Overclocking en CPU, RAM y GPU

El rendimiento de un PC depende de múltiples variables, pero en el hardware es posible realizar modificaciones que influyen en la productividad. Mostramos importantes consideraciones a la hora de optimizar los componentes del equipo

Manuel Arenas

Overclocking en CPU, RAM y GPU

4 enero 2010

Si acudimos a la «etimología» del término overclocking descubriremos que tiene que ver con el aumento de la velocidad de reloj del procesador. Aunque en un primer momento respondía literalmente a esta práctica, ahora se difumina entre distintos over o «sobre», como el «sobre-voltaje» o el «sobre-multiplicador», pues, para conseguir resultados extremos, es necesario jugar también con estos parámetros.

De hecho, en PC Actual nos gusta más definirlo como la optimización de los parámetros de funcionamiento del sistema. Aquí el término optimización adquiere el significado de conseguir sacar el máximo partido a una configuración de hardware dada con la máxima seguridad posible para la electrónica.

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Las variables esenciales

Pero, ¿cuáles son esos parámetros susceptibles de optimización? En primer lugar se sitúa la velocidad de reloj del procesador, medida en MHz. Los sistemas electrónicos digitales funcionan de forma sincronizada con los pulsos marcados por un reloj de referencia (o varios).

Este reloj genera pulsos a intervalos regulares con una velocidad enorme, de modo que en un segundo se pueden contar millones, que son los que marcan el ritmo de las operaciones en el procesador, la memoria, las transferencias de datos, etcétera. A mayor velocidad de reloj, en principio, obtenemos un mayor rendimiento, pues podemos hacer más «cosas» en el mismo tiempo.

De todos modos, el rendimiento del microprocesador depende de dos variables: la velocidad de reloj y el número de instrucciones que es capaz de procesar por cada ciclo de reloj (IPC). Si es capaz de funcionar a mucha velocidad pero el número de instrucciones que puede descodificar es modesto, es recomendable decantarse por otro procesador más lento en cuanto a velocidad de reloj, pero con un mayor IPC, pues rendirá más.

Desafortunadamente, este parámetro está intrínsecamente ligado a la arquitectura interna de la CPU y no se puede actuar sobre él directamente. Así pues, nos quedamos con la idea de la modificación de la velocidad de reloj únicamente.

La situación se complica un poco si pensamos que, en última instancia, la velocidad efectiva del procesador se obtiene multiplicando la velocidad del reloj de referencia por un factor de multiplicación. En un sistema electrónico, no todos los componentes pueden trabajar a velocidades del orden de los GHz, de modo que se trabaja con un reloj de referencia base junto con multiplicadores que ajustan con precisión las frecuencias de trabajo óptimas en cada componente.

Esa frecuencia de referencia, en los tiempos en los que el bus del sistema era el centro neurálgico e hilo conductor de las placas base, se denominaba FSB, pero ahora, con los AMD Athlon, que usan la conexión serie HyperTransport, y los Intel Core i7, que han migrado a una tecnología serie denominada QPI (Quick Path Interconnect), el término Front Side Bus ha dejado de tener sentido.

Sea como fuere, el ideal de todo aquel que desee encontrar una forma sencilla de aumentar el rendimiento es encontrarse con un procesador que tenga el multiplicador desbloqueado. De este modo, lo único que deberá hacer es incrementar el factor de multiplicación de la frecuencia de referencia.

Por desgracia, no todos los micros tienen el multiplicador expuesto en la BIOS. Solo las ediciones Black Edition de AMD y Extreme Edition de Intel permiten este tipo de modificaciones en la BIOS o mediante software. Pongamos un ejemplo. Supongamos que tenemos un sistema con un procesador Core i7 965, en el que la frecuencia de referencia es de 133 MHz.

El multiplicador del procesador tiene un valor por defecto de 24x, lo que supone alcanzar los 3,192 GHz. Si configuramos el valor a 27x obtendríamos nada menos que 3,591 GHz, una cifra sustancialmente mayor que la «oficial» que supondría igualar el rendimiento de una CPU que aún no existe (el procesador más rápido de Intel es el Core i7 975 que trabaja a 3,33 GHz).

El concepto de aumento de frecuencia de reloj para el procesador se puede extender a otros componentes clave, como la tarjeta de vídeo y la memoria RAM. En ambos casos, como veremos más adelante, se trata de incrementar el valor de la frecuencia de trabajo de estos componentes dentro de los límites posibles.

Recuadro

No es una ciencia exacta

A la vista del número de variables que intervienen en el overclocking, se puede decir que no hay dos sistemas que respondan de igual forma ante la modificación de los parámetros de funcionamiento. El aumento de velocidad en componentes como el procesador o las tarjetas gráficas tienen una componente estadística importante.

Intel y AMD sí aseguran que para una velocidad nominal fijada de antemano el funcionamiento del chip será estable, pero a partir de ahí es una cuestión de suerte toparse con un chip capaz de aumentar su velocidad 600 MHz por encima o con uno que no sube ni 200 MHz. A medida que mejoran los procesos de fabricación la probabilidad de éxito aumenta, pero nunca se puede garantizar que con un procesador determinado consigamos alcanzar un nivel de forzado fijado de antemano.

La única forma de comprobar que se ha tenido éxito es emplear programas que pongan a prueba la estabilidad del sistema ejecutando tareas que demandan el 100% de recursos durante horas. Si el equipo aguanta ese ritmo, la estabilidad estará (más o menos) garantizada. Eso sí, se necesitan pruebas que se centren en la CPU, la memoria y los gráficos de manera conjunta o mediante pruebas especializadas. PCMark2006, PCMark Vantage, SiSoft Sandra, juegos como Crysis o Super Pi son algunos ejemplos.

Como ciencia inexacta que es, la inversión realizada en esta práctica bien puede no dar los frutos esperados. De todos modos, siempre se podrá «sacar» algo. Quizás sea conveniente aventurarse en este mundo a partir de procesadores de gamas modestas, en los que cualquier aumento de velocidad se traduce inmediatamente en un ahorro de dinero.

Por ejemplo, un Core i7 920 configurado para funcionar a 3,2 GHz tendrá un rendimiento parecido a un Core i7 965 con un precio mucho más elevado. En el caso de AMD, las diferencias de precio son menores, pero el aumento de rendimiento siempre viene bien.

Aumento del voltaje

Por sí solo, el aumento de la frecuencia es suficiente para elevar el rendimiento de un micro, la memoria o la GPU. No obstante, la señal de reloj puede degradarse por encima de los límites aceptables por la electrónica para reconocer los pulsos correctamente. En este caso, la práctica habitual requiere aumentar el voltaje y la amplitud de los pulsos.

Así, es posible alcanzar una mayor frecuencia de reloj con un comportamiento estable; es decir, de modo que el equipo no se vea afectado por los pantallazos azules o el tiempo que esté encendido el equipo. Los componentes en los que el voltaje se «toca» más son la memoria y los procesadores. Eso sí, es un parámetro delicado: si se aumenta por encima de los valores máximos recomendados por los fabricantes, la integridad de la electrónica se verá comprometida a corto, medio o largo plazo.

Debido a la confluencia de varios factores, con el aumento del voltaje corremos el riesgo de dañar físicamente el hardware. En un procesador intervienen elevadas corrientes que mueven los electrones a través de pistas de cobre o aluminio con grosores del orden de los nanómetros. Las pistas están separadas por material no conductor, pero la proximidad de las distintas pistas hace que, ante un aumento del voltaje de trabajo del procesador, aumente la posibilidad de que los electrones «encuentren» un camino de paso entre pistas adyacentes.

Si bien este fenómeno puede darse de forma ocasional, en los peores escenarios los electrones pueden crear «cortocircuitos» permanentes que arruinen la electrónica de por vida. En las webs de los fabricantes hay información técnica sobre los procesadores, donde aparecen tabulados los valores máximos y mínimos para el voltaje. Cualquier configuración donde se supere el máximo está expuesta a problemas relacionados con la electromigración o la estabilidad.

Otro problema con el voltaje llega de la mano de los módulos DDR3 para sistemas Core i7. El controlador de memoria integrado en el procesador responde a los estándares JEDEC, que establecen un máximo de voltaje de 1,65 V para la memoria.

Sin embargo, tradicionalmente los fabricantes diseñan módulos de alto rendimiento sin tener en cuenta la especificación «oficial». Si la memoria instalada en un sistema Core i7 se configurase por encima de este voltaje, el controlador integrado en la CPU podría dañarse de por vida. Así pues, para los sistemas Core i7 es importante adquirir módulos que no superen en voltaje los 1,65 V. Y, por supuesto, no aumentar el valor en la BIOS.

superPI

Intel y AMD

Si quieres adentrarte en el mundo del overclocking tienes esencialmente dos opciones. Intel cuenta con los procesadores Core 2 Duo / Quad y los basados en la solvente arquitectura Nehalem, los Core i7. AMD, por su parte, ha renovado su gama con los Phenom II X4 y X3. No hay cambios en la arquitectura, pero sí en el encapsulado, que ahora es AM3+, y en la memoria que son capaces de controlar, que también es de tipo DDR3, como en las propuestas de Intel.

Otros componentes esenciales a la hora de obtener el máximo partido del procesador o la memoria son la placa base y el chipset. Intel tradicionalmente ha ocultado en sus propuestas las opciones de overclocking, aunque el resto de fabricantes sí han habilitado la modificación de parámetros como la velocidad del bus y el voltaje.

Con la llegada de Core i7, Intel ha abierto las puertas al overclocking, aunque siguen siendo fabricantes como Asus, Gigabyte o MSI los que apuestan claramente por estas prácticas en placas como la Asus Rampage 2 Extreme con el chipset X58.

AMD, por su parte, tiene en el chipset 790FX, su navaja suiza para el overclo­cking, con funcionalidades como ACC (Advanced Clock Control) y la gama de procesadores Black Edition, en la que el multiplicador está desbloqueado como ocurre en los Intel Extreme Edition.

CPU-Z

Steppings

En la elección de un buen procesador para la práctica del overclocking hay que tener presente la «letra pequeña». Así, en un mismo modelo podemos encontrar diferencias fundamentales en la tecnología con la que se fabrica. Intel y AMD están en constante investigación para perfeccionar el proceso de fabricación.

La forma de introducir mejoras en los chips es a través de los llamados steppings, que pueden interpretarse como versiones distintas de un mismo producto. El potencial de overclocking de un procesador con un stepping más reciente que otro mejora de manera notable, pero en las tiendas en general no van a dar demasiadas indicaciones al respecto. Está en manos del usuario investigar y reconocer a partir del número de serie del procesador a qué stepping pertenece.

Como ejemplo más reciente tenemos el Core i7 920 de Intel, que en primera instancia se comercializó con el stepping C0 para pasar después al D0. Sin ir más lejos, el procesador Core i7 975 a 3,33 GHz también exhibe este stepping. La forma de comprobar la versión es a través de programas de diagnóstico, como CPU-Z (www.cpuid.com/cpuz.php).

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La refrigeración

En la práctica del overclocking el aumento de la frecuencia y el voltaje no se puede realizar sin cerciorarse de que la disipación del calor generado está asegurada. Los ventiladores convencionales están preparados para disipar la potencia nominal de las CPU, que en el peor de los casos es de 130 W. Pero, tan pronto como se modifican los parámetros «normales» de funcionamiento, el TDP teórico máximo aumenta. El problema con una incorrecta disipación estriba en el aumento de temperatura de la CPU. Por encima de los 70 ºC la probabilidad de que el sistema se cuelgue es elevada.

La solución pasa por adquirir un ventilador de gama alta con una resistencia térmica lo más baja posible. El uso de cobre y heat pipes es esencial para sacar el calor rápidamente de la superficie de contacto entre el ventilador y la CPU, así como la utilización de ventiladores con una presión de aire elevada y un circuito de extracción de aire caliente de la caja que lo lleve fuera con velocidad. Lo mejor es utilizar sistemas de refrigeración líquida y, en casos extremos, de nitrógeno líquido.

A modo de conclusión

A la hora de forzar los componentes de nuestro PC debemos tener presentes los valores máximos que admiten, como el voltaje, tanto para la CPU como para la memoria (en el caso de los Core i7 sobre todo). Tambien es importante ser rigurosos cuando llevemos a cabo las modificaciones y comprobar la estabilidad del sistema o verificar que no hay puntos de la placa o componentes que estén trabajando a temperaturas demasiado elevadas de manera constante.

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