Nástroje najdete na DVD pod kódem Taktování

CPU v ideálním taktu

Moderní procesory pracují tak rychle, jak jim nařídíte. Ukážeme vám, jak můžete optimalizovat jejich dynamickou taktovací frekvenci a zrychlit tak svůj starší počítač.
CHRISTOPH SCHMIDT

Procesor AMD Phenom II X6, který slouží v jedné naší testovací sestavě, se řadí k nejmodernějším a nejvýkonnějším procesorům. Většinu času ale nepracuje rychleji než dnes už dvanáct let starý procesor Pentium III, tedy na nízké, ale ekonomické frekvenci 800 MHz. Při plné zátěži se však probudí všech jeho šest jader a jejich frekvence se zvýší čtyřnásobně, až na 3,2 GHz, takže Phenom II X6 dokáže pracovat mnohanásobně rychleji než staré Pentium III. Všechny moderní procesory fungují na stejném principu dynamického uzpůsobení taktovací frekvence, což jim umožňuje zároveň dosahovat extrémního krátkodobého výkonu a vysokého dlouhodobého výkonu a většinu času tráví v poklidu na nízké frekvenci a spoří elektrickou energii i tepelné vyzařování v rámci skříně. V tomto článku se dovíte, jakým způsobem lze optimalizovat technologii dynamické změny frekvence v noteboocích pro prodloužení výdrže na baterie nebo ve stolních počítačích pro nárazový vysoký výkon či dlouhodobou úsporu energie. Ukážeme vám rovněž, že měnit frekvenci můžete naučit i starší procesory.
Moderní přenosné i stolní počítače těží z vysoké flexibility současných procesorů, ale technologie dynamické úpravy taktovací frekvence vznikla prvotně pouze pro potřeby notebooků. Na počátku totiž stojí technologie "SpeedStep", kterou Intel poprvé uvedl u mobilních verzí procesorů Pentium III. SpeedStep ve své prvotní verzi pouze snižoval frekvenci mobilních procesorů v okamžicích, kdy notebook pracoval na baterie, aby tak prodlužoval jeho výdrž na akumulátor, a pokud byl notebook zapojen do adaptéru, vyrovnal frekvenci procesoru na jeho nominální hodnotu.

SpeedStep: Notebook v klidovém stavu šetří energii v akumulátoru

Od uvedení Pentia III v roce 2003 se v noteboocích objevují procesory se stále inteligentnější správou energie. Nejde jen o zvyšování frekvence a umožnění krátkodobého špičkového výkonu na úkor tepelné a energetické ztráty, ale hlavně o rychlost a úroveň snížení kmitočtu a rychlost vypínání momentálně nepotřebných jader v okamžicích, kdy jede notebook v klidovém stavu na "volnoběh" a pouze čeká, než uživatel opět stiskne klávesu textového editoru. Propracovaná správa dynamické alokace kmitočtu a možnost jeho bleskurychlého snížení má pozitivní vliv nejen na výdrž notebooku při provozu na akumulátor, ale také na produkci jeho zbytkového tepla, a tím pádem i na hlučnost notebooku.
Výrobci notebooků se snaží maximalizovat výkon procesoru a vymýšlet ideální a zároveň kompaktní, energeticky úsporný a tichý způsob chlazení, takže uživatelům nezbývá moc prostoru pro vlastní nastavení. Proto také můžete v BIOS nastavení notebooku provádět méně úprav týkajících se frekvence a napájení procesoru než u počítačů stolních. To je také důvod, proč výrobci neradi uvolňují své vlastní aplikace pro úpravu nastavení výkonu procesoru a intenzity chlazení. Naštěstí existuje bezpečný způsob dynamického nastavení kmitočtu procesoru za pomoci nástrojů v Ovládacích panelech Windows. Pokud se po několika minutách od změny nastavení dynamické frekvence procesoru náhle dramaticky sníží výkon notebooku, což se například projevuje trháním přehrávaného HD videa, budeme muset naše nastavení změnit a provést další úpravy. To samé platí v případě, kdy začne notebook střídavě spínat chlazení a razantně se zvýší jeho hlučnost.
Vysoká hlučnost ventilátorů a náhlá střídání výkonu procesoru jsou známkou přetíženého chlazení CPU. Ventilátor nedokáže ani na nejvyšší výkon uchladit procesor, který se začne přehřívat. CPU tedy automaticky sníží svoji frekvenci, čímž se sníží jeho teplota i hlučnost jeho chladicí jednotky. V okamžiku, kdy se po snížení frekvence sníží i teplota procesoru, teplotní čidlo povolí opětovné zvýšení frekvence a situace se opakuje stále dokola. Právě pro tento případ je vhodné správně nastavit limit maximálního výkonu CPU prostřednictvím napájecích schémat Windows.

Schémata napájení: Bezpečná optimalizace nastavení frekvencí CPU

Řešení výkonnostních výkyvů procesoru notebooku provedeme pomocí položky "Možnosti napájení", kterou najdeme v Ovládacích panelech operačního systému Windows 7. Zde můžete přepínat mezi několika přednastavenými napájecími schématy. Nejlepší volbou pro uživatelské nastavení je úprava schématu nazvaného "Rovnováha". Změny nastavení je možné provádět po kliknutí na odkaz "Změnit nastavení schématu" a dále kliknutím na položku "Změnit pokročilé nastavení napájení". Zde v položce "Řízení spotřeby procesoru" upravíme hodnotu "Maximálního stavu procesoru". Najdete zde dvě hodnoty, které udávají maximální výkon procesoru jak ve stavu s připojeným napájením, tak ve stavu provozu na baterie.
V továrním nastavení jsou obě položky nastaveny na hodnotu 100 %. Nyní je třeba zjistit, při jaké hodnotě pracuje notebook nejrychleji, aniž by se přehříval. Při naprosté většině úloh pracuje notebook se stejným výkonem a bez jakéhokoliv znatelného omezení i při 95 či 90 % maximálního výkonu. Pokud vám jde hlavně o výdrž při práci na baterii a o tichý chod, můžete tuto hodnotu snížit ještě více.
Úprava nastavení napájecích schémat Windows je naprosto bezpečná, protože tato schémata pracují s maximy danými výrobcem notebooku. Při běžném provozu ale nedoporučujeme pracovat v režimu (schématu) "Vysokého výkonu", který používáme jen během výkonnostních benchmarků v rámci našich testů. Toto schéma udržuje frekvenci procesoru neustále na jeho nejvyšším kmitočtu, čímž zvyšuje spotřebu energie, teplotu i hlučnost notebooku a zkracuje tak jeho životnost. Výkonnostní nárůst nelze zaznamenat, jelikož procesor neustále pracuje na 100 % svého výkonu, a ne rychleji. To samé platí i pro stolní počítače, které jinak nabízejí mnohem širší možnosti úprav nastavení výkonnostních režimů.

Stolní počítače: Proměnlivá frekvence procesoru zvyšuje výkon

Desktopové procesory rovněž mění frekvenci podle okamžitých potřeb systému a spuštěných úloh. V jejich případě jde ale většinou o optimalizaci využití procesoru a co nejvyšší výkon. Technologie, která umožňuje krátkodobé zvýšení výkonu procesoru nad jeho nominální frekvenci, se nazývá Turbo Boost a Intel ji uvedl začátkem minulého roku spolu s generací procesorů Core i5 a Core i7. Na počátku této technologie byla snaha vyřešit problém spojený s nedostatkem aplikací, které podporují současné zpracování kódu více jádry procesoru. Není-li aplikace optimalizována pro spolupráci s vícejádrovým procesorem, stává se, že jedno jádro CPU je využito na 100 %, zatímco zbývající jádra jsou naprosto nečinná. Výkon procesoru a jeho chlazení nejsou v takových případech ani zdaleka naplno využity. Procesory s technologií Turbo Boost dokážou využít zbývající chladicí a napájecí potenciál k přetaktování plně vytíženého jádra nebo jader, která tak krátkodobě pracují na vyšší frekvenci, než na jakou byla při výrobě otestována a určena. Nejnovější procesory z letošní druhé generace Core i5 a Core i7 "Sandy Bridge" jdou v tomto ohledu ještě dále a dokážou krátkodobě přetaktovat všechna jádra procesoru, což by při dlouhodobějším trvání vedlo k poškození počítače.
Jelikož ale známe zpoždění, s jakým se zahřívá procesor i jeho chladič, CPU začne pomalu snižovat frekvenci svých jader tak, aby zchladl předtím, než by došlo k přehřátí. Teplotní graf procesoru tak pomalu, ale přesně dosáhne svého maxima, ale nepřekročí jej (viz graf na str. 97). Tento princip dovoluje přetaktování procesoru a zvýšení jeho výkonu až po dobu 25 sekund, tedy na dobu, která stačí k urychlení bootování OS, renderování menšího objektu nebo pro zrychlení Photoshopu. Konkurenční AMD nabízí obdobnou technologii s názvem Turbo Core, ale uvedlo ji zatím pouze u nejnovějších modelů Phenom II s označením "T".

Změna nastavení BIOS: Pozor na taktovací frekvence a napětí jádra

Cílem automatického nastavení přetaktování či podtaktování procesoru je zvýšení frekvence v případě nutnosti maximálního výkonu a její snížení v případě potřeby vyšší úspornosti. Zvýšení či snížení výkonu procesoru se provádí úpravou taktovací frekvence nebo změnou velikosti napětí jádra. Dříve než začnete v BIOS nebo v utilitě od výrobce základní desky měnit tyto hodnoty, je třeba dobře pochopit princip přetaktování, abyste věděli, co činíte, jinak může snadno dojít ke zničení procesoru. Frekvence procesoru udává, kolikrát za sekundu dochází k přepnutí tranzistorů CPU. Chceme-li činnost procesoru urychlit, musíme zvýšit taktovací frekvenci nad jeho nominální úroveň, tak aby procesor vykonal za stejnou dobu více operací. Některé procesory se ale z výroby povedou lépe než jiné, takže ne všechny kusy stejného typu lze přetaktovat na stejnou úroveň, což může vést k výpočetním chybám a snížení stability či pádu systému.
Řešením je zvýšení napětí jádra procesoru, které může zvýšit stabilitu procesoru, protože tranzistory se při vyšším napětí mohou přepínat rychleji. Zvýšení napětí ale vyvolává i vyšší zahřátí procesoru, které může vést k jeho bezpečnostnímu samočinnému odpojení. Při vyšším napětí a vyšší teplotě procesoru může dojít k poškození citlivějších tranzistorů, a proto je limit zvýšení napětí jádra přesně omezen (viz tabulka na předchozí straně).
Chceme-li snížit spotřebu procesoru, musíme primárně snížit napětí jádra, jelikož spotřeba energie exponenciálně souvisí s jeho napětím. To znamená, že snížímeli napětí jádra o 20 %, spotřebuje procesor o 36 % méně wattů. I v tomto případě mohou působit problémy citlivější tranzistory, protože se při nižším napětí nebudou schopny přepínat nebo nebudou dostatečně rychlé. To sice jen málokdy vede k poškození CPU, ale často může vyústit ve výpočetní chyby, které časem vedou ke snížení stability systému, poškození souborů a nesprávným výpočtům. Pro kontrolu stability tedy doporučujeme po změně taktovací frekvence či napětí jádra spustit stresový test Prime95 (najdete jej na našem DVD). Test doporučujeme spustit v tzv. "Torture" režimu a nechat jej běžet alespoň po dobu šesti hodin. Pokud test proběhne v pořádku a nenahlásí žádné problémy, máte solidní jistotu, že systém bude i se změněnou rychlostí a napětím procesoru fungovat bez problému i delší dobu. Frekvenci procesoru a napětí jeho jádra lze měnit v BIOS i v různých aplikacích, které někteří výrobci dodávají spolu se základní deskou. Například Asus nabízí program Ai Suite (na našem DVD).

Přetaktování: Jak zvýšit výkon procesoru

Do BIOS většinou vstoupíte okamžitě po zapnutí počítače prostřednictvím stisku klávesy [Del] či [F2], někteří výrobci notebooků ale mohou používat i jinou klávesovou zkratku. V manuálu k základní desce zjistíte, kde se v BIOS nacházejí položky pro změnu taktování procesoru. V našem testovacím počítači se základní deskou Asus M4A89GTD se toto nastavení nachází v menu "Ai Tweaker". Většina hodnot je zde nastavena na "Auto". Dříve než se pustíte do vlastního přetaktování, deaktivujte funkci Turbo Boost či Turbo Core. Místo přímého zadání požadované frekvence procesoru se v BIOS nastavují hodnoty dvě: základní frekvenční krok a jeho násobitel. V našem testovacím počítači činí základní krok procesoru Phenom II X6 1090T hodnotu 200 MHz a jeho násobitel je 16, což odpovídá celkové frekvenci procesoru 3 200 MHz. Referenční krok frekvence procesoru a jeho násobitel zjistíte například pomocí programu CPU-Z (na našem DVD), a to v položce "CPU/Clocks".
Hranice přetaktování záleží na tom, zda lze násobitele procesoru nastavovat samostatně. To je ale možné jen ve výjimečných případech a dovolují to hlavně procesory, které výrobce prodává právě pro milovníky přetaktování. Intel takovéto procesory označuje písmenem "k" (například Intel Core i5-2500k). AMD označuje tyto procesory přízviskem "Black Edition". Vlastníte-li takovýto procesor, můžete postupně zvedat násobitel a po každém kroku stabilitu stroje otestovat Torture testem programu Prime95. Dojde-li během testu k výpočetním chybám či pádu procesoru, opatrně zvyšte napětí jádra a opakujte Torture test.
V případech, kdy nemůžete snadno zvýšit násobitel procesoru nad jeho přednastavenou hodnotu (což není možné u většiny procesorů), je situace o něco složitější. V tomto případě nezbývá než zvýšit velikost referenčního frekvenčního kroku procesoru. Drobná změna z 200 MHz na 210 MHz fungovala na našem testovacím počítači bez jakýchkoliv problémů. Zvýšíteli tento krok výrazněji, bude nutné upravit i některá další nastavení, aby nedošlo k přílišnému přetaktování operační paměti. Při větším přetaktování procesoru je tedy dobré přepnout taktování paměti z automatického režimu na manuál.
Výkon a spotřebu procesoru můžete upravovat i ve Windows, a to hlavně prostřednictvím "ladicích" nástrojů dodávaných výrobcem základní desky. Asus dodává v rámci svého balíku Ai Suite utilitu "TurboV Evo", pomocí které můžete výše uvedené parametry pohodlně nastavovat z prostředí Windows. Jakmile dosáhnete stabilně fungujícího nastavení, můžete si je uložit v podobě profilu (či schématu) a kdykoliv se k němu vrátit. To platí jak o přetaktování, tak i o podtaktování systému. V případě, že výrobce základní desky či notebooku nenabízí žádný podobný ladicí nástroj nebo pokud je váš procesor již zastaralý, můžete změnit taktovací frekvenci či napětí jádra procesoru prostřednictvím utility "Right-Mark CPU Clock Utility" nebo "CrystalCPUID" (obě najdete na našem DVD).
AUTOR@CHIP.CZ


Technologie CPU
Nalevo uvádíme přehled všech typů moderních CPU a hranici, do které je lze přetaktovat. Limitním faktorem jsou frekvence procesoru a napětí jádra.


Grafické karty: Výkon, nebo úspora energie?
Moderní grafické karty spotřebují stejně nebo i více energie než CPU a většinou pracují na volnoběh. Dynamické nastavení výkonu u nich přináší značnou úsporu energie i snížení hlučnosti systému.
V současnosti nejvýkonnější grafická karta nVidia GeForce GTX 590 má při hraní náročné hry, jako je například Crysis, příkon až 400 wattů, a spotřebuje tedy 2,5× více energie než celá plně vytížená testovací sestava osazená šestijádrovým procesorem. Její chladicí systém dosahuje při odsávání tepla během maximálního výkonu pekelné hlučnosti na úrovni osmi sonů, takže si bez nasazených sluchátek při hraní moc klidu neužijete. Důležité ale je, že ve 2D režimu lze její spotřebu i hlučnost výrazně snížit. Ve 2D režimu se sníží taktovací frekvence GPU, příkon klesne na 55 wattů a hlučnost na tři sony, což je sice příjemná, ale stále ještě dost vysoká hodnota. Jelikož i méně výkonné grafické karty jsou při plném výkonu značně hlučné, všechny karty s aktivním chlazením využívají automaticky řízené dynamické změny výkonu grafického procesoru.
PŘETAKTOVÁNÍ A PODTAKTOVÁNÍ GPU
Stejně jako v případě CPU i grafické GPU procesory umožňují zvýšení či snížení hodnot napájení a frekvence daných výrobcem. V ovladači grafických karet AMD můžete najít položku "OverDrive", ve které lze – po patřičném varování – upravovat nastavení frekvence GPU i taktu grafické paměti. Při zvýšení hodnot dojde ke zvýšení grafického výkonu karty, snížení hodnot pak přinese energetickou úsporu a snížení hlučnosti. V ovladači můžete rovněž upravit rychlost otáčení ventilátoru chladiče grafické karty. Majitelé karet nVidia musí pro úpravu taktovací frekvence grafické karty stáhnout systémové nástroje spolu s nejnovějšími ovladači.
NOTEBOOK: VYPNUTÍ DEDIKOVANÉ GRAFIKY
Zvláště majitelé notebooků ocení spíše než snížení taktovací frekvence výkonné grafiky možnost jejího úplného vypnutí. Díky technologii nVidia Optimus a AMD PowerExpress disponují dnes i notebooky s výkonnou 3D kartou dlouhou výdrží na akumulátor. Výkonný 3D GPU se aktivuje pouze v případě, kdy uživatel spustí graficky náročnou aplikaci, jinak se o zpracování obrazu stará úsporná integrovaná 2D grafika.

Foto: Výkonná karta nVidia GeForce GTX 590 vydává v plné zátěži hlučnost 8 sonů


TURBO BOOST PŘINÁŠÍ ZVÝŠENÍ VÝKONU
Moderní procesory se dokážou v okamžiku potřeby automaticky přetaktovat. Procesor kontroluje během přetaktování svoji teplotu a než dojde ke kritické hranici, automaticky opět sníží svůj takt, dokud se zase neochladí.


Foto: Pod Windows Některé programy, jako je například Asus TurboV, umožňují provádět změny BIOS z prostředí Windows.
Foto: BIOS Hodnotu násobitele CPU (horní rámeček) a napětí jádra (spodní rámeček) vždy měňte opatrně a po malých krocích. Po změně proveďte zátěžový test stability procesoru a systému.