Frizirani Pentium II

Nenad Vereš

Kako bi bilo da softver pomogne tamo gde je hardver napregnut do krajnjih granica? Iskoristivši propuste u dizajnu procesora i iskustvo sa naprednijih operativnih sistema, nekolicina softverskih specijalista ponudila je softverska rešenja ekvivalentna overklokovanju. Ovakav softver se može podeliti na programe za ubrzanje računara aktiviranjem neiskorišćenih mogućnosti procesora i softver za hlađenje procesora. Da, dobro ste pročitali, za hlađenje!

Softverski overclock

Najpoznatiji i već dugo prisutan program Fasvid originalno je napravljen za Pentium Pro i setove čipova 82450FX i 82440FX. Zahvaljujući tome što i Pentium II koristi kompatibilni čipset, i vlasnici P-II mogu da uživaju u njegovim blagodetima. Program menja tri parametra čipseta, tj. programira specijalne registre (MTRR - memory type range register) na P-Pro i P-II procesorima i aktivira bafera na samom čipsetu.
Osim autoru programa, za postojanje Fastvid-a možemo da "zahvalimo" i Intel-u. Prve verzije 82450 čipseta imale su seriju bagova koja je naterala Intel da onemogući keširani upis preko PCI magistrale, tzv. write posting. Od revizije B0 bagovi su eliminisani, ali je Intel odlučio da čipsetovi 82450/82440 kombinovanje upisa u "paket", koji se u burst režimu prenosi preko PCI magistrale (write combining), prepuste operativnom sistemu. Moderni BIOS-i koji uključuju ovu, a i druge navedene opcije, ali najčešće, ne kao default. Od aktiviranja ovih mogućnosti koristi imaju sve kartice, koje svoju memoriju mapiraju u adresni prostor CPU-a, a najveće ubrzanje postiže video kartica.
Fastvid se koristi iz komandne linije ili iz autoexec-a; ubrzanje se postiže i pod Windows-om 95. Program pri probnom startovanju ispituje video karticu u potrazi za adresom frejm bafera, što je moguće samo ako je kartica zaista VESA 2.0 kompatibilna. Zato većina vlasnika kartica sa S3 čipovima može slobodno da preskoči ovo poglavlje, mada Univesa drajver može nekima da pomogne. Vspeed će vas uveriti da se na mašini sa Deschutesom 333 i Millenium-om II upis u linearni frejm bafer raste sa 24 na 125 MB/s, dok AGM kartice donose ubrzanje i do 155 MB/s. Quake se adekvatno "odaziva", pa u rezoluciji 640*480 broj slika u sekundu raste sa 36 na 62.
Ekvivalenat Fastvid-u je Ctppro koji daje nešto veću mogućnost kontrole MTRR registara, ali je komplikovaniji za upotrebu i manje pouzdan. Za Linux se preporučuje program Martin-a Tisch-a, Proform, ali na Linux-u ubrzanja nisu tolika kao pod DOS-om. Sve ove programe i detaljna uputstva za upotrebu možete naći na www.fastgraphics.com.

Softver za "hlađenje" procesora

Novi hit su programi za "hlađenje procesora". Zvuči neverovatno, ali treba znati da pod normalnim okolnostima procesor nije uvek aktivan - najveći deo vremena on čeka sporije uređaje i periferiju (tastatura, diskovi). Za to vreme procesor bi se mogao isključiti, a upravo to radi HLT instrukcija: procesor čeka da ga neki događaj (interapt, reset) probudi. Najnoviji procesori će isključiti neke interne generatore takta i ući u poseban suspend režim koji štedi energiju. Cyrix-ovim procesorima je potreban poseban program koji omogućuje suspend to halt režim, ako se ne može uključiti iz BIOS-a (npr. cx86 ili set6x86). Pentium II i AMD K6 najviše dobijaju primenom ovakvih programa.
CpuIdle 3.0 (www.stud.uni-hannover.de/~goetz/) je najduže prisutan, pa je i najbolje ispitan. On zahteva da ga izvršite na privilegovanom nivou, prstenu 0, pa koristi poseban virtuelni drajver (VxD). CpuIdle je dokazao da je koncept moguć, ali je njegova upotrebljivost diskutabilna, jer Pentium II, zahvaljujući svojim naprednim powersave režimima, obara disipaciju na četvrtinu kada je CpuIdle u memoriji, ali samo onda kada nema i drugih aktivnih aplikacija.
Upravo u ovome leži najveća mana ovog i sličnih programa. Sistemi se overklokuju zato da bi se procesorski intenzivnim aplikacijama omogućilo da dobiju još koji MFLOPS ili da igra ubrza za nekoliko frejmova u sekundi. Kada takva aplikacija potpuno zauzme centralni i/ili numerički procesor, CpuIdle ne samo da je nemoćan, jer se HLT instrukcije mogu izvršavati samo kada je procesor u idle stanju, već i svojim aktivnošću usporava rad. Ovo je donekle unapređeno u verziji 3.0.
Slično važi i za ostale programe ove vrste. Bez obzira na to program je prilično pouzdan i može povećati stabilnost sistema i produžiti vek procesoru, naročito overklokovanom, ali u saradnji sa nekim drugim metodom aktivnog ili pasivnog "hardverskog" hlađenja. Na ploči Aopen AX6L, sa termokaplerom smeštenim ispod SEC kućišta i dodatnim hlađenjem (tri ventilatora u kućištu, hladnjak na čipsetu), merena temperatura P-II na 333 MHz, u roku od 4-5 minuta (neaktivnosti) pada sa 29řC na 24řC, ali se posle dva minuta Quake-a penje na 31ř!
Waterfall 1.23 i Rain 1.0 (derivat prvog bez monitoring funkcija radi zauzimanja što manje resursa, cpu.simplenet.com/leading_wintech) ne pristupaju privilegovanom režimu putem VxD modula - nema brojnih poziva modulu, pa je hlađenje još efikasnije. Glavni problem je što ova dva programa koriste nedokumentovane i ilegalne opcije i onemogućavaju interapte kada izvršavaju svoj kod na nultom prstenu, što se u praksi može da rezultira krahom pojedinih aplikacija, ili operativnog sistema. Prema iskustvu autora ovog teksta, temperature dobijene ovim programima su za 1-2řC niže od onih dobijenih CpuIdle-om. Ipak, ne možemo ih preporučiti jer smo iskusili da umanjuju pouzdanost sistema.

Vratimo se hardveru

Ime Pentium II se danas odnosi na nekoliko porodica procesora, koji se razlikuju ne samo po arhitekturi, već i po tehnologiji izrade. Zato su neki od njih otporniji na overclocking od drugih. Srećnici koji su u prvoj polovini 1997. godine mogli sebi da priušte Pentium II (Klamath) na 233 ili 266 MHz spadaju u krug malobrojnih "posvećenih" koji poseduju procesore bez limitiranog multiplikatora, na maksimumu od 3.5 i 4 respektivno. Neki od njih se na LX pločama mogu overklokovati faktorom 4.5 pa i 5. Tu činjenicu je uveliko iskoristila remarking industrija - C't Magazin i Nemačka policija vode akciju protiv distributera remarkiranih P-II procesora. Najbrži (pravi) Klamath na 300 MHz, na vrhunskim pločama, radi bez posebnih mera predostožnosti na 75 MHz * 4.5, a uz dopunsko hlađenje i na 83.3 MHz * 4,5, što zavisi i od hardvera u čijem se društvu nalazi.
Deschutes 333 je pravi izbor za one koje se bave overclocking-om. Pored toga što ima najviši takt multiplikator (5x), nova tehnologija izrade ga čini "najhladnijim" Pentium-om II. Na ploči Abit LX6 procesor je sa standardnim hlađenjem radio na 416 MHz (92 * 4.5) mada nedovoljno pouzdano. Konvencionalnim overklokingom BX ploče moguće ga je ubrzati na 100 MHz * 4.5, a sa specijalnim RAM-om i na 133 MHz * 3. Stigle su i vesti da je, uz "zamrzavanje" posebnim uređajima, postignuto 100 MHz * 5, pa i više, i to uz pouzdan rad (www.kryotech.co.yu).
Deschutes 350/400 je predviđen za magistralu od 100 MHz pa se, zbog previsoke cene i malih multiplikatora (3.5 i 4), ne smatra dobrom "žrtvom" za overkloking. Procesori mogu da budu interesantni vlasnicima najboljih BX ploča, koje dozvoljavaju overklokovanje sistemske magistrale preko 100 MHz, mada nije lako naći PC100 SDRAM koji bi omogućio takve brzine. Najviše dosad zabeležene brzine koje nisu zahtevale specijalne intervencije na hardveru su 112 MHz * 3.5 za verziju na 350 MHz i 133 MHz * 3.5 za verziju na 400 MHz, mada se ovaj drugi pokazao znatno pouzdanijim na 112 MHz * 4.
Celeron 233/266/300 ima jezgro Deschutes-a, bez L2 keša i zaštitnog kućišta, predviđeno da radi na magistrali do 66 MHz. Verzija na 233 MHz lako može dostići 300 MHz (uz dodatno hlađenje), ali se pojavljuju tajming problemi sa memorijom tako da su neophodni najkvalitetniji memorijski moduli.

Preporuke za overkloking

Ukoliko još niste kupili ploču, bez obzira da li je to LX, ili imate aspiracije ka skupom svetu BX-a, gledajte da to bude ploča sa SoftMenu BIOS-om. Menjanje vrednosti kloka sistemske magistrale i multiplikatora iz menija u BIOS-u je mnogo manje mukotrpno od petljanja sa džamperima. Nemojte žaliti novac za nabavku što boljeg ATX kućišta sa što jačim napajanjem i dodatnim ventilatorima.
Ako nemate dodatne ventilatore, Peltijeov element i/ili "moćne" hladnjake na procesoru i čipsetu, ne pomišljajte da ubrzate P-II na više od 10% iznad deklarisane brzine. To je najlakše ostvarljivo putem povećanja frekvencije sistemske magistrale. Obavezno montirajte hladnjak, sa ili bez ventilatora na veći od dva čipa koji čine čipset (FW82443xx, blizu Slota 1, tj. SEC konektora). U ovu svrhu može da posluži i hladnjak za neke druge elektonske komponente (operacione pojačavače, tranzistore "snagaše") odgovarajućih dimenzija. Silikonska pasta je obavezna.
Ukoliko ste nabavili veoma dobre memorije i kuler sa hladnjakom bolji od standardnog, možete probati da promenom sistemskog takta dostignete 83.3 MHZ. Ukoliko imate BX, možete probati sa 102.5 ili 112 MHz, čak i sa vrhunskim SDRAM-om predviđenim za magistralu na 66 MHz! U većini slučajeva to će zahtevati dodatno "žongliranje" BIOS parametrima. 83.3 MHz ćete najverovatnije "prežaliti", ako imate neki od Adaptec-ovih ili DPT-jevih Ultra ili Ultra Wide kontrolera.
Prvi "neprijatelji" overklokera (pre nego što se pojavi povećana disipacija) su SCSI i EIDE hard disk kontroleri. Najčešće je nemoguće izbeći podešavanje EIDE disk kontrolera da na 83.3 MHz radi u PIO 2 pa čak i u PIO 1 režimu (izuzetak su Abit LX6 i BX6). Neki moderni EIDE diskovi ne rade u PIO 0 ili PIO 1 režimu, a kod nekih prelaz na PIO 2 znači gubitak performansi preko 50%. Proverite da li su EIDE kablovi dugački maksimalno 45 cm.
Usporite RAM tajming parametre na minimum, ako postoje u BIOS-u, ukoliko nemate neki od modula sa EEPROM-om. Čak i da nema EEPROM-a, novije ploče automatski podešavaju SDRAM tajming pa opcije u BIOS-u nemaju efekta. Ukoliko se ne koriste SDRAM-ovi sa EEPROM-om, na Aopen AX6L ploči treba promeniti parametar opterećenja memorije sa Normal na Heavy; time ploča podešava setup i hold parametre tajminga. Na 83.3 MHz probajte da uključite / isključite opcije tipa write i IDE posting, kao i delayed transaction. Neke ploče će raditi samo sa ovim opcijama, a druge ne.
Ne treba povećavati napon na pločama koje to omogućavaju (Abit, Chaintech). Povišeni napon nije neophodan samo zbog povećane potrošnje, već i zbog deformacije talasnih formi signala ako se promeni odnos frekvencije i napona. Srećom, Intel je prilično tolerantan po ovom pitanju, za razliku od AMD K6 i Cyrix familije. Dopunsko hlađenje je u svakom slučaju poželjno.

Teorija pretočena u praksu

Na Internetu se može naći mnogo saveta tipa "kako overklokovati procesor", ali gotovo da nema informacija o kasnijem ponašanju takvih sistema. Stoga se stiče utisak da je overklokovanje praktično plug and play, jednostavna stvar koju svako može da uradi, kao i to da funkcioniše besprekorno i bez posledica. Savremene Pentium II ploče zaista omogućavaju rad na 75 MHz bez problema, bar kada se radi o "standardnim" sistemima, bez SCSI kontrolera i specijalizovanih adaptera.
Kao primer poslužiće detalji iz dugotrajnog testiranja dve kvalitete LX ploče, Aopen AX6L i Asus P2L97S. Bez obzira na konfiguraciju sistema, obe ploče na sistemskom taktu od 75 MHz rade i sa Klamath-om na 300 MHz i Deschutes-om na 333 MHz, pod Windows-om 95/98. Na Aopen ploči HAL (Hardware Abstraction Layer) Windows-a NT je povremeno blokirao podizanje, uz zahteve za preinstalacijom operativnog sistema, ali po uspešnom startovanju NT nije pravio probleme. Asus je ovaj test prošao bez problema, ali je tamo NT odbijao da se pokrene na frekvenciji sistemske magistrale od 83.3 MHz, bez obzira na intervencije u BIOS-u.
Aopen ploča je, začudo, startovala NT na 83.3 MHz iz nekoliko pokušaja i sa istim porukama, ali posle nekoliko takvih proba došlo je do kraha posle koga je bila neophodna reinstalacija. Linux nije pravio probleme ni na jednom od ovih sistema na 75 MHz, ali je bio veoma nestabilan na 83.3 MHz. Kasnije se pokazalo da sistem radi stabilnije ako se kernel kompajlira bez 6x86 opcija, što je, naravno, neutralisalo efekte overklokovanja. NT se posle dužeg rada ipak pokazao nestabilnim na obe ploče setovane na 75 MHz.
Zatim su odstranjeni EIDE diskovi, aktiviran integrisani UW/SCSI kontroler na Asus ploči i priključen SCSI-2 disk. Stvari su (naizgled) došle na svoje mesto, ali uz gubitak performansi u odnosu na nove UDMA diskove. ATI Xpert@Play i Millennium II nisu pravili probleme čak ni na 83.3 MHz i sa aktivnim Fastvid-om. Poređenja radi, isprobali smo i sistem sa noname P-II pločom (nepoznat kontinent, zemlja porekla i ime proizvođača, osim naslova Super Star na kratkom uputstvu). Posle mukotrpnog podešavanja ploče po sistemu "pogodaka i promašaja", zahvaljujući pogrešnim uputstvima u "detaljnom" priručniku, sistem je proradio pod Windows 95 OSR2 na 66 MHz i odmah pokazao znake nestabilnosti. Na 75 MHz se pojavio širok spektar "fenomena".
Kratkotrajni rad sa ovim računarom bio je praćen gličevima Millennium-a II, beskonačnim čekanjem na upise na Quantum SE 4.3 GB (ploča nije dozvolila instalaciju bilo kakvog tipa UDMA drajvera "ni pod razno") i krčanjem iz generičke zvučne kartice sa OPTI931 čipovima. Kraj rada je tri puta izazvao spektakularni protection error OSR2 kernela uz propratne audiovizuelene efekte, a četvrti put operativni sistem više nije mogao da startuje. Nije bilo govora o nekim pokušajima na 83.3 MHz.

Dobitak na performansama?

Umesto raznih benčmark programa čija je upotrebljivost diskutabilna, koristili smo test koji do krajnjih granica napreže podsistem procesor - koprocesor - L2 keš - memorija, bez mnogo uticaja ostalih komponenata sistema. Ovaj benčmark je izrađen na Saveznom hidrometeorološkom zavodu (www.meteo.yu) - reč je o ETA modelu atmosfere za dva dana na teritoriji Evrope, Atlantika i Severne Afrike od 300.000 tačaka, izrađenom u saradnji sa američkom meteorološkom službom NCEP.
Iskorišćena je DOS verzija programa radi lakšeg poređenja sa SGI radnim stanicama, mada treba imati u vidu da da je ovo samo ilustracija. Osim razlika u hardveru, SGI verzije kompajlera daleko bolje optimizuju izvršni kod od Lahey 77 Fortran kompajlera kojim je prevedena DOS verzija. Bez obzira što nema rezultata savremenijih SGI stanica (procesor R 10000), izgleda da nastupa doba Pentium-a II, zar ne?