I. Principes techniques
L'overclocking consiste a faire tourner un microprocesseur au delà de la fréquence pour laquelle il a été validé.
En réalité, tous les processeurs, quelque soit leur fréquence finale, sortent d'une même chaîne de production : ils subissent alors une série de tests pour savoir quelle fréquence maximale ils sont capables de supporter et suivant les résultats, les meilleurs spécimens deviennent des processeurs haut de gamme, les moins bons sont jetés si il sont défectueux, ou reclassés (en modèles possédant moins de cache, si celui-ci est défectueux par exemple).
A la sortie de la chaîne, le processeur est bloqué à une certaine fréquence à laquelle il a passé tous les tests avec succès. Cette fréquence est attribuée avec une certaine marge, qui dépend de la qualité globale de la chaîne.
En clair, cela signifie que si vous avez un Pentium4 2.8GHz, celui-ci pourra tourner avec une fréquence supérieure de façon stable car Intel, en le validant, l'a fait avec une certaine marge.
a. Obtention d'une fréquence
La fréquence finale d'un processeur est le produit de deux facteurs : la fréquence du bus interne du processeur (assimilable au FSB) et un coefficient multiplicateur. Dans le cas de notre Pentium4 « C » la fréquence de 2.8GHz est donc obtenue par la multiplication du bus processeur de 200MHz et du coefficient multiplicateur de 14 : ainsi 14x200=2800Mhz.
Fréquence CPU= Coefficient x Bus Processeur
On peut donc facilement en déduire que l'augmentation de fréquence se fera en augmentant l'une ou l'autre de ces valeurs, mais seulement, sur les CPU Pentium4, comme sur tous les CPU Intel destinés à l'utilisateur final (contrairement aux exemplaires « ES » Engineering Sample) le coefficient est bloqué, l'augmentation de fréquence se fait par le biais de l'augmentation du FSB.
En revanche, sur certains CPU AMD, le coefficient est débloqué et permet d'obtenir des valeurs intéressantes.
Ainsi, sur notre Pentium4 2.8GHz, on peut atteindre la fréquence de 3.024GHz en passant le FSB à la valeur de 216MHz car :
14 x 216 = 3024Mhz
b. Rapport FSB/Mémoire
Seulement l'augmentation du FSB a un revers : la mémoire vive d'un ordinateur est cadencé à une fréquence qui est réglée selon la vitesse du FSB. L'équivalence s'établit selon une fraction de celui-ci.
Ici cette fraction est de 1:1, ce qui signifie que l'augmentation de 1MHz du FSB entraîne l'augmentation de 1MHz de la fréquence mémoire. Donc ici, la fréquence mémoire est de 216MHz, car le FSB est a 216MHz.
Le problème provient donc de la mémoire : toutes les mémoires disponibles sur le marché ne sont pas capables d'atteindre des fréquences aussi élevées sans erreur. Votre ordinateur peut refuser simplement de démarrer à cause d'une fréquence mémoire trop élévée.
Il existe cependant des parades à cette limitation : sur certaines cartes mères, on peut modifier le coefficient entre la mémoire et le FSB.
Ainsi ici le coefficient est de 1:1, si le FSB est cadencé à 200MHz, la Ram est cadencée de même, à 200MHz, soit 400MHz DDR. (voire l'article sur la mémoire http://www.sosordi.net/Article/Article.8.html).
Seulement il est possible d'installer de la Ram fonctionnant à une fréquence nominale de 166MHz (PC2700), le ratio appliqué sera alors de 160: 200, soit 4:5 : la mémoire est alors désyncronisée du FSB.
La solution consiste donc à « désynchroniser » la mémoire vive et le FSB : la mémoire tournera alors à une fréquence inférieure et ce, de manière stable.
Il existe d'autre moyens de permettre une montée en fréquence à sa mémoire :
-l'augmentation de voltage (la DDR à un voltage par défaut de 2.65V. Le passage à un voltage de 2.85V permet en général une augmentation de la fréquence et/ou une baisse des timings. Seulement, l'augmentation de voltage présente certains dangers, qui seront explicités dans les Dangers de l'overclocking)
-l'augmentation des timings. Les timings sont les latences, exprimés en nombre de cycles d'horloge, temps entre le moment où l'information est demandée par le contrôleur mémoire et celui où ils sont réellement disponibles. Ceux-ci sont configurés automatiquement par le module de mémoire, lui même, via une puce appelée SPD. Plus les latences sont faibles, plus les débits mémoires sont importants mais des latences faibles font baisser la fréquence maximale possible. Augmenter les timings mémoire est donc une chose possible pour obtenir une fréquence maximale plus élevée, mais comme l'overclocking en général, nécessite une bonne connaissance de la machine.
-l'achat de barrettes mémoire supportant de plus hautes fréquences : pour atteindre une fréquence de 216MHz, j'utilise des barrettes PC3500 de marque Corsair, qui sont certifiées pour atteindre cette fréquence. De même, il existe des modules de PC4000, PC4400 permettant d'atteindre des fréquences plus élevées, malgré des timings souvent très hauts et un prix prohibitif.
c. Dégagement thermique
Comme tout semi-conducteur, un processeur chauffe, c'est à dire émet une énergie thermique qu'il est nécessaire de dissiper pour qu'il n'atteigne pas des températures trop élevées qui pourraient le détruire. En effet, il est constitué d'oxyde de silicium, dont la stabilité moléculaire n'est plus assurée à partir de 90°C environ : il ne faut donc pas que le processeur dépasse une trop haute température (en réalité, cette barre se situe vers les 60°C).
Dissiper la chaleur émise par un composant comme un microprocesseur n'est pas une mince affaire : elle consiste, ni plus ni moins, dans l'exemple étudié, à dissiper 80W sur la surface d'un ongle !
Lors d'un overclocking, la fréquence et éventuellement le voltage sont augmentés, ce qui augmente la dégagement thermique du processeur. Le surplus de chaleur doit être évacué pour les raisons de stabilité : en effet la chaleur, comme l'augmentation de la fréquence dégrade la qualité du signal dans les transistors et peut conduire à des erreurs. Pour garantir la stabilité du système (c'est à dire éviter les erreurs) il faut donc maintenir le processeur à des température acceptables (de l'ordre de 40-50°C en pleine charge) via une bonne ventilation de la tour et l'achat d'un bon ventilrad.
Pour garantir un bon refroidissement du processeur, notre exemplaire était doté d'un radiateur Thermalright, en cuivre surmonté d'un ventilateur de 8cm tournant à 2500tr/min. La tour possède deux ventilateur de 12cm, l'un faisant entrer l'air frais et l'autre étant en extraction. Il existe également des systèmes de refroidissement par eau ou par changement de phase, plus efficaces.
L'overclocking conduit à une augmentation du dégagement thermique, qui peut être la cause de la destruction du processeur. Cette manipulation ne doit donc être entreprise qu'avec un bon système de refroidissement et une surveillance des températures.
d. Stabilité et voltages
Comme on l'a vu, l'augmentation de fréquence, doublé de l'augmentation du dégagement thermique conduit à une dégradation du signal à l'intérieur des transistors.
Pour contrer l'instabilité qui pourrait en découler, l'augmentation du voltage du processeur peut être un moyen de renforcer la puissance du signal. Cepandant attention, l'augmentation de voltage se traduit par une hausse importante du dégagement thermique, avec les risques de destruction que cela comporte. Cela doit être fait que si le processeur se révèle instable (voir la partie test) et dans des proportions très faibles (pas plus de 10%).
De même, pour la mémoire, l'augmentation de voltage est envisageable, mais doit rester très modérée (pas d'augmentation supérieure à 7%), pour les mêmes raisons que la processeur.
