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Übertakten einer Intel Core2Duo / Core2Quad CPU

Zunächst einmal möchte ich kurz festhalten, dass Prozessoren gewissen Fertigungstoleranzen unterliegen und daher niemals direkt zu vergleichen sind. Wo eine CPU sich locker um 1GHz übertakten lässt, muss eine andere, identische CPU dies noch lange nicht mitmachen. Daher sind alle Werte hier lediglich als Richtwerte anzusehen, die aber von CPU zu CPU (und vor allem Stepping zu Stepping – dazu später mehr) abweichen können.

Garantieverlust: Auch wenn man die CPU noch in dem für sie vorgesehenen Spannungsbereich betreibt kann die Garantie im Falle eines Defekts bei Übertaktung erlischen.

Übertakten tut man eigentlich nur wenn man erstens das Geld für eine Ersatz-CPU (und ggf. Mainboard) erübrigen kann, der PC als Heim- bzw. Spielerechner benutzt wird und man eine Mehrleistung des Computers benötigt. Tabu beim übertakten sollten alle PCs sein, bei denen Zuverlässigkeit das A und O ist (also z.B. Office-Rechner).

Was ist nun das CPU-Stepping ? Das Stepping muss man sich vorstellen wie ein Software-Update nur eben für CPUs. Das Stepping lässt sich allerdings nicht verändern, so dass man direkt beim CPU-Kauf einen Blick auf das Stepping werfen sollten (wenn möglich). Je ausgereifter eine CPU ist, desto höher das Stepping. So ist ein Stepping [backslash]"C1[backslash]" besser als [backslash]"C0[backslash]". Ein Stepping [backslash]"E0[backslash]" wäre wiederum besser als beide [backslash]"Cx[backslash]" Varianten.

Mit Steppings wird die CPU wie gesagt verbessert, Fehler werden behoben, Leistungsaufnahme und Wäreentwicklung können verbessert werden. Die Abwärme einer CPU (die Wärmeentwicklung ist beim Übertakten einer der limitierenden Faktoren) versteht man, wenn man sich das Schnittbild einer Intel Core 2 CPU anschaut.



Der eigentliche Prozessor (Core, Die) sitzt auf der Platine und zwar mittig. Geschützt wird der Prozessor durch den sogenannten Heatspreader (IHS). Dieser ist via einer Wärmeleitpaste (TIM) mit dem Prozessor verbunden und ringsherum verklebt. Viele Extrem-Übertakter schleifen den (teilweise leicht unebenen) Heatspreader plan oder entfernen diesen komplett. Dabei lassen sich Temperaturgewinne von bis zu 10°C erreichen (bei entfernen des IHS).

Hier Fotos eines Core 2 Duo und eines Core 2 Quad mit 1. entfernten und 2. komlett abgeschliffenden Heatspreader. Sehr schön zu sehen ist der Unterschied zwischen nur 1 und 2 DIEs.





Simple Theorie

Wie lässt sich eigentlich ein Übertakten der CPU realisieren ? Dazu schauen wir uns einmal kurz an, wie sich die Taktrate einer Intel Core CPU errechnet:

Der Multiplikator ist also nur eine feste Zahl (diese kann nicht erhöht werden, Ausnahme die Intel „Extreme“ Modelle). Senken lässt sich der MP aber (wozu das wiederum gut ist, beschreibe ich später). Daher wird das Übertakten meist nur über eine Veränderung des FSB erreicht.

Doch was ist der FSB überhaupt ? Mittels des FSBs kommuniziert die CPU mit der Northbridge (die sich auf dem Mainboard befindet, z.B. als Intel P35 Chipsatz). Die Northbridge kommuniziert mit dem DDR-RAM (Arbeitsspeicher) und dem PCI-E (ehemals AGP) Bus. Hier tritt das höchste Datenaufkommen auf.

Die Southbridge hingegen kommuniziert auch mit der CPU, an ihr sind aber langsamere Schnittstellen angeschlossen, wie die Soundkarte oder die IDE/SATA Festplattencontroller bzw. USB Controller. Umso höher der FSB, umso höher auch die Taktfrequenz der CPU (bei gleich bleibenden MP). Zusätzlich geht auch die Kommunikation CPU -> MCH deutlich schneller.

Aktuelle „Norm“ FSB-Werte sind: 200, 266, 333 und 400 MHz. Häufig liest man auch von „Rated FSB 1333 MHz“. Grund: Intel Core 2 CPUs können 4 Datenpakete pro Taktsignal übertragen, daher wird der FSB mit 4 multipliziert (Quadpumped).




FSB : Arbeitsspeicher

Einen wichtigen Faktor möchte ich noch erwähnen bevor es zur Sache geht: Den Arbeitsspeicher. Speziell rede ich hier von DDR2 Speicher. Dieser ist erhältlich in den Abstufungen 667, 800, 1000 und 1066.

Der Arbeitsspeicher (RAM) ist genauso wie der Rated-FSB abhängig vom realen FSB der CPU. Zum Beispiel taktet DDR2-800er RAM mit 400MHz (DDR steht für Double Data Rate, also doppelte Datenrate). Um möglichst genau auf die RAM-Frequenz zu kommen, hat man sich mittels eines kleinen Tricks beholfen: Den Speicherteiler. Gäbe es ihn nicht, würde der Speicher (RAM) immer nach der Formel FSB * 2 takten.

Zur Verdeutlichung: Wir haben eine Q6600 CPU von Intel, diese hat einen Multiplikator von 9 und taktet mit 2400MHz. Daraus ergibt sich also ein FSB von 266MHz. Der RAM-Takt wäre in diesem Fall 266MHz*2 = 512MHz. Dank dem Speicherteiler kann man aber bei dieser CPU auch z.B. DDR2-800 RAM benutzen.



Der Speicherteiler regelt das Verhältnis zwischen FSB-Takt zu dem RAM-Takt. Er wird z.B. mit [backslash]"1 : 1,5[backslash]" angegeben (Verhältnis FSB (MHz) zu RAM-Takt (real) (MHz)). Das heißt der RAM-Takt ist 1,5x so hoch wie der eigentliche FSB-Takt (in unserem Beispiel mit der Q6600 CPU, die einen FSB von 266MHz besitzt).

Würden wir nun den FSB von 266MHz (2400MHz CPU-Takt) auf 333MHz (3000MHz CPU-Takt) erhöhen, ohne den Speicherteiler zu verändern, würde auch unser Arbeitsspeicher enorm übertaktet werden (nämlich auf DDR2-1000 anstatt DDR2-800, da 333MHz * 1,5 = 500MHz * 2 = 1000MHz).

Diese Übertaktung wäre für die meisten RAM-Module wohl zu hoch und der Übertaktungsversuch würde scheitern. Um bei einer Erhöhung von 266MHz auf 333MHz FSB-Takt den Arbeitsspeicher immer noch mit DDR2-800 betreiben zu können, muss der Speicherteiler auf 1 : 1,2 verändert werden. Der kleinstmöglichste Speicherteiler ist 1:1.



Übertakten – Erste Schritte

Wir wissen nun also wie man die Taktfrequenz der CPU erhöhen kann, nämlich durch eine Erhöhung des FSB. Allerdings müssen wir auch den DDR-Speicher (bzw. den Speicherteiler) beachten.

Nehmen wir als Beispiel wieder den E8400 (3000MHz) mit einem Multiplikator von 9 und einem Standard-FSB von 333MHz. Angenommen wir betreiben DDR2-800 Ram, so ist dieser mit einem Speicherteiler von 1:1,2 angebunden.

Erhöhen wir nun im Bios den FSB von 333MHz auf 400MHz, so taktet der E8400 nun mit 3600 MHz (9*400) anstatt 3000 MHz (9*333). Der Speicherteiler muss außerdem auf 1:1 geändert werden.

Natürlich muss unser Mainboard diesen FSB auch unterstützen. Sehr gute Mainboards lassen einen FSB von bis zu 600MHz zu. Bei Einsteiger-Boards ist meist bei ~400MHz bis maximal 450MHz Schluß.

Man kann den FSB auch erhöhen, ohne dabei die Taktfrequenz der CPU zu erhöhen. Dies wird meist dann angewandt, wenn man die Taktfrequenz der CPU nicht weiter erhöhen möchte. Dazu muss der Multiplikator (der sich meist nicht erhöhen lässt dafür aber verringern) gesenkt werden.

Wenn man den MP also bei dem E8400 von 9 auf 8 senkt, und den FSB von 333MHz auf 400MHz erhöht, erhält man eine Taktfrequenz von 3200MHz (8*400) anstelle von 3000MHz (9*333).

Die Intel Core 2 Serie ist abhängig von der FSB Geschwindigkeit und profitiert deutlich von so einer Erhöhung. Der Datendurchsatz zwischen CPU und Northbridge steigt an. Da an die Northbridge auch der Arbeitsspeicher und die Grafikkarte durch den PCI-E Bus angebunden ist, kann gerade bei leistungsfähigen Grafikkarten (wo immense Datenmengen transferiert werden) eine Erhöhung wahre Wunder wirken. Natürlich ist der Leistungszuwachs dann am höchsten, wenn gleichzeitig auch die Taktfrequenz der CPU mit angehoben wird.



Nachteile bei Erhöhung des FSB / Der Taktfrequenz der CPU

Umso höher der FSB angehoben wird, umso höher wird auch die benötigte Spannung, die die Northbridge (also das Mainboard) benötigt um zu arbeiten.

Erfahrungsgemäß erhöhen gute Mainboards (sofern im Bios die Einstellung der NB-Spannung auf „Auto“ ist) die Spannung der Northbridge automatisch bis zu einem FSB von ca. 400 - 450 MHz. Danach muss manuell die Spannung im Bios erhöht werden (das Mainboard erhöht hier zwar auch noch, aber diese automatische Erhöhung reicht dann meist nicht mehr aus). Bei Quad-Core Modellen muss eventuell noch früher eingegriffen werden. Ich empfehle dennoch, alle Einstellung von Beginn an auf [backslash]"manuel[backslash]" zu stellen, denn man hat sonst keinen Überblick um wieviel die Spannungen durch das Mainboard automatisch erhöht werden.

Mit Erhöhung des FSB und der damit verbundenen Erhöhung der Northbridge-Spannung erhöht sich natürlich auch die Abwärme der NB. Ebenso verhält es sich auch mit der CPU. Auch hier erhöht sich mit steigenden Takt und FSB (und damit mit benötigter Spannung) die Abwärme. Plant man also seine CPU zu übertakten, sollte man über einen ausreichend großen CPU-Kühler verfügen.

Bei hohen FSB Werten von über 400MHz empfiehlt sich auch die Northbridge besser zu kühlen, je nach Chipsatz kann dieser Wert variieren. Viele professionelle Mainboards verfügen daher von Haus aus schon über mächtige – meist passive – Kühlkonzepte. Inwieweit man hier eingreifen muss und eventuell die Kühlung zu verbessern hängt vom eingesetzten Chipsatz und der eingesetzten Kühlung ab.

Auch die CPU benötigt i.d.R. mehr Spannung um eine erhöhte Taktfrequenz stabil zu verwirklichen. Da sich CPUs in der Fertigung deutlich unterscheiden können, lässt sich über die benötigte Spannung aber keine verlässliche Feststellung treffen. Hier muss individuell im Bios die möglichst geringste nötige Spannung ermittelt werden.



Ermittlung der benötigten CPU-Spannung

Die CPU-Spannung (auch VCore genannt) kann im Bios eingestellt werden. Bevor man diese Einstellung vornimmt, gilt es in Erfahrung zu bringen welche Spannung die CPU im Standard-Takt überhaupt benötigt.

Dazu hat Intel der CPU eine VID (Voltage Identification) verpasst. Auch die VID schwankt von CPU zu CPU und ist Fertigungsabhängig. Die VID ist abhängig von der Taktfrequenz der CPU. Taktet die CPU im Speedstep (Stromsparmodus) herunter, so verringert sich dadurch der Multiplikator und der Takt und damit auch die VID.

Interessant ist daher immer die VID unter Voll-Last (bzw. Load). Um die VID im Stromsparmodus müssen wir uns keine Gedanken machen. Möchte man die CPU nicht auslasten geht es auch schneller die VID zu ermitteln, nämlich indem man vorerst die Speedstep-Funktion (auch EIST genannt) im Bios deaktiviert.

Die VID kann mit dem kostenlosen Tool [Download: CoreTemp] ausgelesen werden. Das Tool zeigt zudem die Kerntemperatur der CPU an.

Man unterscheidet zwischen Kerntemperatur (ausgelesen über die DTS [Digital Thermal Sensor]) und normaler, im Bios angezeigter CPU-Temperatur. Die Kerntemperatur ist meist ca. 10°C höher als die CPU-Temperatur (da diese nicht direkt in den Kernen, sondern unter der Prozessorabdeckung (auch Heatspreader genannt) ausgelesen wird.

Da die Kerntemperatur wesentlich genauer und empfindlicher ist, verwendet man diese für die Temperaturüberwachung.

Die Kerntemperatur sollte immer unter 65°C betragen. Dies sollte der absolute Höchstwert sein. Im Sommer wird z.B. die CPU-Temperatur im vergleich zum Winter deutlich ansteigen (bis zu 10°C Unterschied sind hier möglich). Auch dies muss beachtet werden. Bei Zimmertemperatur ist daher der maximale Höchstwert 58-60°C den man einhalten sollte.

Zur Ermittlung der Kerntemperatur benutzt CoreTemp den von Intel festgelegten „Tjunction“ Wert. Dieser Wert kann von Modell zu Modell variieren. CoreTemp findet i.d.R. den korrekten „Tjunction“ Wert, es ist aber immer ratsam zu kontrollieren ob der festgestellte Wert korrekt ist. Denn auf diesen Wert beruhen alle Temperaturberechnungen von CoreTemp. Stimmt dieser Wert nicht, stimmt auch die angezeigte Temperatur nicht.



Je nach Taktfrequenz der CPU kann die Kerntemperatur unter Last um 20-30°C (bei extremen Übertaktungen sogar noch höher) ansteigen.

Zurück zur VID. Die VID wurde wie bereits erwähnt von Intel vergeben und zwar für den kompletten Batch auf dem Silizium-Waffer. Daher ist es meist möglich die CPU auch unterhalb der in der VID angegebenen Spannung zu betreiben.



Für unseren Intel Core2Quad 9550 wird unter Last eine VID bei 3400MHz von 1.24V angezeigt. Unter „Auto“ Einstellungen im Bios würde die CPU mit ca. 1.24V versorgt werden. Da sich die VID mit steigendem Takt automatisch erhöht, würde auf „Auto“ Einstellung unser Bios auch die CPU-Spannung automatisch mit erhöhen.

Die ist aber zunächst einmal nicht gewollt, denn vielleicht reichen ja 1.15V schon für 3400MHz aus. Je mehr Spannung eingestellt wird, desto wärmer wird die CPU und desto niedriger kann man meist aus Temperatur-Gründen übertakten.

Zum Auslesen der real anliegenden CPU-Spannung empfehle ich das kostenlose Tool CPU-Z. Die Spannung zwischen Ruhezustand (Idle) und Voll-Last (Load) kann schwanken. Dies ist z.B. durch Speedstep begründet. Die im Bios eingestellte Spannung liegt in den meisten Fällen nicht an (sondern weniger).



Es gilt also immer: Die CPU-Spannung manuell einstellen, nicht auf „Auto“ und zudem möglichst gering halten. Ab einer bestimmten Erhöhung der Taktfrequenz ist es aber nötig die CPU-Spannung zu erhöhen.

Die maximale Spannung ist abhängig von der Fertigungsmethode der CPU. Man unterscheidet zwischen der 45nm (neu) und 65nm (alt) Fertigung. Die 45nm CPUs benötigen i.d.R. ca. 0.1V weniger Spannung.



Warum ist zuviel Spannung überhaupt gefährlich ? Nicht nur das mit einer Erhöhung der Spannung auch die Abwärme deutlich steigt, kann es bei zuviel Spannung zu Überschlägen kommen, wodurch die CPU beschädigt werden kann. Zudem sinkt die Lebensdauer extrem wenn zu hohe Spannungen angelegt werden.

Um die wirklich benötigte Spannung der CPU zu ermitteln, verwenden wir das kostenlose Tool Prime 95. Wichtig ist hier noch die Einstellung „Round off checking“ zu aktivieren unter dem Menüpunkt „Advanced“.

Nachdem Prime95 gestartet wurde, wählt man zunächst „Small FFTs“ aus. Diesen Test sollte man mindestens 2-3 Stunden laufen lassen, dabei sollte mittels CoreTemp die Kerntemperatur überwacht werden.



Bei diesem Test werden viele kleine Berechnungen direkt in der CPU ausgeführt, die Northbridge bzw. der Arbeitsspeicher wird kaum belastet. Diesen Test führt man durch um erst einmal die CPU zu stabilisieren. Es handelt sich hierbei um FFT-Längen von maximal 14k.



Läuft dieser Test 2-3 Stunden stabil, kann man den zweiten – und letzten Stabilitätstest durchführen. Dazu wird wieder Prime95 gestartet, diesmal allerdings mit der Option „Large FFTs“. Die CPU-Spannung haben wir zuvor mit „Small FFTs“ festgestellt. Diese muss nun nicht mehr erhöht werden!



Dieser Test umfasst nun auch die Kommunikation zwischen CPU, Northbridge und Arbeitsspeicher. Auch dieser Test sollte mindestens 2-3 Stunden ausgeführt werden. Bricht der Test hier mit einer Fehlermeldung ab, muss im Bios die Northbridge (MCH) Spannung erhöht werden.

Zusätzlich muss eventuell die FSB-VTT (FSB-Termination) Spannung erhöht werden. Quad-Core CPUs benötigen immer mehr Saft auf dem VTT als Dual-Core CPUs. Die FSB-VTT ist extrem wichtig für einen stabilen Lauf und muss i.d.R. ab ca. 400MHz FSB manuell erhöht werden. Bei sehr guten Mainboards müssen diese Spannungen nicht so hoch angehoben werden wie auf Einsteiger Boards!

Die NB (MCH) Voltage maximal auf 1.5V, FSB-VTT max. 1.4V (die FSB-VTT „sollte“ zudem möglichst unterhalb der CPU-Spannung bleiben). Gerade 45nm CPUs sind bei zu hohem FSB-VTT empfindlich. Die 1.4V sollten hier nicht überschritten werden!



Alle Spannungswerte sind hier die max. Spannungswerte für einen möglichst stabilen, und langlebigen Lauf. Natürlich kann man hier und da die Spannungen noch erhöhen, aber dabei solltet Ihr euch fragen ob 200MHz mehr ein solches Risiko rechtfertigen.


Intel CPU Documentations

Alle hier angegebenen Werte sind direkt von Intel und/oder immer mit Link zur Quelle.

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