Ülekiirendamine

Ülekiirendamine (slängis klokkimine, kellamine; inglise keeles overclocking), tähendab arvutikomponendi töölepanekut originaalsätetest suuremal kiirusel.

Üldjuhul väljendub see komponendi töötamises tehaseseadetest suuremal taktsagedusel (rohkem töötakte sekundis). Ülekiirendamise eesmärk on suurendada arvuti jõudlust tööks kindlates valdkondades. Seda on harrastanud entusiastid, kes soovivad oma arvutid viimase piirini viia ning näiteks purustada jõudlustestide maailmarekordeid. Samas osad ülekiirendajad ostavad odavamaid komponente ning kiirendavad neid, kuni need töötavad sama kiirelt kui kallimad komponendid. Samuti on võimalik ülekiirendades edasi lükata vajadust uue riistvara järele.^[1]

Kui varem oli ülekiirendamine entusiastide ja gurude pärusmaa, siis tänapäeval on see valdkond tulnud lähemale ka tavakasutajale, kuigi nad ise ei pruugi seda teadagi: näiteks paljud tänapäeva protsessorid ja videokaardid üle- ja alakiirendavad ennast automaatselt vastavalt rakenduste nõudlusele. Levinud on ka see, et enamasti Inteli protsessorid hakkavad end alakiirendama, kui protsessoril pole piisavalt jahutust.

Ülekiirendamisel keskendutakse üldiselt protsessorile, videokaardile, mäludele ja emaplaadi kiibistikele. Nagu mainitud, saavutatakse tulemus komponendi taktsageduse suurendamisega või mälude puhul näiteks ka timmingute muutmisega. Protsessori taktsagedust on võimalik suurendada baaskella taktsageduse või esisiini kordaja väärtuse muutmisega. Uuematel Inteli i-seeria protsessoritel siiski enam esisiinil baseeruvat tehnoloogiat ei kasutata ning on üle mindud protsessorisisest mälukontrollerit kasutavatele arhitektuuridele. i-seeria protsessorite ülekiirendamine erineb küll veidi esisiini tehnoloogiat kasutavate protsessorite ülekiirendamisest, kuid idee jääb samaks.

Kuna ülekiirendamine tähendab reaalsete arvutikomponentide seadete muutmist, tuleks eelnevalt veenduda, kas süsteem on selliseks tegevuseks ka valmis.

Põhilisteks komponentideks, mida tänapäeval ülekiirendatakse, on protsessor ja mälud. Protsessorite ülekiirendamise potentsiaal oleneb väga palju konkreetsest protsessorist. Isegi sama mudelinumbrit kandvad protsessorid ei pruugi kõik olla sama potentsiaaliga. Protsessorit ja mälusid ülekiirendatakse põhiliselt suurendades esisiini kiirust või baaskloki väärtust. Mälude puhul on veel võimalik muuta mälude kordajat ja ajalisi timminguid.

Vanemaid protsessoreid oli võimalik üle kiirendada ainult BIOS-i keskkonnast. Tänapäeval on see probleem aga kadunud ning on olemas ka operatsioonisüsteemi baasil töötavad ülekiirendamistööriistad. Näiteks GigaByte'i plaatidega pakutakse kaasa EasyTune'i tarkvara. Soovituslik oleks ikkagi võimalusel üle kiirendada BIOS-is, kuna see võimaldab muuta rohkemaid seadeid ning tulemus võib tulla stabiilsem.

Samuti on võimalik üle kiirendada videokaarte. Täpsemalt kiirendatakse üle nimelt graafikaprotsessorit (GPU) ja videomälu (GDDR). Kui põhiline protsessori ülekiirendamine toimus BIOS-i keskkonnas, siis videokaarti kiirendatakse valdavalt operatsioonisüsteemi siseselt. Paljud graafikakaartide tootjad pakuvad osadele mudelitele spetsiaalselt selle kaardi jaoks välja töötatud ülekiirendamistarkvara, kuid on olemas ka kolmanda osapoole tööriistu, mis võimaldavad täpsemat seadistamist. Videokaardi ülekiirendamine aitab tõsta jõudlust näiteks sünteetilistes graafikatestides, arvutimängudes ning muudes videokaarti kasutatavates rakendustes.

Videokaarti ülekiirendades tasub pöörata suurt tähelepanu temperatuuridele, kuna üldjuhul muutuvad graafikaprotsessor ja videomälud kuumemaks kui tavaline protsessor ja mälud. Sarnaselt protsessorite ja mäludega testitakse ka videokaartide stabiilsust teste käitades. Nende testide abil saab kindlaks teha, kui palju muutus videokaardi jõudlus, kas videokaarti on kiirendatud liiga palju ning kas tuleks taktsagedust alandada. Nii on võimalik vältida kaardi läbipõletamist. Üks suur hoiatuskell on see, kui testimiseks kasutatav programm või koguni operatsioonisüsteem kokku jookseb. Seda põhjustab tavaliselt liiga palju ülekiirendatud komponent.

Tasub ka hoida silmad lahti artefaktide suhtes. Artefaktid on näiteks suvalised kolmnurgad või täpid ekraanil, mis seal olema ei peaks. Neid põhjustab üldjuhul ülekuumenemine. Vilkuvad kolmnurgad viitavad tavaliselt probleemsele graafikaprotsessorile ning täpid või täppide kogumid probleemsele videomälule. Sellised probleemid esinevad liigsel ülekiirenemisel võrdlemisi tihti ning on väga heaks diagnostiliseks vahendiks. Kui probleemid artefaktidega ei kao ka tehaseseadetel, siis on probleem mõnevõrra tõsisem ning tuleks konsulteerida eksperdiga.

Tavaprotsessori puhul on võimalik toitepinget muuta väga lihtsalt aga graafikaprotsessorite tööpinget üldjuhul tarkvaraliselt muuta ei saa. Seetõttu teevad osad entusiastid videokaartidele riistvaralisi muudatusi. Tavaline lahendus on see, et mõni takisti trükkplaadil asendatakse potentsiomeetriga, mille takistust saab muuta. Selle abil on võimalik tõsta videoprotsessori või videomälu toitepinget ning saavutada veel suuremaid taktsagedusi. Selline tegevus on algajatele aga rangelt ebasoovituslik ning valesti toimides on väga lihtne oma kaart läbi põletada. Tasuks veel märkida, et antud tegevuse käigus kaotab kaart kindlasti oma tehasegarantii.

Väga tähtis on, et arvuti emaplaat omaks ülekiirendamist võimaldavaid seadeid. OEM-i arvutites leiduvad emaplaadid ei võimalda tihti ülekiirendamist. Sama lugu võib olla osade odavamasse hinnaklassi kuuluvate plaatidega. Keskmise ja kõrgema otsa plaadid üldjuhul toetavad ülekiirendamist, kuid alati võib ette tulla erandeid. Kui on plaanis soetada emaplaat ning mõttes ka ülekiirendamine, siis tasub veenduda, et antud emaplaat seda ka võimaldab. Samuti tasub enne plaadi ostmist lugeda Internetist plaadi kohta käivaid ülevaateid ning erilist tähelepanu pöörata testidele, kus plaati on üle kiirendatud.

 Pikemalt artiklis Arvuti jahutus

Teiseks väga tähtsaks osaks ülekiirendamise juures on jahutus. Kõik elektroonika komponendid toodavad suuremas või väiksemas koguses soojust ning ülekiirendamise käigus komponentide soojuseraldus reeglina suureneb, kuna taktsagedus ja nõutav jahutusvõimsus (TDP) on omavahel lineaarses seoses. Maksimaalne võimalik taktsagedus sõltub aga paljuski toitepingest, mis komponendile antakse. Seega, kui soovitakse saavutada suuremaid töösagedusi, tõstetakse üldjuhul ka toitepinget. Pinge tõstmisega tõuseb reeglina ka komponendi temperatuur ning temperatuuri tõustes suureneb ka komponendi takistus, mis omakorda tõstab jällegi temperatuuri. Seega, protsessori tööpinge ja nõutav jahutusvõimsus on omavahel eksponentsiaalses seoses.^[2] Järeldada tuleks, et jahutus on ülekiirendamisel väga oluline.

Jahutid, mis tulevad koos komponendiga kaasa, on tihti mõeldud komponendi jahutamiseks tehaseseadetel ning ülekiirendamiseks nad üldiselt ei sobi. Alati tasub veenduda, et teil on piisavalt võimas jahutussüsteem. Kui ei, siis tasub mõelda lisajahutuse peale. Tüüpiline lahendus selles olukorras on korpusele mõne lisaventilaatori lisamine või terve jahutussüsteemi välja vahetamine. Kõige efektiivsemad on alumiiniumist või vasest valmistatud soojustorudega torni tüüpi jahutused. Vase soojusjuhitavus on suurem kui alumiiniumil, kuid ta on ka märgatavalt kallim, seega osad tootjad kombineerivad neid kahte metalli, et saavutada hea efektiivsuse-hinna suhe.^[3]

Teadlikumad kasutajad kasutavad tihti ka vesijahutust või Peltieri elemente koos täiendava õhk või vesijahutusega. Nende meetoditega on võimalik komponente veelgi efektiivsemalt jahutada, kuid nõuavad mõningaid teadmisi antud jahutuslahenduste kohta. Kui mõned aastad tagasi kasutasid vesijahutust põhiliselt ainult entusiastid, siis tänapäeval võib leida poest arvuteid, millele on vesijahutus juba sisse ehitatud või siis isehäälestuvaid vesijahutussüsteeme, kus vesijahutuse paigaldamine on umbes sama lihtne kui õhkjahutuse paigaldamine. Kuid endiselt tuleb tõdeda, et poes müüdavad vesijahutused jäävad alla spetsiaalselt komplekteeritud vesijahutustele.

Veelgi tõsisemad ülekiirendajad kasutavad aga jahutuseks nii olekuvahetusega jahutust, kuiva jääd, vedelat lämmastikku kui ka vedelat heeliumi.^[4] Pikemas perspektiivis on see ülimalt ebapraktiline, kuna jahutuseks kasutatav aine aurab ära ning jahutit tuleb piisavalt uuesti täita, kuid valdav osa maailmarekordeid ülekiirendamises on saavutatud just nii. Kõige populaarsemad ekstreemsed jahutused on kuivjää ja vedellämmastik, kuna nad on võrdlemisi tasukohase hinnaga. Vedela heeliumi kasutamist piirab peale kõrge hinna ka see, et teda on võimalik kasutada ainult väga väheste komponentide puhul, kuna paljudel protsessoritel on probleem liiga madalate temperatuuridega ehk esineb coldbug. See nähtus tekib kuna paljud ränibaasil JFET transistorid hakkavad degradeeruma umbes 100 K (−173 °C; −280 °F) juures ning lõpetavad töö täielikult umbes 40 K (−233 °C; −388 °F) juures kuna sellel temperatuuril kaotab räni oma pooljuhi omadused.^[5]

 Pikemalt artiklis Arvuti toiteplokk

Kolmas oluline asi, mida tuleks jälgida on arvuti toiteplokk. Ülekiirendamise käigus suureneb võrdlemisi jõudsalt ka arvuti voolutarve. Seega peaks toiteplokk olema piisavalt võimas. Kui võimas täpselt, sõltub arvutis olevatest komponentidest. Kui arvuti toide piisavalt võimas ei ole, siis ei pruugi komponendid kiirematel kiirustel stabiilselt töötada ning võib esineda, et arvuti taaskäivitub koormuse all või ei lähe üldse tööle. Samuti on oht kahjustada kas toiteplokki ennast või mõnda muud komponenti. Samuti väärib märkimist, et OEM-i arvutites olevad toiteplokid on tihti ebakvaliteetsed ega ole mõeldud kasutuseks ülekiirendatud arvutites.

• Kasutajad võivad osta mõnevõrra odavamad komponendid ning panna need tööle kallimate komponentidega sarnasel kiirusel.
• Suurem kiirus keerukate arvutustehete tegemisel, heli-, graafika- ja videotöötluses, mängudes jms rakendustes, mis nõuavad palju ressurssi.
• On võimalik kaotada pudelikaelu süsteemis. Näiteks kui arvutis on 667 MHz ja 800 MHz kiirustel töötavad mälud, siis töötab kiiremini mälu väiksemal taktsagedusel. Kui aga mälu üle kiirendada, on võimalik panna aeglasem mälu tööle kiiremal taktsagedusel ning sellega on võimalik ära kaotada kiiruse kadu, mis tekib kahe erinevatel taktkiirustel töötavate mälude samaaegsel kasutamisel.

• Süsteem võib kaotada oma stabiilsuse. Kuid kui pinged on paigas ning arvuti on läbinud 12–24 tunni pikkuse koormustesti ilma probleemidega, siis pole seda probleemi väga karta.
• Suureneb süsteemi energiatarve ja süsteemi töötemperatuur.
• Kuna ülekiirendatud süsteemid nõuavad paremat jahutust, siis üldjuhul muutuvad süsteemida ka märgatavalt lärmakamaks. Tänapäeval see probleem aga väheneb, kuna tootjad töötavad välja üha aerodünaamilisemaid ja vaiksemaid ventilatsiooni lahendusi. Üks viis seda probleemi vähendada või vältida on ka kasutada näiteks ventilaatorite kontrolli, optimeerida ventilaatorite paigutust või kasutada alternatiivseid jahutusmeetodeid.
• Kui korpuse ja väliskeskkonna vaheline õhuvahetus pole piisav, siis jääb osa soojast õhust korpusse kinni ning seetõttu võib tõusta ka teiste komponentide töötemperatuur.
• Komponentide eluiga lüheneb suurema taktsageduse ja pinge ning kõrgema töötemperatuuri tõttu.
• Koormustestid, mida kasutatakse arvuti stabiilsuse kontrollimiseks, tekitavad väga ulatuslikul määral kunstlikku koormust, mida komponent reaalselt võib-olla kunagi ei pea kannatama ja nende testide kasutamisega kaasneb oht komponentide töökindlust vähendada.
• Üldjuhul garantii kaob, kui komponente üle kiirendada. Kuid näiteks mälude tootja OCZ toodab ka mälusid spetsiaalselt ülekiirendamiseks ning neid võib teatud piirides kiirendada ilma, et kaoks garantii.

• On võimalus arvutikomponente jäädavalt kahjustada või läbi põletada.
• Eksootiliste jahutussüsteemide vale kasutamise puhul võivad komponendid jäädavalt hävineda.

Kogu erinevatest programmidest, mis võivad osutuda kasulikuks ülekiirendamiel. Programmid on valdavalt mõeldud töötama Microsoft Windows keskkonnas, kuna see on valdavalt kasutav OS ülekiirendamisel.

• CPUz – programm, mis annab ülevaate arvuti protsessorist ja mälust
• GPUz – programm, mis annab ülevaate arvuti videokaardist ja ka selle temperatuuridest, juhul kui kaardil on olemas temperatuuriandurid ning need on ka toetatud tarkvara poolt
• Rivatuner – väga kasulik tööriist videokaartide ülekiirendamiseks, videokaardi jahuti sätete timmimiseks ning muude graafikakaardiga seostuvate seadete muutmiseks
• Fraps – programm kaadrisageduse määramiseks OpenGL-i ja DirectX-i programmides
• ATITool – kasulik tööriist artefaktide tuvastamiseks ja videokaartide ülekiirendamiseks
• SIW – programm ülevaate saamiseks tervest süsteemist

NB! Neid programme kasutades tuleks pidevalt jälgida komponentide temperatuuri. Kui jahutus on ebapiisav ning komponendil ei ole temperatuurikaitset, siis võite oma komponendi(d) läbi põletada!

• Prime95 – protsessorit ja mälu koormav programm, mis on mõeldud Mersenne'i arvude leidmiseks ning süsteemi stabiilsuse testimiseks
• Furmark – OpenGL-il põhinev programm videokaardi stabiilsuse testimiseks

• PCMark – programm terve süsteemi jõudluse hindamiseks erinevates igapäeva valdkondades
• 3DMark – jõudlustest, mis on spetsiaalselt valmistatud videokaardi jõudluse testimiseks
• SuperPI/HyperPI – programmid pii väärtuste arvutamiseks. Väga populaarne jõudlustest maailmas. SuperPI on mõeldud ainult ühe lõime kasutamiseks, selle järglane HyperPI oskab kasutada ka mitut lõime
• Nuclearus Multi Core – programm mitmetuumaliste protsessorite jõudluse testimiseks
• Cinebench – firma MAXON toodetav jõudlustest, mis baseerub nende programmile Cinema4D. Töötab mitmel platvormil
• SiSoft Sandra – veel üks programm terve süsteemi jõudluse hindamiseks

• Protsessor
• Mälu
• Kiibistik
• Arvuti toiteplokk
• Arvuti jahutus

• "HWBot.org" Ülekiirendamistulemuste andmebaas