Übertakten

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Steckbrücke (gelb) zum Übertakten eines Celeron-Prozessors

Als Übertakten (englisch: Overclocking) wird das Betreiben von Prozessoren oder anderer Computer-Bauteile (Hardware-Komponenten) mit einer höheren Taktfrequenz oberhalb der normalen Hersteller-Spezifikation bezeichnet, mit dem Ziel, eine höhere Rechenleistung zu erzielen. Das Gegenteil hierzu ist das Untertakten, das meist als Energiesparmaßnahme oder auch mit dem Ziel einer längeren Lebensdauer angewandt wird.

Überblick[Bearbeiten]

Die Erhöhung der Taktraten von Komponenten, wie z. B. CPU, Grafikkarte oder Arbeitsspeicher, resultiert in einer Leistungserhöhung des Gesamtsystems. Je nach Komponenten und Kühlung kann so ein deutlicher Leistungsgewinn erzielt werden, so dass in einigen Fällen sogar die Leistung der höchst getakteten Variante des Herstellers übertroffen werden kann.

Möglich wird dies, da die Hersteller aufgrund der Entwicklungs- und Produktionskosten nur wenige Versionen eines Mikrochips entwerfen. Des Weiteren unterscheiden sich die auf einem Wafer hergestellten Mikrochips in der Qualität dahingehend, dass die Wärmeentwicklung bei gleicher Taktrate variiert.

Mit diesen Produkten deckt dann ein Hersteller alle Preisregionen des Marktes ab. Die Nachfrage für leistungsstärkere Chips ist dabei aber geringer. Es kommt häufig vor, dass ein Chip, der höhere Taktraten vertragen würde, mit Hinblick auf die Wärmeentwicklung bei maximal zulässiger Wärmebelastung, letztlich für niedrigere Taktraten verkauft wird. Daraus resultiert das relativ hohe Übertaktungspotenzial bei Mittelklasse-Prozessoren.

Vorgehen[Bearbeiten]

Kleine Mikrochips werden übertaktet, indem man den Taktgenerator (einen Schwingquarz) austauscht.

Der Takt einer Komponente eines Computers lässt sich meist im BIOS und/oder durch spezielle Software während des Betriebes einstellen, eine Einstellung im BIOS ist allerdings immer vorzuziehen, da die Änderung des Taktes im Betrieb auf einen Frequenzbereich begrenzt ist und die Einstellung der Versorgungsspannung mancher Komponenten meistens nicht ermöglicht. Ältere Mainboards besitzen zudem oft auch noch Jumper zur Frequenzeinstellung.

Durch die gesteigerte Leistung einer Komponente ist, je nach Übertaktungsergebnis, eine höhere Versorgungsspannung notwendig. Diese ist speziell bei schnellen Speichern wichtig und verlangt, da die Leistung in Wärme umgewandelt wird, nach zusätzlichen oder besseren Kühlelementen, um eine für die Komponente schädliche Temperatur zu vermeiden. Dies kann bei CPUs durch gute Luftkühler, Wasserkühlungen, Kompressorkühlungen, Trockeneis und flüssigen Stickstoff erreicht werden, letztere sind vielfach auch selbstgebaut, z. B. aus Autoradiatoren, Kühlschränken oder Kupferrohren, um Kosten zu sparen und die Eigenschaften der Kühlung auf das System maßzuschneidern. Fehler können die Komponente irreparabel beschädigen. Trockeneis und Stickstoff werden aber hauptsächlich zum Erzielen von Übertaktungsrekorden verwendet, in Systemen, die ausschließlich dafür gebaut wurden und nach dem Rekord-Versuch meist nicht mehr verwendet werden.

Beim Übertakten von PC-Komponenten wie z. B. der Prozessoren per Multiplikator-Anhebung wird immer iterativ vorgegangen, das heißt, dass man z. B. den Multiplikator des Prozessors oder den Front Side Bus (FSB) schrittweise so weit wie die Stabilität es zulässt, steigert.

Es ist empfehlenswert die Energiesparfeatures wie Cool'N'Quiet oder C1E sowie Enhanced SpeedStep auszuschalten und auf die automatische vCore Spannung zu verzichten da sie von den Mainboards oft zu hoch eingestellt wird und zu ungewünschten Ergebnissen, wie z. B. SNDS führen kann und stattdessen mit Programmen wie z. B. RMClock oder Crystal CPU ID die dynamische Taktsteuerung durch den Multiplikator vorzunehmen, da dadurch die Möglichkeit der Zuordnung einer bestimmten Spannung zu einem Multiplikator besteht, welche sich möglicherweise stark von der vorgegebenen Spannung der Hauptplatine nach unten unterscheidet.

Des Weiteren sollte man im BIOS die Einstellung LLC mit Vorsicht genießen. LLC steht für Load-Line-Calibration und sorgt dafür, dass die im BIOS eingestellte Spannung peinlichst genau, auch unter Last eingehalten wird. Dies widerspricht dem eigentlich gewollten V-Droop und kann zu Stabilitätsproblemen führen.

Arten des Übertaktens[Bearbeiten]

Manuell[Bearbeiten]

Der Takt eines Computer-Bauteils setzt sich normalerweise aus zwei Größen zusammen: Dem Referenztakt, bei vielen Prozessoren der Takt des Front Side Bus (FSB), und dem Multiplikator. Der Referenztakt wird entweder vom Hauptprozessor selbst oder von einem eigenen Chip auf der Hauptplatine erzeugt. Zum Erreichen des nominellen Takts wird der Referenztakt mit dem Multiplikator vervielfacht.

Es ist also generell möglich, einen Prozessor über den FSB oder den Multiplikator zu übertakten. Viele Prozessorhersteller sperren allerdings den Multiplikator ihrer Prozessoren (bei den meisten Prozessoren ist der Multiplikator nur nach unten frei verstellbar), so dass die Erhöhung des Referenztaktes die verbreitetste Art des Übertakten darstellt. Bei besonderen Versionen, beispielsweise den Black-Edition-Prozessoren von AMD und den Extreme-Edition-Prozessoren von Intel ist der Multiplikator jedoch nicht nach oben gesperrt, sodass man ihn im BIOS auch anheben kann.

Beispiel
  • Multiplikator 10 x Referenztakt 200 = 2000 MHz Taktfrequenz

Durch Anhebung des Referenztaktes werden meist auch die Bustakte von Arbeitsspeicher, wie beispielsweise der PCI-Bus (regulär 33 MHz), AGP (reg. 66 MHz) oder PCIe-Bus (reg. 100 MHz) mit angehoben. Daher sollten diese Bustakte im BIOS fixiert werden, weil die entsprechenden Steckkarten eine Erhöhung dieses eigenen Taktes nur in den seltensten Fällen problemlos überstehen. Bei neueren Hauptplatinen gibt es meist Möglichkeiten, einige Busfrequenzen getrennt vom Referenztakt einzustellen, was dem Übertakten zugutekommt, da nicht alle Komponenten im System gleich stark übertaktet werden können.

Automatisch[Bearbeiten]

Neben der manuellen Übertaktung werden auch zunehmend spezielle Funktionen direkt in Hauptprozessoren eingebaut, mit denen das automatische Übertakten im laufenden Betrieb möglich ist, wenn die Betriebsbedingungen dies erlauben. Diese werden von AMD als Turbo Core Technology und von Intel als Turbo Boost Technology bezeichnet.[1]

Stabilität[Bearbeiten]

Übertaktete Systeme können beispielsweise durch die Temperaturerhöhung instabil werden und (Rechen-)Fehler produzieren. Diese äußern sich in einem System-Crash, abstürzenden Programmen oder ähnlich unerwünschten Eigenschaften. Beim Übertakten eines PC-Systems wird meist schrittweise vorgegangen. Nach jeder Anhebung eines Taktes (z. B. FSB) oder Anhebung des Multiplikators werden Stabilitätstests durchgeführt. Die Stabilität nach dem Übertakten wird deshalb oftmals mit der Software Prime95 getestet. Übersteht das übertaktete System die mehrstündigen Torture Tests der CPU und des Speichers, wird es in der Regel als stabil angesehen. Ein weiteres sehr beliebtes Programm ist z. B. BOINC[2], welches ebenso alle Prozessor-Kerne voll auslastet.

Es gibt viele weitere Programme zum Testen der Systemstabilität, aber im Grunde eignet sich so gut wie jedes Programm die Stabilität zu überprüfen, wenn das Programm die übertaktete Komponente voll auslastet (und eventuell auch auf Berechnungsfehler überprüft).

Gefahren[Bearbeiten]

Beim Betreiben von Komponenten außerhalb ihrer Spezifikationen erlischt in nahezu allen Fällen die Garantie des Herstellers. Auch kann die Lebenserwartung der übertakteten Bauteile mitunter signifikant sinken.

Durch einen höheren Takt und vor allem die erhöhte Spannung wird die Elektromigration begünstigt, was z. B. als Sudden Northwood Death Syndrome bekannt wurde. Die Verlustleistung steigt linear mit dem Takt und quadratisch mit der Spannung.

Eine kleinere Gefahrenquelle ist die entstehende Hitze beim Übertakten. Während bei älteren CPU-Modellen zu hohes Übertakten bzw. zu wenig Kühlung oder Kühlungsausfälle zu Überhitzungsschäden führte, gibt es heute eine Technik namens Throttling („drosseln“), die verhindert, dass der Prozessor zu heiß wird, indem sie Takte einfach auslässt. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Leistung geringer und das Übertakten somit kontraproduktiv wird.

Erstmals wurde diese Technik beim Intel Pentium 4 Willamette Prozessor benutzt, während AMD zu dieser Zeit bei ihren Modellen noch darauf verzichtete (allerdings unterstützen die meisten neueren Chipsätze von AMD-CPUs Mainboard-gesteuertes Throttling). Der Vorläufer des Throttlings wurde beim Pentium 3 eingesetzt, der keine Takte ausfallen ließ, sondern sich einfach abschaltete. Eine andere Variante des Schutzes wurde bereits Ende der 1980er Jahre von Siemens eingesetzt. Den selbstentwickelten Mainboards wurde ein thermischer Steuerchip eingebaut, der die Taktfrequenzen bei zu hoher thermischer Belastung abregelte und zum Teil auch verwendet wurde, um die Drehzahl der Lüfter anzupassen.

Kühlung[Bearbeiten]

Durch die erhöhte Verlustleistung ist zum Übertakten meist eine verbesserte Kühlung und gegebenenfalls ein stärkeres Netzteil nötig. Dies trägt zur steigenden Popularität von Wasserkühlungen im PC-Bereich bei. Bei einer Wasserkühlung sollte man aber beachten, dass damit nur einzelne Teile, z. B. die CPU gekühlt werden. Andere Komponenten, wie z. B. die Spannungswandler auf dem Mainboard, welche bei einer konventionellen Luftkühlung von dem Luftstrom des CPU-Lüfters mitgekühlt werden, können durch das Fehlen dieses Lüfters sehr warm werden oder sogar überhitzen und damit zerstört werden. Deswegen werden zusätzlich zu den genannten Wasserkühlungen noch Hochleistungs-Gehäuselüfter bzw. explizite Bauteilkühler eingesetzt. Die Vielfalt der Prozessorkühler ist jedoch fast nicht eingeschränkt.

Wenn Luftkühlung und Wasserkühlung nicht mehr ausreichen, kann auf wirksamere Methoden wie zum Beispiel Kompressoren, Trockeneis oder Flüssigstickstoff zurückgegriffen werden. Aufgrund der komplizierteren Beschaffung von Trockeneis und Flüssigstickstoff werden diese Methoden jedoch meist nur in Einzelexperimenten verwendet, in denen es darum geht, die CPU möglichst weit zu übertakten.

Rekordjagd[Bearbeiten]

Einige Übertakter arbeiten profitorientiert, meist für einschlägige Websites, die sich durch Werbung finanzieren. Das Ziel ist, CPUs möglichst hoch zu übertakten. Dabei gibt es verschiedene Kategorien, sowohl bei der Kühlung (z. B. keine Einschränkung, Wasserkühlung, Luftkühlung) als auch bei der notwendigen Stabilität (z. B. BIOS bootbar, Windows bootbar (meist bis zum Erscheinen der GUI), Prime-stable). Außerdem wird nach CPU-Hersteller, Prozessortyp und Chipsatz unterschieden. Zusätzlich gibt es noch Rekordversuche, bei denen es nicht um eine möglichst hohe Taktrate geht, sondern um das beste Abschneiden in bestimmten Benchmarks, z. B. 3DMark, Super PI oder SiSoft Sandra.

Rekorde[Bearbeiten]

2013 wurde ein Intel Celeron 347 von 3.066 MHz auf über 8.398,07 MHz übertaktet. Das war zu dem Zeitpunkt der Weltrekord für Intel-Prozessoren. [3]

AMD stellte kurz vor der offiziellen Präsentation der Bulldozer Reihe einen Rekord vor, ein AMD Bulldozer-FX wurde auf 8.429,4 MHz übertaktet. Gekühlt wurde dabei mit Flüssighelium. [4]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Übertakten – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Ergebnisdatenbanken

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. AMD: Prozessoren mit "Turbo-Core"-Betrieb und neue Chipsätze erwartet – Artikel bei heise online, vom 9. April 2010
  2. Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (englisch)
  3. Weltrekord im Übertakten mit Intel Celeron aufgestellt http://www.pcgameshardware.de/CPU-Hardware-154106/News/Celeron-347-OC-Weltrekord-1044060/
  4. http://www.pcgameshardware.de/CPU-Hardware-154106/News/Overclocking-Weltrekord-mit-Bulldozer-FX-8429-MHz-von-AMD-erreicht-Update-844385/