Разгон процессора жидким азотом
Данный справочник содержит теоретическую информацию об экстремальном разгоне. В нем описываются модели стаканов для жидкого азота, способы теплоизоляции стенда и прочие инструменты, необходимые для такого процесса.
Опыт дороже денег
Разгон старого железа не монетизируется никак – производители вкладываются в пиар только нового модельного ряда, игроделы тоже не желают видеть, как их новая игра «икает» на старых видеокартах и процессорах. Поэтому немного странно наблюдать за таким сентиментальным занятием профессиональных «оверов», для которых разгон – это работа, а борьба за предельную производительность – вопрос престижа.
В действительности, профи-энтузиасты уделяют внимание старине не для того, чтобы уронить скупую слезу в память об ушедших славных временах (хотя и по этой причине тоже). Старые комплектующие в разгоне ценны в силу нескольких факторов:
Стаканы для жидкого азота, несерийные и серийные образцы
Главная функция стакана – охлаждать до отрицательных температур компоненты ПК. Современные стаканы для жидкого азота обладают не только высокой эффективностью охлаждения за счет массы и конструктивных новшеств, но и стильным внешним видом.
На мой взгляд, это не только заслуга определенных людей, инженеров и дизайнеров, но и последствие того факта, что с недавних пор подобные устройства стали производить серийно. Это вещь уже не только для себя, но и для узкого круга других пользователей, которые платят деньги за серийное изделие. А для кого-то свою роль играет дизайн, что учитывается при разработке, и теперь данному фактору уделяется отдельное внимание.
Стаканы для жидкого азота могут быть выполнены из алюминия и меди, также есть медно-алюминиевые, паяные и цельные, некрашеные и анодированные.
Несерийные образцы
Подобное решение обычно вещь штучная и по-своему эксклюзивная. Но, как правило, качество изготовления, дизайн внутренней структуры и внешний вид уступают моделям, которые сходят с конвейера.
Что касается качества охлаждения, то вопрос тут спорный и зависит от нескольких факторов. Но поскольку никто еще не проводил полноценного сравнения в одинаковых условиях, обойдусь без утверждений.
Примеры внутренней структуры некоторых несерийных стаканов:
реклама
Азотный стакан старой конструкции | Стакан Magnum
Стакан MiniGun v.1.3 | Стакан MiniGun Forsage.
Если в первом стакане для увеличения площади рассеивания тепла используется примитивная «лесенка», то в решениях MiniGun внутренняя структура более продвинутая, как и в Magnum.
Фотографии и примеры крепления этих стаканов:
Азотный стакан старой конструкции | Стакан MiniGun v.1.3
Стакан MiniGun Forsage | Стакан Magnum.
Отличие есть и в способах крепления. У старого стакана прижимная пластина идет по центру, а у MiniGun и Magnum поверху.
По моему мнению, более продуманный крепеж используется в том случае, когда прижимная пластина сверху и накрывает стакан. Поскольку когда она проходит посередине, большая часть теплоизоляции остается неприкрытой и есть риск сколоть замерзший кусок изоляционного материала. Вдобавок между прижимной пластиной и куском теплоизоляции образуется еще один очаг конденсата. В случае верхнего расположения риск сколоть теплоизоляцию сводится практически к нулю, так как сама же пластина ее и прикрывает.
Что касается «бэкплейта», то лучше применять пластик или дерево. Если же используется металлическая пластина, то между ней и материнской платой лучше что-нибудь проложить, например, несколько слоев туалетной бумаги или неопрен.
Примеры «бэкплейта» стакана MiniGun и Magnum:
реклама
Как видно по фотографиям, у MiniGun крепежная пластина металлическая, а у Magnum деревянная, и в случае с украинским стаканом под «бэкплейт» можно ничего не подкладывать.
Серийные образцы
Серийные стаканы для жидкого азота появились совсем недавно, и, несмотря на свою явно завышенную цену, они пользуются спросом в узком кругу людей, ценящих не только высокую эффективность, но и стиль. Дизайн, исключительное качество изготовления, отдельные аксессуары вроде набора креплений, которые в случае утери можно докупить… все эти факторы говорят о том, что перед нами не просто обычный стакан, а в каком-то роде произведение искусства.
Примеры внутренней структуры некоторых серийных устройств:
Koolance CPU-LN2-V2 rev1 и rev2
Kingpin F1 | Kingpin F1 Gemini
Kingpin Venom 6.66 | der8auer’s BEAST CPU LN2 POT
Первый стакан – Koolance CPU-LN2-V2, это разработка одноименной американской фирмы, которая в основном занимается производством систем водяного охлаждения для ПК. На фотографии одна и та же модель для жидкого азота, только справа rev1, а слева rev2. Rev1 отличается даже более примитивной структурой, чем наш старый несерийный стакан.
На мой взгляд, он лучше подходит для сухого льда, нежели для жидкого азота, в связи с тем, что его внутренняя структура практически лишена сложного рисунка, и по окончании бенч-сессии из него можно будет легко вытряхнуть остатки сухого льда. А вот Rev2 получил более продвинутый рисунок и намного большую площадь рассеивания тепла. При этом он покрыт никелем, что смотрится довольно красиво.
Следующая пара – Kingpin F1, достаточно тяжелый стакан с большой площадью рассеивания тепла и своего рода классика, и Kingpin F1 Gemini, представляющий собой обновленную по дизайну (как внутри, так и снаружи) версию F1.
За ними следует Kingpin Venom 6.66. Это продукт 2012 модельного года, который получил совершенно другой дизайн, нежели F1. Он очень массивный и тяжелый, представлен в разных цветовых гаммах, что для кого-то может сыграть решающую роль. Лично держал его в руках, очень качественная работа.
Последним идет der8auer's BEAST CPU LN2 POT. Его внутренняя структура довольно продвинутая, он способен конкурировать с продуктами Kingpin не только по качеству изготовления, но и по качеству охлаждения и поддержания нужной температуры.
* Kingpin – американец, один из наиболее известных оверклокеров, участник команды №1 по оверклокингу – PURE.
** Kingpincooling – его одноименная фирма, производящая стаканы для жидкого азота.
*** der8auer – немец, участник команды №3 по оверклокингу – PC Games Hardware.
Фотографии и примеры крепления этих стаканов:
Koolance CPU-LN2-V2. Получил крепление с прижимной пластиной посередине и, как уже упоминалось, это не лучший вариант.
Kingpin F1. Крепеж данного стакана отличается массивной пластиковой прижимной пластиной, а благодаря последней фотографии становится ясно, что применен металлический «бэкплейт», проложенный слоем теплоизоляции.
F1 Gemini. Крепеж, на первый взгляд, такой же, как у обычной версии F1, только «бэкплейт» теперь не металлический, да и прижимная пластина выкрашена в разные цвета.
Venom 6.66. У этой модели прижимной пластины нет вовсе, дырки под разные сокеты уже просверлены на самом стакане.
der8auer’s BEAST CPU LN2 POT. Как видно по снимку выше, крепеж такой же, как у решения Koolance.
Крепление термопары к стакану
На некоторых образцах термопара крепится с помощью чего-либо, например, с помощью бумажного скотча, изоленты или другой клейкой ленты, а на других предусмотрена специальная ниша для термопары. Пример этого приведен ниже.
Перед креплением термопары можно смазать ее кончик термопастой.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Жидкий азот: (англ. – liquid nitrogen – сокращ. – LN2)
Газ без цвета вкуса и запаха, химически весьма инертен. «Испорченный воздух»
Не буду вдаваться в подробности. Я не химик, да и вам, думаю, это будет не столь интересно.
Температура его кипения составляет - 196 градусов ниже нуля.
Что, согласитесь, звучит немного пугающе.
На самом деле, всё не так страшно как кажется со стороны.
Например: Соприкосновение человеческой кожи с жидким азотом на протяжении 2-3 секунд – безопасно. Если соблюдать все правила безопасности, ничего страшного не случится.
Рекомендуется одевать перчатки, соблюдать защиту глаз, и т.д.
Если говорить про себя, я ограничился «головой и руками».
То бишь всё выше перечисленное не использовал и не собираюсь.
Почему? Да потому что «авось» и так «прокатит».
«Прокатило».
На самом деле просто не допускайте попадания азота в глаза (реально ослепнуть) и длительного соприкосновения с кожей.
Азот – «Очень холодный». Как кипяток, только в обратную сторону.
Если человек не видит и не ожидает, прикосновение раскалённого металла и сверх холодного металла даёт практически одинаковую реакцию организма – Ожог.
Так же ожог можно получить, зажав капли азота в ладони.
Он находится в стадии постоянного кипения/испарения, и чем меньше площадь, тем интенсивнее он испаряется.
Также азот довольно текуч.
Выплеснув литр азота на пол в коридоре, почувствовать холод вы можете находясь в комнате (капли «разъезжаются» в разные углы с высокой скоростью, словно ртуть, только быстрее).
Хранят азот в сосуде Дьюара («Большой» термос», если проще выражаться).
Сосуд Дьюара представляет собой стеклянную, металлическую или пластмассовую колбу с двойными или кратными стенками, между которыми выкачан воздух.
Повторюсь – Я не химик, описанное выше, мои (и не только) наблюдения.
Поэтому, относитесь к выше написанному, как к моему личному опыту.
реклама
Впервые с жидким азотом лично я «познакомился» 27-го апреля 2007.
Начинал вместе с человеком под ником DeDaL (TopMods).
Нынче – Лучший Оверклокер России. До сих пор иногда «бенчим» вместе.
Ну что же, перейдём-таки к следующему этапу:
Стаканы бывают разные.
Во-первых – отличаться они могут материалом (медь, алюминий).
Естественно лучше первый вариант, т.к. теплопроводность меди составляет 401 Вт/(м•K).
Алюминия – 237 Вт/(м•K).
Во-вторых – способом изготовления.
Паяные – самые не долговечные и дешёвые, лучше всего подходят для сухого льда (-78). При использовании в таком стакане азота, будьте предельно внимательны, после 2-3 сессий (в среднем 3-4 часа, об этом дальше) может возникнуть течь.
Цельные - дорогие, не имеющие «срока годности» стаканы.
Изготавливаются на заказ. К сожалению, в России пока что это дефицит (например, свой стакан я заказывал в октябре 2007-го аж за 9000 руб. да ещё и из Иркутска).
В-третьих – конструкцией (размер, вес, высота, внутреннее строение, крепление).
Всё, переходим к описанию и фотографиям различных стаканов.
И так, как я уже говорил, стаканы бывают разные.
Причём отличаться они могут не только всем выше перечисленным, но и предназначением (понятие это весьма формальное, но оно имеет место быть, о чём я и напишу ниже).
Стакан для азота сделан для того, чтобы сбить температуру. Любое другое охлаждение (воздушное, водяное) - это отвод тепла.
Сразу напрашивается вопрос – «Какая разница?» «Выточил «банку»-поставил-залил эти –«-196» и «сбиваешь температуру.»
Где-то, это верно. Но похоже на подобное – На любой машине можно поехать, заправив её бензином/дт.
То и на любом стакане можно «уйти в минуса», имея «живительную жидкость».
Другое дело КАК уйти. Поседев, или не напрягаясь. Потратив уйму времени, или наоборот. Израсходовав мало/много азота, или сбалансировано.
Отдельная тема - это стакан на северный мост материнской платы.
Мало того что он повышает стабильность на высоких значениях шины (600+), так ещё в некоторых случаях позволяет уменьшить на одно деление Perfomance Level (относительно стокового/воздушного/водяного охлаждения).
Хотя установка водяного охлаждения тоже имеет смысл, +5-10 стабильных MHz никому не помешают.
И дело всё в следующем (расскажу на примере плат ASUS, начиная с чипсета X38): В подавляющем числе случаев X38/48 (самые горячие современные «северы») не откликаются на напряжение выше 1.67v, точнее – Поднятие напряжения выше, чем значение 1.67v, требует замены охлаждения для сбивания температуры, либо «тупо не идёт».
Вне зависимости холодный ли радиатор или нет (почти все они кривые/не полностью прилегают/прижимаются, либо плохо прижимаются, так что если ваш «север» холодный, не торопитесь радоваться, скорее обратное).
Естественно столь высокое напряжение на северном мосту материнской платы подразумевает высокую шину. Что я собственно и имел в виду.
Итак, переходим к фотографиям стаканов и краткому их описанию:
Бытует мнение, что чем ниже VID процессора, тем он больше греется и лучше гонится - если первое абсолютно верно. То второе отнюдь. И ещё, «минусовая среда» очень отличается от «плюсовой». Настроев систему на +, готовьтесь встретить много «подводных камней» при -. Например - ваш процессор на воздухе страдает от перенапряжения (например, FSP Termination Voltage 1.2v) и при 1.22 становится только хуже. Под азотом этому же «камню» подавай 1.3v (вплоть до 1.4). Поэтому подбор настроек строго индивидуален для обоих «сред».
Сколько же уходит азота при «бенче»?
Понятие достаточно растяжимое. Точно ответить не этот вопрос вам никто не сможет. Да и сами мы/вы точно никогда не знаем, сколько потратим.
Смотря что «бенчится», как долго, как интенсивно, в кУпе с чем (например, процессор/видеокарта/две видеокарты). Ну и конечно, ЧЕМ – какими тестами.
Если на вскидку – в среднем 1-2 часовой 2D бенч E8600@6.0GHz «съедает» в среднем 6-8 литров. 3D я не беру, т.к. там может быть и 5, и 25 литров (как пример: чтобы пройти на 5.0GHz QX6700 Cinebench и ещё парочку 3D тестов нам понадобился весь 25 литровый Дьюар).
реклама
Что есть «cold bug» и как с ним бороться?
«Холодная ошибка/холодный баг».
Что это?
Не иначе как «баг» при переохлаждении.
Невозможность загрузки CPU/корректного запуска при температуре ниже нуля.
Это «бич» в основном процессоров A64 (особенно AM2, обычно «cold bug» «поджидал» уже при -2, не говоря уж про более низкие значения температуры).
Именно поэтому очень долгое время не могли превзойти результат процессора FX-57(S939, SanDiego) 4.2GHz.
P4 эта учесть более-менее обошла (хотя я лично видел 631-ый Cedarmill, который отказывался загружаться уже при -60).
Но таких случаев не очень много.
Wolfdale, например, имеет два «cold bug»а. Boot’абельный (старт системы до загрузки винды) и в винде, отдельный.
Обычно boot’абельный на 20-30гр выше.
Причём «cold bug» может быть (и не быть) у каждого свой.
Ему подвержены не только процессоры, но и видеокарты и мосты материнских плат.
Я «поймал» «cold bug», стакан полон азота, температура падает всё ниже и ниже.
ЧТО ДЕЛАТЬ?!
Изначально был немного дурацкий метод, кидали в стакан всё, что подвернётся под руку (например, 2-3 отвёртки, и температура переставала так резко снижаться).
Потом был метод отсоса азота с помощью любого шланга (словно слив бензина из бензобака). Эффективно выкачивался, но температура падала также медленно.
На данный момент мы используем метод разогревания стакана с помощью опять же, газовой горелки. 15-20 секунд, и температура начинает резко падать.
Привет, Гиктаймс! Дорога ложка к обеду, а рекорды в разгоне — к сроку конвейерной жизни компьютерного железа. Но есть у энтузиастов и дисциплины «для души» — так называемый ретроклокинг, когда давно снятые с производства и уже раритетные комплектующие «прыгают выше головы» под воздействием азота, гелия и диковинных модификаций. На что способен старый конь, если выдать ему нового допинга, и в чём состоит смысл такого занятия?
Оверклокинг – это не только романтика «я сделал домашний ПК быстрее и обманул систему!», но и спорт, со своими нормативами и тенденциями. Профессиональный оверклокер – селекционер и герой «гонок на выживание» одновременно: он, с одной стороны, собирает компьютер из отборного, безупречного железа, и заставляет такие комплектующие работать на пределе возможностей. Для мировых рекордов нужна быстрая машина и умелый пилот.
А по другую сторону стоят онлайн-соревнования, где мастера разгона выжимают максимум из тех комплектующих (примерно одинаковых), которые им выдают. Как правило, из нового железа нового модельного года, на базе широко доступных в рознице экземпляров. Это своеобразная демонстрация, «до чего техника дошла» со стороны производителей и доказательство того, что разгон актуален даже для новейшего железа, которое гораздо реже прыгает «выше своей головы».
Если вам нужна производительность – из старого железа будет целесообразнее изготовить сувениры
То бишь, оверклокеры волей-неволей пересаживаются на новые боевые машины каждый сезон, а дотошно раскрывать потенциал морально устаревшего железа никто уже не спешит. Что уж говорить о комплектующих «доазотной» эпохи? Но энтузиасты не упускают возможности приложить руку к разгону старых и заведомо не быстрых процессоров, видеокарт и накопителей. Угадаете, зачем?
Впечатляют ли новые рекорды на старом железе
В состязаниях старых комплектующих ключевую роль играют не результаты в бенчмарках (они будут смешными даже в сравнении с «бюджетниками» 2017 года), а максимально возможная тактовая частота, которую фиксируют в таблице рекордов. Такой процесс в оверклокинге называется валидацией.
Что главное в ретро-разгоне – так это зрелищность: нередко старое железо позволяет добиться прироста производительности порядка 150-200%! Сегодня даже специализированные комплектующие для разгона (отборные чипы в видеокартах, процессоры специальной серии с разблокированным множителем) подобные результаты не даются без труда, а старые «камни» даже в бюджетных разновидностях покоряют рекордные частоты без проблем.
Как вам, к примеру, бюджетный Intel Celeron D 347 (65 нм, 2007 модельный год, ядро Cedar Mill), который в 2010 году после разгона с помощью жидкого гелия подпрыгнул в тактовой частоте с 3,06 до 8,19 ГГц? Да и вообще. Socket 775 и процессоры на его базе (Core 2 Duo и Core 2 Quad различных поколений) стали легендами на все времена.
Процессор Intel Celeron D 347 в материнской плате DFI LANparty UT P35-T2R выдаёт рекордную частоту при помощи жидкого гелия
Особым уважением среди оверклокеров пользуются видеоускорители GeForce 8000 серии. Например, «субфлагман» GeForce 8600 GTS с 640 Мбайт памяти российские энтузиасты (Smoke, slamms и Atheros) разогнали с частоты 500/1600 МГц (ядро/память) до 1053/1253 МГц и установили рекорды сразу в пяти оверклокерских дисциплинах!
Даже горячие, неповоротливые двуглавые видеоускорители наподобие NVIDIA GeForce 9800 GX2 (2008 г.) в разгоне с помощью жидкого азота ставят рекорды производительности спустя шесть лет после выхода. Упомянутая выше видеокарта в 2014 году в паре с новым процессором Intel Haswell рванула с частот 600/1000/2000 МГц до 957/2322/2484 МГц? Не то, чтобы крышесносящий результат, если говорить о процентном приросте, но никто не предполагал, что дорогая неуклюжая «печь» сможет прыгнуть «выше головы» по прошествии стольких лет.
Разгон на 60% по ядру в GeForce 9800 GX2 (в паре с Core i5-4670K)
В это нелегко поверить, но даже в разгоне системы на базе SATA ревизии 1.0 целесообразно использовать SSD, а не жёсткий диск. Потому что в бенчмарках нет нужды копировать файлы огромного объёма в строгой очерёдности – тестовые утилиты чаще подгружают большое количество компактных файлов, и главное в такой задаче – реакция, время отклика. В таких случаях лидерство всегда остаётся за твёрдотельными накопителями. Ударяться в максимализм и приобретать ультимативный геймерский SSD не следует, потому что железо его не «раскачает», а бюджетные накопители могут, хоть и немного, но не «вытянуть» максимум в случайных операциях чтения и записи. Поэтому в тестовых стендах ретроклокеров чаще всего используются SSD геймерского класса. В случае с Kingston речь идёт о HyperX Savage.
Даже в старых разогнанных ПК целесообразно использовать SSD – не ради пиковых скоростей чтения и записи, а для как можно меньшего времени доступа к информации
И всё же классику до «пентиумчетвёртой» эпохи сегодня разгоняют редко и не из спортивных соображений – энтузиастам просто интересно прочувствовать на себе эпоху, когда процессоры не были многоядерными и очень живо реагировали на эффективное охлаждение. Отсюда и причудливые варианты разгона, наподобие «фреонок» (систем фазового перехода), вместо привычного и расхожего жидкого азота. Под таким соусом Pentium III Coppermine (1999 г.), к примеру, раскачивается с 733 до 1118 МГц в 2015 году. И примерно таким же образом частота Intel Celeron на базе этой же архитектуры «прыгает» 566 до 1547 МГц! Вот что 180-нм техпроцесс творит – производительность увеличивается в разы!
Оглавление
Оглавление
Переписываем историю с азотом и гелием, или после драки кулаками не машут?
Сегодня разгон железа почти всегда ассоциируется с жидким азотом, причём не всегда в «конских дозах» – современные процессоры всё реже способны работать на «полном стакане» при сверхнизких температурах и без «колдбага» (потери работоспособности по достижении не-предельной отрицательной температуры в случае охлаждения азотом). На старых «горячих» железках проблема встречается гораздо реже.
Говоря о классике, стоит помнить, что по-настоящему массовым разгон процессоров с помощью жидкого азота стал уже в эпоху Pentium 4 (Northwood), когда энтузиасты взяли за цель стабильно преодолевать частоту в 5 ГГц даже при запредельном тепловыделении комплектующих. А жидкий гелий протооверклокерами и вовсе никогда не использовался. Значит ли это, что сегодня энтузиасты могут «малой кровью» переписать на своё имя все рекорды прошлых времён, просто вооружившись гелием или азотом в бенч-сессии на дому?
Один из многочисленных подвигов Celeron 347 спустя годы после снятия с производства
Теоретически – да, никто не мешает взбодрить турнирную таблицу новыми рекордами и прославиться в амплуа мастера по разгону олдскульного железа. Но на практике всё выглядит не так романтично, как в теории. Потому что для удачного разгона нужен толковый экземпляр процессора/видеокарты (мы ведь выходим далеко за пределы их штатного потенциала, а значит, начинаются нюансы), а выбор классических комплектующих нынче, в 2017-м, уже не тот, что давеча. Особенно, когда речь заходит об оверклокерских материнских платах.
А вот найти подходящую оперативную память для платформ с поддержкой DDR SDRAM труда не составляет – под нужды ретроклокеров идеально подходят комплекты HyperX DDR на чипах Samsung TCCD или Winbond BH-5.
Память Kingston HyperX KHX3200AK2 – один из столпов в разгоне старого железа
Вообще, прелесть HyperX состоит в том, что в ней используются «гонибельные» чипы памяти. Например, в случае с DDR3 память спецподразделения Kingston основывалась на перспективных чипах Hynix. С ней (а это уже прошлое поколение DDR, как ни крути) платформы на базе DDR3 можно раскачивать вплоть до рекордного уровня DDR3-4600 и выше.
Ещё в 2011 году, в эпоху, когда DDR3 ещё не стал мейнстримным типом ОЗУ в домашних ПК, а «последние прорывные» процессоры Intel Sandy Bridge только появились на свет, память HyperX устанавливала один за другим рекорды производительности. Пара модулей HyperX DDR3 покорила частоту 3600 МГц (CL10) и 3275 МГц (CL8) без малого 5 лет назад (рекорд команды оверклокеров Lab501 в декабре 2011 года). Впрочем, сегодня такая память уже не считается ультрахардкором – абсолютно гражданской HyperX Savage DDR3 и DDR4 хватает для того, чтобы устанавливать мировые рекорды, так сказать, мелким оптом даже в тандеме с новейшим железом. А уж потенциал морально устаревших платформ новые модули раскроют, даже если старое железо будет разогнано «выше крыши». Например, для того, чтобы выжать все соки из грозной в недавнем прошлом GeForce GTX 770 (архитектура Kepler недавно пополнила ряды пенсионеров), достаточно всё той же разогнанной до умеренных 3000 МГц HyperX Savage DDR4 – оверклокеры проверяли этот факт в бою.
Прокачанная DDR3 в 2011 году, дамы и господа
Даже для неттопов, которым посчастливилось заполучить процессор с разблокированным множителем, найдутся подходящие варианты – ещё 7 лет назад на свет появились модули SO-DIMM DDR3-2133 CL8. Сбалансированная конфигурация в ретроклокинге – это когда ты не думаешь, осилит ли RAM экстремальный разгон, будь то на базе старой или новой платформы.
Вдобавок, со времён тех же Northwood разгон при помощи азота стал традицией, поэтому «киллер-фичей» мог бы стать оверклокинг с жидким гелием, но это неприлично дорогая, трудоёмкая, неблагодарная затея, на которую у большинства энтузиастов нет средств и времени.
Не спорт, а памятник эффективному железу с запасом прочности и быстродействия
Вместо перечисления частностей обозначим, что есть сегодня ретроклокинг:
Кстати, о в меру олдскульном разгоне — с 2 по 20 февраля мы дарим в Юлмарте скидку 10% на комплекты памяти HyperX DDR3 Savage (самый сок для боевых-игровых платформ прошлых лет). Для скидки достаточно использовать промокод DDR3FEB в покупке. Удачи вам и нестареющего железа!
Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании. В выборе своего комплекта HyperX поможет страничка с наглядным пособием.
До начала статьи сразу следует ответить на 2 вопроса, к гадалке не ходи — они будут заданы:
1) Какой в этом практический смысл? Разобраться в том, как ведет себя электроника при криогенных температурах, да и просто интересно сколько можно выжать из 20Мгц AVR-ки :-) Удалось выяснить момент, крайне важный и для разгона настольных процессоров с криогенным охлаждением.
2) Почему Arduino, ведь есть же куча микроконтроллеров быстрее, а i7 вообще всех рвет? Совершенно верно. Есть куча намного более современных микроконтроллеров, которые на 2-3 порядка быстрее (и они есть у меня в наличии). Однако Arduino получила большую известность среди любителей, потому было решено мучить именно её. А для практических применений конечно дешевле и проще взять более быстрые микроконтроллеры (Cortex-M3, M4).
Разгон микроконтроллера под жидким азотом обещает быть несколько сложнее разгона «настольных» процессоров — ведь тут нет ни тестов стабильности, ни программируемого генератора тактовой частоты, ни управления напряжением питания. Да и компоненты на Arduino, как показала практика, не выдерживают криогенных температур — и с ними придется разбираться в индивидуальном порядке. Все эти проблемы к счастью удалось решить.
Давно хотел до него дорваться. Оказалось, в Москве его продают несколько компаний. Ближе всего был НИИ КМ, там азот по 50 рублей за литр. Некоторые компании не морщась за 5 литров просят 950 рублей — с ними нам конечно не по пути.
Жидкий азот получают буквально из воздуха — сжижая его и разделяя на ректификационной колонне, или наоборот — сначала выделяя азот из воздуха специальными фильтрами, и затем сжижая. Как оказалось, продаются даже небольшие установки по производству жидкого азота (10 литров в день). Себестоимость производства по электроэнергии — 5-10 рублей за литр. Теперь я точно знаю, что хочу себе на день рождения!
Переносить азот можно в обычных стальных термосах (стеклянные могут треснуть от резкого падения температуры). После дополнительного утепления (+1 сантиметр теплоизоляции и полиэтилен для защиты от конденсата) азот выкипал за 30 часов, что в принципе достаточно для работы. Покупать специальный сосуд Дьюара — достаточно дорогое удовольствие, хотя азот из маленьких (~5 литров) «правильных» сосудов Дьюара выкипает уже за 25 дней. Также нужно помнить, что ни в коем случае нельзя герметично закрывать жидкий азот — разорвет в клочья.
На экране HD44780 подключенном стандартным образом по 4-х битной шине во второй строке выводится номер итерации цикла, и 8 шестнадцатеричных цифр контрольных сумм. Первые 2 — тест SRAM, затем Flash, арифметика и program flow. Если все ок — то контрольная сумма должна получаться 12345678. Ошибка в контрольных суммах накапливается. Также код ошибки выводится морганием светодиода на плате: монотонное моргание — все ок, 1 вспышка — ошибка SRAM, 2 — Flash и т.д. При тестах на ~-100°C — обычно находил ошибку program flow тест, при -196°C — тест с чтением/записью SRAM памяти.
Предполагалось, что при повышении напряжения мне придется отключить дисплей, и полагаться только на светодиод. Однако вышло наоборот — светодиод при температуре жидкого азота перестал работать (из-за расширения band-gap-а требуемое напряжение для зажигания стало выше напряжения питания, об этом ниже).
Arduino по умолчанию работает от кварца. Кварцы на первой гармонике обычно работают не выше 30Мгц, потому работа с внешним генератором неизбежна. Чтобы не паять саму плату Ардуины — я отогнул 2 ноги, к котором подключается кварц, и припаял контакт к внешней тактовой частоте. Ну и нужно было изменить fusе-ы для работы от внешнего генератора, для чего нужен отдельный программатор (в моем случае — TL866CS MiniPro). Об этом я конечно подумал уже после отгибания ног, и в программатор микроконтроллер пришлось ставить с костылями. На снимке слева — виден также китайский модуль DCDC на LM2596, которым я изменял напряжение питания.
Генератора сигналов до 100Мгц у меня конечно не было — недешевое это дело. Перестраиваемый генератор, способный генерировать в нужном мне диапазоне (16-100Мгц) со скважностью 50% удалось собрать только с 4-й попытки. Оказалось, многие генераторы на логических элементах — или имеют слишком низкую максимальную частоту, или нестабильны на высоких частотах (некоторые импульсы случайно становятся короче/шире). В конце концов следующая схема надежно генерировала во всем требуемом диапазоне. Резистор R1 на выходе — частичное последовательное терминировавшие, чтобы overshot тактового сигнала на стороне микроконтроллера был не такой страшный. Нам предстоит работа на повышенном напряжении, так и сжечь микросхему можно (при «резком» сигнале амплитудой 8V — мгновенные «выбросы» на стороне микроконтроллера были бы до 16 вольт).
При охлаждении до -196 градусов — сильно падает сопротивление металлов. Например для меди — катушка имела сопротивление 56.3 Ома при комнатной температуре и только 6.6 Ома при охлаждении (падение в 8.5 раз).
Поведение конденсаторов намного сложнее: электролитические конденсаторы при замерзании электролита теряют емкость в ~500'000 раз. Керамические конденсаторы — в зависимости от диэлектрика: самые дешевые Y5V — теряют почти всю емкость при охлаждении, X7R — теряют 66% емкости и NP0 (C0G) — изменение емкости не более 1% (но такие конденсаторы емкостью больше 1000 пФ — редкость). Соответственно, если развязочные конденсаторы по питанию были с диэлектриком Y5V — то схема может потерять стабильность при охлаждении. Проверить тип диэлектрика можно и при нагревании до 100-150 градусов — влияние на емкость примерно такое-же. Для исключения этой проблемы — прямо на ноги питания микроконтроллера были припаяны конденсаторы с диэлектриками X7R и NP0.
Для полупроводников — увеличивается ширина запрещенной зоны, и изменяется мобильность электронов/дырок (тут зависимость сложная). На практике это приводит к тому, что например кремниевые диоды — имеют падения напряжения не 0.6-0.7 В, а 1.1. Это особенно касается аналоговых схем, в которых много биполярных транзисторов.
Из-за увеличения ширины запрещенной зоны — изменяется цвет свечения светодиодов, он становится более коротковолновым. Особенно это заметно на оранжевых/желтых светодиодах — они становятся зелеными. При этом сильно повышается требуемое напряжение питания, и данном случае — для его включения уже не хватало напряжения питания.
Почему микросхемы могут начать работать быстрее при охлаждении? Скорость работы CMOS-логики ограничена скоростью заряда/разряда паразитных конденсаторов (емкости затвора транзисторов и металлических соединений). А т.к. при уменьшении температуры снижается сопротивление металлов — может повыситься скорость работы, особенно если в схеме критичный по скорости участок — это были какие-то длинные цепи.
Т.е. жидкий азот нужен не для отвода большого количества тепла (с его теплоемкостью с этим он справляется хуже обычной воды), а для улучшения характеристик микросхемы за счет снижения сопротивления внутренних металлических соединений.
После всех этих приготовлений — медленно заливаю Arduino жидким азотом, слышу как там похрустывают соединения, и вдруг — гаснет подсветка экрана, и затем плата «зависает». Я подумал было, что это конец. Затем выяснилось, что если немного приподнять плату над азотом, чтобы она так сильно не охлаждалась — подсветка загорается снова, и плата работает. С трудом удалось поразгонять, до ~50Мгц. Но конечно результат был не надежным, т.к. температура микроконтроллера была непостоянной.
Внезапно, глядя на то, как плата останавливается при опускании в азот и продолжает работу при отогревании — пришла идея: а вдруг это срабатывает защита от слишком низкого напряжения питания? Отключил Brown-out detection — и микроконтроллер стал стабильно работать при опускании в жидкий азот! С экраном — оказалось, что подсветка была подключена к 3.3В линейному регулятору на плате (пины питания заканчивались) — и при снижении температуры у него видимо тоже толи защита срабатывала, толи напряжение сильно падало. Подключил напрямую к 5В — и тоже все заработало.
Стабильная работы была около 50Мгц — и я начал повышать напряжение. Оказалось, что выше 8 Вольт — система переставала работать, а 7.5-8 Вольт обеспечивали абсолютно стабильную работу на частоте 65.3Мгц. Для сравнения, при комнатной температуре и 5В — максимально стабильная частота — 32.5Мгц, а при 8В — 37Мгц.
На частоте 65Мгц тест стабильно отработал больше часа, суммарно на разгон ушло 3 литра азота.
На воздухе — плата мгновенно покрывается инеем:
На видео тест на частоте 65Мгц начинается на 7:12, вид работы Arduino под слоем жидкого азота — на 9.00.
- Arduino под жидким азотом разгоняется и стабильно работает более часа на частоте 65.3Мгц, а на воздухе — только до 32.5-37Мгц. AVR короткое время спокойно работает при напряжении 8 Вольт.
- Удалось разобраться как изменяются параметры электронных компонент при глубоком охлаждении: падение сопротивления металлов в ~8.5 раз, падение емкости конденсаторов (электролитов, керамики Y5V — в тысячи раз, X7R — на 2/3. Емкость NP0 не изменяется), увеличение ширины запрещенной зоны полупроводников (рост падения напряжения диодов, изменение цвета светодиодов, очень большие изменения в работе аналоговых схем)
- При разгоне «больших» процессоров — нужно внимательно следить за температурой конденсаторов (электролитов и дешевых керамических с диэлектриком Y5V). Она не должна падать ниже нуля — даже если для этого придется устанавливать дополнительный подогрев. Иначе они потеряют почти всю емкость, и процессор будет терять стабильность.
- Ни одна Arduino не пострадала в процессе написания статьи. После отогревания и высыхания — продолжила работать, как и раньше :-)
PS: Если кто знает, где можно приобрести образцы сверхпроводников — напишите. То что я нашел — чудовищно дорого.
Вступление
В данной статье речь пойдет о вещах, которые нужны для охлаждения комплектующих ПК жидким азотом. В их число входят:
- Стаканы для жидкого азота;
- Стаканы для видеокарт;
- Стаканы для северных мостов материнских плат;
- Стаканы для оперативной памяти;
- Теплоизоляция стаканов для жидкого азота и стенда;
- Газовые горелки для разморозки стаканов для жидкого азота и стенда;
- Термометры для контроля температуры;
- Сосуды Дьюара для транспортировки и хранения жидкого азота;
- Термос для жидкого азота;
- И, конечно же, финансы.
Ниже мы разберем каждый пункт и рассмотрим конкретные предложения, а также сориентируемся по ценам. Помимо этого я поделюсь с вами своим опытом и наблюдениями на этот счет.
реклама
В сети уже достаточно материалов подобного толка, как теоретических, так и практических. Мало того, они есть не только на сторонних ресурсах, но и на нашем, например:
Дабы не повторяться, в этом обзоре я не буду переходить к практике или рассматривать экстремальный разгон с применением жидкого азота в условиях какого-либо стенда или платформы. Речь далее пойдет о том, что для этого нужно, где это купить, и сколько все это стоит.
Читайте также: