| 6. Overclocking |
| 6.1. Stabile Basis Mein Grund für den Einbau der Wasserkühlung war auch, das Gesamtsystem zu übertakten. Ich hatte anfänglich schon ein Problem damit, eine BIOS-Einstellung zu finden in der die Speichermodule als DDR3-1800, also mit dem von OCZ angegebenen Timing 8-8-8-27 und bei 1.95V laufen. Der Grund war, dass das BIOS die Multiplikatoren für FSB-DRAM und FSB-CPU automatisch setzte. Nachdem ich den Multiplikator für den CPU und die Frequenz des FSB auf 'manuell' gestellt hatte, konnte ich mit dem Menüpunkt 'DRAM Frequency' den angestrebten Speichertakt von DDR3-1800 auswählen. Dies führte zu den korrekten Multiplikatoren bzw. es erlaubte mir, bei Anpassung der FSB-Frequenz auch die erhöhte Speicherleistung zu verfolgen. Im Übrigen sollte man das Profil für die Systemleistung auf die maximale Performance ausrichten, da Windows sonst über das Stepping unter Umständen die Spannung des CPU herunter schaltet und so Abstürze provoziert. Das Stepping kann bzw. sollte auch im BIOS direkt deaktiviert werden, sofern das Einstellen einer manuellen CPU-Ratio dies nicht bereits mit sich bringt. 
Das hier aufgebaute System lief mit den folgenden Werten weitgehend stabil. Dabei blieb es im Idle unter 40°C.
Die Erhöhung der CPU-Spannung auf 1.5V liegt allerdings in der von Intel angegebenen Toleranz für einen Core2 Duo, die 1.5V als Obergrenze nennt. Um das System noch höher zu takten, müsste man die Spannung des CPUs weiter erhöhen, was bei z.B. 1.6V allerdings einen deutlichen Wärmezuwachs bei nur geringem Leistungsgewinn des CPUs mit sich bringt. 6.2. Problem durch BIOS-Update zu Rel. 0803 Die oben angegebene straffe Taktung des Systems lief stabil, allerdings nur bis die BIOS-Version 0803 für das ASUS Maximus Extreme Mainboard installiert wurde. Mit diesem BIOS stüzte Windows Vista immer nach 1-2 Minuten Crysis oder vgl. Spielen per BSOD (Blue Screen of Death) ab. Ich habe bisher schon diverse Konfigurationen von AnandTech und anderen Sites getestet. Es lief mit dem BIOS 0803 bisher jedoch eine Ausgangskonfiguration für DDR3-1600 stabil, die ich im OCZ-Forum gefunden habe. Diese Konfiguration habe ich durch geringe Modifikationen auf DDR3-1800 hochsetzen können, was zumindest eine ausreichende Stabilität für Spiele und normale Anwendungen lieferte. 6.3. Extreme Overclocking...? Nachdem die oben beschriebene Konfiguration vorerst stabil lief, ging es darum die Leistungsgrenzen des Systems herauszufinden. Durch die Reviews auf AnandTech und Tomshardware war klar, dass der OCZ-Speicher bei DDR3-1800 bereits ziemlich nahe an seiner Leistungsgrenze operieren würde. Um die echten Grenzen der Kombination von Mainboard, Speicher und CPU zu erfahren bedarf es zuerst einmal geeigneter Tools. Die drei anerkannten Tools sind (mit Stand 18.12.2007) die folgenden. Core Temp 0.95.4 beta (oder höher) zur Bestimmung der Kern-Temperaturen im CPU CPU-Z 1.42 (oder höher) zum Auslesen der CPU-Spannung und Taktraten Prime95 25.5 zur Erzeugung von Systemlast auf den CPU-Kernen Es gibt verschiedene Arten der Belastung für das Gesamtsystem, die man simulieren kann. Die Kalkulation über Prime95 erzeugt Volllast auf allen CPU-Cores und eignet sich dadurch sehr gut um die Stabilität des Systems bei steigenden Temperaturen zu überprüfen. Zusätzlich, nachdem ich eine stabile Konfiguration bei Prime95 habe, recodiere ich zum Test ein ca. 90-minütiges DVD-Video mit Power Director6 zu HD DVD, was das Gesamtsystem unter eine praxisnahe Volllast bringt. Als dritten Lauf teste ich das System mit einem Spiel (z.B. Crysis), das auch die Grafikkarte an ihre Grenze bringt. Erst wenn alle 3 Tests für mindestens 1.5 Stunden ohne Fehler durchlaufen, halte ich ein System für wirklich stabil. Speziell Spiele erzeugen nie so viel Last wie Prime95 oder das Rekodieren von Videos. Daher kann man unter Umständen, sofern man wirklich nur auf Spiele Wert legt, auch das Ziel verfolgen, eine maximale Leistung auf Kosten der Systemstabilität zu erreichen. Mein Ziel ist es, ein System zu betreiben, das bei absoluter Stabilität seine maximale Leistung bringt. Und nun ein kleiner... Disclaimer: Das unsachgemäße Übertakten eines PCs kann zu permanenten Schäden an der Hardware führen. Die im folgenden beschriebenen Werte bezüglich Komponentenspannung, Taktraten und Temperaturen können nicht auf andere Systemkonfigurationen und nur bedingt auf gleiche Komponenten anderer Baureihen oder Versionen übertragen werden. Übertakten erfolgt immer auf eigene Gefahr. Durch Übertakten erlischt in der Regel die Garantie der betroffenen PC-Komponenten! Zu Beginn des Overclockings erst einmal die Standardkonfiguration des System laut BIOS verwenden. So kann man feststellen, wieviel 'Luft nach oben' generell zur Verfügung steht. Also die Grundeinstellung des BIOS für den ersten Testlauf so belassen, wie sie ist bzw. wie das BIOS sie vorgibt. Hinweis: Um die Temperaturen der CPU-Cores mit Core Temp auslesen zu können muss man den Start von Windows Vista 64bit (nach Durchlauf des BIOS) mit F8 unterbrechen. Core Temp verwendet einen nicht zertifizierten Kernel-Treiber, der im Normalbetrieb nicht geladen werden kann. Im Startmenü dann die Option 'Erzwingen Treibersignatur ... deaktivieren' auswählen. Anschließend in Windows die Programme Core Temp, CPU-Z und ein Überwachungstool des Mainboardherstellers (z.B. ASUS PC Probe II) zur Kontrolle der Spannung der einzelnen Mainboard-Komponenten starten. Um den Test zu beginnen Prime95 aufrufen und den Torture Test z.B. mit dieser Konfiguration starten (gegebenenfalls noch die Anzahl der Threads den CPU-Cores anpassen). Während der Test läuft die Temperaturen der CPU-Cores und der anderen Mainboard-Komponenten zumindest so lange überwachen, bis diese sich stabilisiert haben. Sofern es bereits in Prime95 zu Rechenfehlern kommt, ist entweder die Spannung des CPUs/Speichers zu niedrig oder der Speicher bereits an seiner Leistungsgrenze. Solche Rechenfehler lösen in Windows-Anwendungen meistens einen BSOD (Blue Screen of Death) aus. Die Schlüsselstellung bzgl. der Stabilität nimmt das Verhältnis zwischen FSB, CPU-Takt und Speichertakt ein. Ein hoher FSB liefert systemweite Leistungsgewinne, führt bei zu hohen Werten jedoch auch am ehesten zu Defekten in Windows, da sich dieser ggf. auch auf die Laufwerke auswirkt. Ein bekannter Fehler bei zu hohem FSB ist, dass die Systemdateien von Windows beim Herunterfahren fehlerhaft auf die Festplatte zurückgeschrieben werden. Der Fehler äußert sich z.B. durch Abbrüche bei Booten des PCs - aufgrund von defekten Startdateien - oder durch nicht mehr adressierbaren Geräte im Gerätemanager. In meinem Fall bzw. bei diesem System konnte der Nvidia Forceware Treiber die Daten der Grafikkarte ASUS EN8800Ultra nicht mehr erkennen sodass Windows nur noch den VGA-Standard-Teiber installierte. Hier ist dann eine Neuinstallation von Windows erforderlich. Am meisten Luft für Übertaktung bietet normalerweise der (Intel-)Prozessor. Die maximale interne Taktfrequenz des RAM-Speichers kann eher selten weit übertroffen werden, allerdings bieten präzisere Speichertimings im Gegensatz zu den 'faulen Standardkonfigurationen' diverser Mainboards viel Potential zur Leistungsoptimierung. Für eine Änderung dieser Einstellungen sollte jedoch zuvor intensiv in spezialisierten Foren im Internet (wie zum Beispiel Forumdeluxx) und den Foren der Speicher- und Mainboardhersteller direkt geforscht werden. Wenn Prime95 für eine Zeit von etwa 1.5 Stunden ohne Fehler und Überhitzung läuft, kann man das System als stabil betrachten und weitere Tests durchführen. Um die Instabilität einzelner Komponenten auszugleichen kann deren Spannung geringfügig über das BIOS erhöht werden. Dazu sollte regelmäßig, im Hardware-Monitor des BIOS oder der Software des Mainboard-Herstellers, die real an der Komponente anliegende Spannung geprüft werden. Anschließend muss zudem die Temperatur diese Komponenten geprüft und bei Bedarf deren Kühlung verbessert werden. Um sich an die maximale Leistung des System heranzutasten muss man auf diesem Wege, zum einen, ein optimales Verhältnis aus Komponenten-Temperatur und -Spannung und, zum anderen, ein stabiles Taktverhältnis zwischen Mainboard, CPU und Speicher erzielen. Ab hier muss man selbst entscheiden, wieviel Aufwand bzw. Risiko einem die letzten 2% Mehrleistung des Gesamtsystems wert sind. Grundsätzlich gilt: Je niedriger die Temperartur, desto stabiler der PC. Ein Wechsel der Overclocking-Strategie (z.B. weg von einem glühenden FSB/Speicher und hin zu einer nur geringfügig heisseren CPU) sollte daher auch immer erwogen werden. Als Eckdaten für die Timings und Spannungen zu meiner Systemkonfiguration gibt AnandTech sehr gute Eckdaten an, auch wenn ich die Spitzenwerte nicht langfristig stabil halten konnte. Zudem bedeutet eine deutlich höhere Spannung auch immer einen höheren Verschleiß der Komponente und damit eine - im Extremfall einer weit übertrakteten und schlecht gekühlten CPU - unter Umständen stark reduzierte Lebensdauer.  Eine Konfiguration mit DDR3-1900 und 475 Mhz FSB waren für mein System in Bezug auf den OCZ-Speicher das erreichbare Maximum. Hierfür war jedoch eine - für den Dauereinsatz viel zu hohe - Spannung von mehr als 2.1V nötig. Der CPU lief mit einem Multiplikator von 7x bei 3325 Mhz stabil. Eine Konfiguration von DDR3-1800 mit 450 Mhz und einem CPU-Multiplikator von 9x lief in Bezug auf den Speicher offensichtlich stabil, allerdings erforderte der CPU dafür echte 1.65V. Bei dieser Spannung muss ich mein Kühlsystem auf Maximum stellen, um eine Betriebstemperatur der CPU-Cores von 65°C zu erreichen. Da in meinem Büro dann - trotz Wasserkühlung - die Geräuschkulisse eines Sportflugplatzes Einzug hält, ist auch diese Konfiguration nicht langfristig praktikabel. Ich hätte - ehrlich gesagt - mehr Potential von meiner CPU erwartet, die in anderen Revisionen/Systemen mit einem FSB von über 500 Mhz und bei +4 Ghz stabil läuft. Interessant ist, dass ASUS PC Probe II offenbar, wenn das System unter größere Last gerät (so nach 5-10 Minuten), unsinnige Werte anzeigt. Dass Lüfter und Wasserkühlung noch laufen und die North Bridge nicht mit 4.08 Volt betrieben wird ist offensichtlich... die North Bridge wird bereits ab 47°C (bei meinem System also ca. 1.65V) spürbar instabil. Für weiteres Overclocking werde ich auf die nächste CPU warten, was dauern kann, da aktuelle Software kaum mehr Leistung als die der Intel E6850-Architektur nutzt. Gegebenefalls lassen auch bessere Speichertimings in den nächsten BIOS-Versionen des Maximus Extreme weitere Optimierungen zu. Diese dürften jedoch die Leistung des Gesamtsystems nicht nennenswert - also um mehr als 5% - steigern. Da ich, nur um das Gesamtsystem an die 4 Ghz zu führen, den RAM-Speicher nicht mit weniger als DDR3-1800 (bzw. einem FSB von unter 450 Mhz) takten möchte, ist die für mein System zu 100% stabile Konfiguration die folgende: Ai Overclock Tuner [Manual] OC From CPU Level Up [Auto] OC From Memory Level Up [PC3-12800] CPU Ratio Setting [8x] FSB Frequency [450MHz] FSB Strap To North Bridge [Auto] PCIE Frequency [100] DRAM Frequency [DDR3-1800Mhz] DRAM Command Rate [2T] DRAM Timing Control [Manual] Primary Info; 7-7-7-28-Auto-Auto-Auto-Auto Der Rest ist [Auto] DRAM Static Read Control [Enabled] DRAM Dynamic Write Control [Disabled] Ai Clock Twister [Auto] Warning: Undefined variable $bulletc15 in /customers/6/b/f/headlink.de/httpd.www/site_headlink/pages/page106.php on line 81 CPU Voltage [1.46250] CPU PLL Voltage [1.58] North Bridge Voltage [1.61] DRAM Voltage [1.96] FSB Termination Voltage [1.52] Loadline Calibration [Disabled] CPU GTL Reference [0.63x] North Bridge GTL Reference [0.63x] Der Benefit ist, dass mein System bei dieser Konfiguration (bis auf die Festplatte) fast lautlos arbeitet. 6.3.1. BIOS-Update auf Rel. 0904 Die Freude über mein stabiles System hielt nicht sehr lange an. Mit dem Upgrade des BIOS des Maximus Extreme auf Version 0904 lief das System mit der Übertaktung auf 3.6 Ghz kaum noch stabil. Offensichtlich hat ASUS beim neuen BIOS das Management des Speichers geändert, da von mir weder das System noch die Einstellungen verändert wurden. Darüber hinaus tritt bei mir jetzt auch ein in vielen Foren diskutiertes Problem mit ASUS-Mainboards auf: Der Absturz des Nividia Grafikkartentreibers 'nvlddmkm.sys'. Das BIOS 0904 scheint zwar toleranter im Bereich der Speichertimings zu sein, da nun diverse Parameter auf [AUTO] belassen werden können, die früher zu Systemabstürzen führten. Prime95 läuft für mehr als 1.5 Stunden stabil und auch Crysis machte keine Probleme. Dennoch kam es neben dem regelmäßigen Nvidia-Teiberabsturz zu Freezes im Spiel 'Der Herr der Ringe Online'. Die Schwachstelle und Hauptursache für die Instabilität und Systemabstürze scheint die North Bridge zu sein. Gerade bei hohen Speichertaktraten vom mehr als 800 Mhz reagieren die North Bridge und der DRAM-Controller offenbar sehr empfindlich auf zu geringe Spannungen bzw. zu hohe Temperaturen. Dass mehr als 46°C auf der North Brigde zu Problemen führen hat bereits AnandTech beschrieben.  Der Absturz des Grafikkartentreibers und die gelegentlichen Freezes konnten von mir komplett vermieden werden, indem ich auf meine ursprünglichen Spannungseinstellungen zurück ging und die Spannung von North Bridge und DRAM-Controller erhöhte. Es musste allerdings unbedingt auch die Kühlung der North Bridge auf einen Maximalwert von 45-46°C angepasst werden, da das System ab 47°C auf der North Bridge spürbar instabil wurde. Interessanterweise wird diese Temperatur anscheinend nur in technisch komplexen MMORGs erreicht, die zeitweise viel Speicheraktivität durch gleichzeitige 3D-Grafik, Spielengine, Audioausgabe und Netzwerktraffic erzeugen. Die mit BIOS 0904 stabile Konfiguration meines Systems ist die folgende Ai Overclock Tuner [Manual] OC From CPU Level Up [Auto] OC From Memory Level Up [PC3-12800] CPU Ratio Setting [8x] FSB Frequency [450MHz] FSB Strap To North Bridge [Auto] PCIE Frequency [100] DRAM Command Rate [2T] DRAM Frequency [DDR3-1800Mhz] DRAM Timing Control [Manual] Primary Info; 7-7-7-28-Auto-Auto-Auto-Auto Der Rest ist [Auto] DRAM Static Read Control [Disabled] DRAM Dynamic Write Control [Disabled] Ai Clock Twister [Auto] Ai Transaction Booster [Auto] CPU Voltage [1.46875] CPU PLL Voltage [1.60] North Bridge Voltage [1.63] DRAM Voltage [1.96] FSB Termination Voltage [1.52] Loadline Calibration [Disabled] CPU GTL Reference [0.63x] North Bridge GTL Reference [0.67x] DDR3 Channel A REF Voltage [DDR3_REF] DDR3 Channel B REF Voltage [DDR3_REF] DDR3 Controller REF Voltage [DDR3_REF] Anschließend habe ich noch die die Latency der DRAM-Channels geprüft, um diese ggf. per AI Clock Skew Channel A/B anzupassen. Memtest zeigte jedoch keine Fehler, sodass ich diese Einstelllungen auf [Auto] beließ. Das Problem, dass ASUS PC Probe II unter Last falsche Systemdaten liefert, besteht allerdings trotz BIOS 0904 weiterhin. Außerdem arbeitet ASUS Q-Fan meiner Meinung nach noch nicht korrekt. So steuert Q-Fan z.B. aktuell nicht die Drehzahl des am OPT_Fan1 angeschlossenen Lüfters auf Basis der an OPT_TEMP1 gelesenen Temperatur. 6.3.2. BIOS-Update auf Rel. 1001 und Single vs. Dual Channel Mode Meine Tests habe gezeigt, dass mein System mit der o.a. Konfiguration - leider - schon nahe an seiner Grenze operiert. Ich rechnete daher nur noch mit geringen Verbesserungen der Gesamtperformance. Das neue BIOS 1001 führte daher auch nicht zu einer messbar besseren Performance. Ein interessanter Effekt des Updates war jedoch, dass der CPU nicht mehr mit der Spannung von 1.46875V startete. Ich erhöhte daher die Spannungen von CPU und CPU PLL um jeweils 2 Stufen und lief erneut meine Tests durch. Mit der höheren CPU-Spannung läuft das System wieder vollkommen stabil.  Beim Vergleich der Messwerte meines Speichers mit dem anderer Systeme fiel mir öfter auf, dass meine DDR3-DIMMs nicht ganz so schnell laufen wie ich es erwartet hätte. Den Test der Speicherperfomance kann man z.B. mit Lavalys EVEREST v4.20.1170 durchführen. Die Speicherperformance wird dabei durch den FSB beeinflusst, der aufgrund meiner aktuellen CPU nicht höher als 450 Mhz sein kann, und durch die Betriebsart des Speichers - als Single- oder Dual Channel. Da ich in meinem System 3 GB Speicher einsetze, schaltet das BIOS (laut Bootup-Message) auf Single Channel. Das Manual des Maximus Extreme sagt, dass die auf beiden Channels verfügbare gleiche Speichermenge im Dual Channel Modus angesprochen wird und der Überhang des einen Channels im Single Channel Modus. Das klingt für mich - gefühlsmäßig - bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder bei Overclocking nicht gerade nach optimaler Stabilität. Ich war daher gespannt wie schnell nur 2 GB im 'echten' Dual Channel Modus laufen würden. 
Der Umbau verlief schnell und nachdem alle Kühlflächen gereinigt und erneut mit Arctic Silver versorgt waren gings an die Messung. Mit den 3 GB im System hatten die OCZ DIMMs eine Read-Performance von ca. 10500 MB/s und eine Latency von 54.4 ns. Diese Werte entsprechen extakt denen, die in meinem nachfolgenden Test mit 2 GB im Single Channel Modus erreicht wurden. Nach dem Umstecken der DIMMs auf jeweils 1 Channel und dem - auch vom BIOS erkannten - Start im Dual Channel Modus folgte eine Überraschung:Der Speicher läuft im echten Dual Channel Betrieb mit ca. 10% mehr Leistung. Das dürfte bedeuten, dass der Single Channel Modus (sofern dieser überhaupt wie im Manual beschrieben funktioniert) den Speicher deutlich bremst. Die Read-Performance beträgt jetzt ca. 11450 MB/s und die Latency liegt immer so bei 45.4ns. In z.B. Spielen ist dieser Unterschied natürlich nicht sichtbar, er dürfte sich aber positiv auf die Stabilität des Systems auswirken. Ich habe mehrere Tests mit dieser Konfiguration wiederholt, diese stießen aber erneut bei 450 Mhz FSB und den 3600 Mhz des CPU an eine Grenze. Den OCZ-Speicher konnte ich allerdings ohne Fehler über längere Zeit mit DDR3-1900 betreiben. Als nächsten Schritt plane ich meinen CPU gegen einen Intel E8500 Wolfdale zu wechseln - zumindest sobald dieser verfügbar ist. |
