Übertakten

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Als Übertakten (engl.: Overclocking) wird das Betreiben von Prozessoren oder anderer Computer-Bauteile mit einer höheren Taktfrequenz außerhalb ihrer Spezifikation bezeichnet, mit dem Ziel, eine höhere Leistung zu erzielen. Das Gegenteil hierzu ist das Untertakten, das meist als Energiesparmaßnahme oder auch mit dem Ziel, eine längere Lebensdauer zu erzielen, angewandt wird.

[Bearbeiten] Überblick

Die Erhöhung der Taktraten von Komponenten, wie z. B. Hauptprozessor, 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 eigentlich höhere Taktraten vertragen würde, mit Hinblick auf die damit höhere Wärmeentwicklung bei spezifizierter, maximal zulässiger Wärmebelastung letztlich für niedrigere Taktraten verkauft wird. Daraus resultiert das meist gar nicht so geringe Übertaktungspotenzial bei Mittelklasse-Prozessoren.

[Bearbeiten] Vorgehen

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 im Betrieb „on the fly“ 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 der Komponenten 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 performanten 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.

Beim Übertakten von PC-Komponenten wie z. B. den CPUs per Multiplikator-Anhebung wird immer iterativ vorgegangen. Das heißt, man steigert z. B. den Multiplikator des Prozessors oder den Front Side Bus (FSB) schrittweise soweit wie möglich (also solange das System noch stabil läuft – siehe unten, Absatz „Stabilität“).

[Bearbeiten] Arten des Übertaktens

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 von der CPU oder einem eigenem 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 Referenztakts 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.

Die Multiplikatorsperre bei den meisten Prozessoren wird meist durch Erhöhung des Referenztaktes umgangen, um so ebenfalls auf einen erhöhten Takt zu kommen.

Beispiel

• Multiplikator 10 x Referenztakt 200 = 2.000 MHz Taktfrequenz

Durch Anhebung des Referenztaktes werden meist auch die Bustakte von Arbeitsspeicher, wie beispielsweise der PCI-Bus (33 MHz), AGP (66 MHz) oder PCIe-Bus (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 Mainboards gibt es meist Möglichkeiten, einige Busfrequenzen getrennt vom Referenztakt einzustellen, was dem Übertakten zugute kommt, da nicht alle Komponenten im System gleich stark übertaktet werden können.

[Bearbeiten] Stabilität

Übertaktete Systeme können instabil werden und (Rechen-)Fehler produzieren. Diese äußern sich in einem System-Reboot, 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^[1] 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 Programme 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).

[Bearbeiten] Gefahren

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 thermischen Schäden führte, gibt es heute eine Technologie namens Throttling, die thermische Beschädigungen verhindert, indem sie Takte einfach auslässt. Erstmals wurde diese Technik beim Intel Pentium 4 Willamette Prozessor benutzt, während AMD zeitgleich bei ihren Modellen noch darauf verzichtete. Der Vorläufer des Throttlings wurde beim Pentium 3 eingesetzt, welcher keine Takte ausfallen ließ, sondern sich einfach abschaltete.

[Bearbeiten] Kühlung

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. Deswegen werden zusätzlich zu den genannten Wasserkühlungen noch Hochleistungs-Gehäuselüfter bzw. explizite Bauteilkühler eingesetzt. Die Vielfalt der Prozessorkühler ist jedoch fast nicht eingeschränkt.

Wenn Luft- und Wasserkühlung nicht mehr ausreichen, kann auf wirksamere Methoden wie zum Beispiel Kompressoren, Trockeneis oder flüssiger Stickstoff zurückgegriffen werden.

[Bearbeiten] Einzelnachweise

1. ↑ Mersenne Prime (englisch) – Informationen zur freien Software Prime95
2. ↑ Berkeley Open Infrastructure for Network Computing (englisch)

[Bearbeiten] Weblinks

• Overclocking Workshop und Anleitungen
• Wiki nur für Overclocking
• AMD OC-Artikel
• Diverse Artikel zum CPU-Overclocking
• Chip OC FAQ
• Flüssigstickstoff-Kühlung

Ergebnisdatenbanken

• HwBot
• CPU Datenbank (englisch)
• CPU Datenbank (englisch)
• CPU OC-Datenbank (deutsch)