 1,3 V występowało tylko chwilowo, w formie wyraźnych skoków krzywej. Począwszy od 1,28 V, zaczęliśmy napięcie sukcesywnie obniżać, każdorazowo powtarzając serię testów. Efekt? Bez jakiejkolwiek utraty wydajności, a więc bez redukcji częstotliwości zegara taktującego, wykorzystany w przykładzie procesor przyjął woltaż na poziomie 1,25 V, co pozwoliło zredukować jego średnią temperaturę roboczą o 4 - 5 st. Celsjusza. Mało tego, jako iż niższe temperatury pozwalają osiągnąć układowi wyższą sprawność energetyczną, mogliśmy również liczyć na nieznacznie przedłużony czas pracy, na akumulatorze.

I Wy możecie z czystym sumieniem powtórzyć nasz zabieg. Wystarczy bowiem zmodyfikować parametr VCore w PREMA BIOS, raz po razie testując stabilność (alternatywnie można zastosować prostą w obsłudze i przejrzystą aplikację Intel Extreme Tuning Utility, która, co ciekawe, ma już zintegrowany test stabilności).

Co oczywiste, niejako odwracając zaprezentowane tu mechaniki, czyli podnosząc napięcie i zwiększając mnożnik procesora, centralną jednostkę obliczeniową można przyspieszyć. Niemniej overclocking niesie za sobą pewne ryzyko, zbyt wysokie napięcie może bowiem układ bezpowrotnie uszkodzić, czego nie obejmuje gwarancja, podczas gdy napięcie zbyt niskie wywoła jedynie niestabilność platformy. Należy również mieć świadomość, że agresywne podkręcanie może znacząco wywindować temperatury. Choć dokładamy największych starań, by uczynić chłodzenie Dream Cooling możliwie wydajnym, praw fizyki nie da się przeskoczyć.

A co z kartą graficzną? Tutaj sprawy przedstawiają się odrobinę inaczej, mianowicie współczesne karty NVIDIA Pascal, stosowane w naszych laptopach, korzystają z całych tablic napięć, wyznaczonych względem taktowania, a kolejnych progów może być nawet kilkadziesiąt. Dostęp do takiej tablicy uzyskujemy albo poprzez kombinację klawiszy “Lewy Ctrl + F”, w aplikacji MSI Afterburner, albo poprzez wybór odpowiedniej funkcji w aplikacji EVGA Precision XOC. GeForce GTX 1060 6 GB, zainstalowany w notebooku Dream Machines X1060, w praktyce osiąga około 1500 - 1550 MHz, przy napięciu rzędu 1,0 - 1,05 V. Obniżyliśmy wartości na krzywej tak, by szczytową wartością napięcia uczynić 0,95 V, a nasza akcelerator, ponownie, stał się 6 - 7 st. Celsjusza chłodniejszy, bez jakiegokolwiek negatywnego wpływu na wydajność. Oczywiście w tym przypadku testy stabilności należy przeprowadzić w grach.

Siłą rzecz, podobnie jak w przypadku procesora centralnego, wielkości mogą zostać nie tylko obniżone, ale także podniesione. To już zależy wyłącznie od intencji użytkownika.

Mając wyżej przedstawioną wiedzę, zapytacie nas zapewne, czemu w takim razie nie przeprowadzamy undervoltingu fabrycznie, skoro to takie, wydawałoby się, proste. Odpowiadamy raz jeszcze: przez losowość egzemplarzy. Zarówno obniżenie napięć, jak i przyspieszenie układu nigdy nie będzie optymalne, jeśli zabierzemy się za to globalnie. Zwróćcie uwagę, że nawet fabrycznie podkręcone modele kart graficznych, dla desktopów, wciąż można zoptymalizować. Dla unaocznienia problemu, Core i7-8700K autora tego artykułu, wykorzystany w jego prywatnym komputerze, stabilnie działa dopiero przy 1,28 V, nie jak sztuka w przykładowym Dream Machines X1060 - 1,25 V. Wniosek powinien być zatem jasny. Aby uzyskać optymalne parametry energetyczne, optymalizację zawsze należy przeprowadzić samemu. Ale przecież z tą publikacją nie jest to już zagadnieniem przesadnie skomplikowanym, prawda?