Tăng tốc

Ép xung (overclocking) là hành động tăng tốc độ xử lý của máy tính vượt qua mức tối đa do nhà sản xuất quy định. Thường thì điện áp cũng được nâng cao để đảm bảo sự ổn định khi linh kiện hoạt động ở tốc độ cao hơn. Các linh kiện bán dẫn hoạt động ở tần số và điện áp cao tiêu tốn nhiều điện năng và sinh nhiệt nhiều hơn. Nếu không giải quyết vấn đề nhiệt hoặc cung cấp điện không đủ, linh kiện ép xung có thể trở nên không đáng tin cậy hoặc hỏng hóc. Một số nhà sản xuất cho phép ép xung miễn là thực hiện đúng cách, mặc dù nhiều bảo hành sẽ không còn hiệu lực nếu ép xung hoặc quá tải xảy ra.

Khái quát

Mục tiêu của ép xung là cải thiện hiệu suất của một thành phần cụ thể trong hệ thống. Trên các hệ thống hiện đại, thường ép xung nhằm tăng hiệu suất của chip chính hoặc các hệ thống con như bộ xử lý chính hoặc card đồ họa, cùng với các thành phần khác như RAM hoặc bus hệ thống. Kết quả của việc ép xung là tăng tiêu thụ điện, tiếng ồn quạt và giảm tuổi thọ linh kiện. Hầu hết các linh kiện đều được thiết kế để chịu đựng các điều kiện hoạt động cao hơn mức chuẩn, như nhiệt độ môi trường và biến động điện áp. Kỹ thuật ép xung thường đặt thiết bị ở mức hoạt động cao hơn, yêu cầu giám sát nhiệt độ và điện áp chặt chẽ hơn, với việc tăng cường làm mát và điều chỉnh điện áp để đảm bảo hoạt động ổn định.

Dù các thiết bị hiện đại có khả năng ép xung tốt, mỗi thiết bị vẫn có giới hạn nhất định. Thông thường, với một mức điện áp nhất định, mỗi bộ phận sẽ có tốc độ tối đa 'ổn định' của nó. Khi vượt quá tốc độ này, thiết bị có thể hoạt động không chính xác, gây ra lỗi hoặc sự cố trong hệ thống. Trong PC, điều này có thể dẫn đến sự cố hệ thống hoặc lỗi nhỏ không được phát hiện, có thể làm hỏng dữ liệu hoặc gây lỗi trong các ứng dụng yêu cầu đồ họa cao.

Việc tăng điện áp hoạt động có thể cho phép tăng tốc độ đồng hồ hơn, nhưng đồng thời cũng làm tăng nhiệt và giảm tuổi thọ của thiết bị. Cuối cùng, sẽ có một giới hạn về khả năng cung cấp điện và làm mát thiết bị, cũng như khả năng chịu điện áp tối đa của thiết bị trước khi gặp sự cố. Sử dụng quá mức điện áp hoặc làm mát không đủ có thể làm giảm hiệu suất hoặc thậm chí phá hủy thiết bị.

Tốc độ ép xung phụ thuộc nhiều vào các ứng dụng và khối lượng công việc đang chạy, cũng như các thành phần được ép xung. Tiêu chuẩn cho các mục đích khác nhau đã được công bố.

Giảm xung / hạ xung

Khác với ép xung, mục tiêu của hạ xung là giảm tiêu thụ điện năng và nhiệt sinh ra, đồng nghĩa với việc giảm tốc độ xung nhịp và hiệu suất. Việc giảm yêu cầu làm mát giúp giảm số lượng và tốc độ quạt, hoạt động êm hơn và kéo dài thời gian pin trên thiết bị di động. Một số nhà sản xuất hạ xung để tăng tuổi thọ pin hoặc giảm tần số đồng hồ khi thiết bị hoạt động dưới nguồn pin. Trên máy tính để bàn, việc hạ xung giúp hoạt động êm hơn và có thể cung cấp hiệu suất cao hơn với điện áp thấp hơn. Tuy nhiên, như ép xung, không có đảm bảo thành công và cần thử nghiệm nhiều lần để đảm bảo ổn định. Hạ xung cũng có thể được sử dụng khi khắc phục sự cố.

Văn hóa ép xung trong cộng đồng người dùng máy tính

Ngày nay, ép xung ngày càng dễ tiếp cận nhờ các nhà sản xuất bo mạch chủ tích hợp tính năng này vào các sản phẩm chính của họ. Tuy nhiên, ép xung thường được những người đam mê áp dụng nhiều hơn so với người dùng chuyên nghiệp, do nguy cơ làm giảm độ tin cậy, chính xác và có thể gây hỏng dữ liệu và thiết bị. Hầu hết bảo hành của nhà sản xuất và dịch vụ không bao gồm các thành phần đã được ép xung hoặc thiệt hại do việc sử dụng này. Dù ép xung có thể cải thiện khả năng tính toán và năng suất cho người dùng chuyên nghiệp, việc kiểm tra độ ổn định của các thành phần trước khi đưa vào sử dụng là rất quan trọng.

Ép xung mang lại sự hấp dẫn cho các tín đồ công nghệ, vì nó cho phép thử nghiệm các thành phần với tốc độ chưa được nhà sản xuất công nhận hoặc chỉ có trên các phiên bản cao cấp hơn. Ngành công nghiệp máy tính thường ra mắt công nghệ mới tại thị trường cao cấp trước, sau đó mới đến thị trường phổ thông. Nếu phần cao cấp chỉ khác biệt về tốc độ xung nhịp, người đam mê có thể ép xung các phần chính để đạt được hiệu suất tương đương. Điều này giúp hiểu rõ cách công nghệ mới sẽ hoạt động trước khi chúng được phát hành chính thức, điều này có thể hữu ích cho người dùng đang cân nhắc nâng cấp.

Có những người đam mê thích lắp ráp máy tính, tinh chỉnh và 'nung nóng' hệ thống của mình trong các cuộc thi điểm chuẩn cạnh tranh, để so tài với các người dùng khác nhằm đạt điểm cao nhất trong các bài kiểm tra tiêu chuẩn. Một số người chọn mua các bộ phận giá rẻ và cố gắng ép xung chúng để đạt hiệu suất như các mẫu đắt tiền hơn. Một phương pháp khác là ép xung các phần cũ để đáp ứng yêu cầu hệ thống ngày càng cao và kéo dài tuổi thọ của phần cũ hoặc ít nhất là trì hoãn việc mua phần cứng mới. Một lý do khác là nếu ép xung khiến thiết bị lỗi sớm, ít mất mát vì thiết bị đã được khấu hao và cần thay thế trong mọi trường hợp.

Thành phần

Về mặt kỹ thuật, bất kỳ thành phần nào sử dụng bộ đếm thời gian hoặc đồng hồ để điều phối các hoạt động bên trong đều có thể được ép xung. Tuy nhiên, phần lớn các nỗ lực ép xung tập trung vào các thành phần cụ thể như bộ xử lý (CPU), thẻ video, chipset bo mạch chủ và RAM. Hầu hết các bộ xử lý hiện đại đạt được tốc độ hoạt động tối ưu bằng cách nhân xung nhịp cơ bản (tốc độ bus của bộ xử lý) với hệ số nhân bên trong bộ xử lý (hệ số CPU) để đạt tốc độ cuối cùng.

Các bộ vi xử lý thường được ép xung bằng cách điều chỉnh hệ số nhân CPU nếu có tùy chọn, nhưng cũng có thể tăng tốc độ cơ bản của đồng hồ bus để ép xung. Một số hệ thống cho phép điều chỉnh các đồng hồ khác như đồng hồ hệ thống, ảnh hưởng đến tốc độ đồng hồ bus, giúp điều chỉnh tốc độ cuối cùng của bộ xử lý tốt hơn. Ép xung với hệ số nhân cao sẽ đạt tốc độ đồng hồ nhanh hơn và tiêu tốn ít điện năng hơn so với việc tăng tốc độ đồng hồ nền tảng. Vì vậy, việc đặt hệ số nhân ở mức cao là ưu tiên hàng đầu.

Hầu hết các hệ thống OEM không cung cấp cho người dùng các tùy chọn cần thiết để điều chỉnh tốc độ xung nhịp của bộ xử lý hoặc điện áp trong BIOS của bo mạch chủ, do lý do bảo hành và hỗ trợ. Tuy nhiên, cùng một bộ xử lý cài trên bo mạch chủ khác có thể cho phép người dùng thực hiện các điều chỉnh này.

Mỗi thành phần sẽ đạt đến giới hạn không còn hoạt động ổn định sau một thời gian: nhiệt độ, tốc độ đồng hồ, điện áp, v.v. Các thành phần thường sẽ có dấu hiệu trục trặc khi độ ổn định bị xâm phạm, cảnh báo người dùng rằng tốc độ hiện tại không ổn định. Tuy nhiên, có thể xảy ra tình trạng hỏng hóc vĩnh viễn mà không có cảnh báo, ngay cả khi điện áp giữ trong phạm vi an toàn. Tốc độ tối đa được xác định bằng cách ép xung đến điểm không ổn định đầu tiên và sau đó chọn cài đặt ổn định chậm hơn. Các thành phần chỉ được đảm bảo hoạt động chính xác ở các giá trị định mức của chúng, và các mẫu khác nhau có thể có khả năng ép xung khác nhau. Điểm cuối của ép xung phụ thuộc vào nhiều yếu tố như số nhân CPU, bộ chia bus, điện áp, khả năng quản lý tải nhiệt, kỹ thuật làm mát và các yếu tố khác của thiết bị.

Các cân nhắc

Khi thực hiện ép xung, có một số yếu tố cần lưu ý. Đầu tiên là đảm bảo các linh kiện nhận đủ năng lượng với điện áp phù hợp để hoạt động ở tốc độ xung nhịp mới. Việc cung cấp nguồn điện không chính xác hoặc quá mức có thể gây hỏng hóc vĩnh viễn cho các bộ phận.

Trong môi trường sản xuất chuyên nghiệp, việc ép xung chỉ đáng được xem xét khi tốc độ tăng mang lại lợi ích lớn hơn chi phí hỗ trợ, giảm độ tin cậy, ảnh hưởng đến các hợp đồng bảo trì và bảo hành, và mức tiêu thụ điện năng cao hơn. Nếu cần tốc độ nhanh hơn, thường thì việc mua phần cứng nhanh hơn có thể rẻ hơn khi cân nhắc tất cả các chi phí.

Làm mát

Tất cả các mạch điện tử sinh nhiệt khi dòng điện lưu chuyển. Khi tần số xung nhịp và điện áp tăng lên, nhiệt độ phát sinh từ các thành phần hoạt động ở hiệu suất cao cũng gia tăng. Mối quan hệ giữa tần số xung nhịp và công suất thiết kế nhiệt (TDP) là tuyến tính. Tuy nhiên, có một giới hạn tối đa gọi là 'bức tường'. Để vượt qua giới hạn này, các chuyên gia ép xung thường nâng điện áp chip để tăng khả năng ép xung. Việc tăng điện áp dẫn đến tiêu thụ điện năng cao hơn và sinh ra nhiệt nhiều hơn (tỷ lệ thuận với bình phương điện áp trong mạch tuyến tính), do đó cần hệ thống làm mát mạnh mẽ hơn để tránh quá nhiệt. Thêm vào đó, một số mạch kỹ thuật số có thể hoạt động chậm lại ở nhiệt độ cao do sự thay đổi trong đặc tính của thiết bị MOSFET. Ngược lại, người ép xung có thể chọn giảm điện áp chip trong khi ép xung (gọi là undervolting) để giảm phát thải nhiệt trong khi vẫn duy trì hiệu suất tối ưu.

Hệ thống làm mát tiêu chuẩn thường được thiết kế để xử lý lượng nhiệt phát sinh trong điều kiện không ép xung; khi ép xung, hệ thống có thể cần các giải pháp làm mát nâng cao như quạt mạnh hơn, tản nhiệt lớn hơn, ống dẫn nhiệt, hoặc hệ thống làm mát bằng nước. Khối lượng, hình dáng và chất liệu của tản nhiệt ảnh hưởng lớn đến hiệu quả tản nhiệt. Những bộ tản nhiệt hiệu quả thường được chế tạo hoàn toàn bằng đồng nhờ khả năng dẫn nhiệt tốt, nhưng giá thành cao. Nhôm cũng là vật liệu phổ biến vì có đặc tính nhiệt khá tốt và giá thành thấp hơn đáng kể so với đồng. Thép không có đặc tính nhiệt tốt như nhôm. Ống dẫn nhiệt có thể cải thiện khả năng dẫn nhiệt. Nhiều bộ tản nhiệt kết hợp các vật liệu khác nhau để cân bằng giữa hiệu suất và chi phí.

Hệ thống làm mát bằng nước giúp dẫn nhiệt thải đến bộ tản nhiệt. Các thiết bị làm mát nhiệt điện, sử dụng hiệu ứng Peltier, có thể làm mát các bộ xử lý có công suất thiết kế nhiệt (TDP) cao do Intel và AMD sản xuất vào đầu thế kỷ XXI. Thiết bị làm mát nhiệt điện tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai tấm khi có dòng điện chạy qua. Mặc dù phương pháp này rất hiệu quả, nhưng nó tạo ra nhiệt đáng kể ở những khu vực khác cần phải được dẫn đi, thường là bằng bộ tản nhiệt đối lưu hoặc hệ thống làm mát bằng nước.

Các phương pháp làm mát khác bao gồm làm mát đối lưu cưỡng bức và làm mát chuyển pha, thường được sử dụng trong tủ lạnh và có thể điều chỉnh để áp dụng cho máy tính. Nitơ lỏng, heli lỏng, và đá khô được dùng trong các tình huống khắc nghiệt như nỗ lực lập kỷ lục hoặc thí nghiệm đặc biệt, thay vì làm mát hàng ngày. Vào tháng 6 năm 2006, IBM và Viện Công nghệ Georgia công bố kỷ lục mới về tốc độ xung nhịp chip silicon (tốc độ chuyển đổi của một bóng bán dẫn, không phải xung nhịp CPU) trên 500 GHz, bằng cách làm mát chip xuống 4,5 K (−268,6 °C; −451,6 °F) bằng heli lỏng. Kỷ lục thế giới về tần số CPU là 8.794 GHz tính đến tháng 11 năm 2012. Các phương pháp làm mát cực đoan này thường không thực tế lâu dài vì yêu cầu nạp lại chất làm mát và có thể hình thành ngưng tụ trên các thành phần. Hơn nữa, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng tiếp giáp silicon (JFET) sẽ phân hủy ở nhiệt độ khoảng 100 K (−173 °C; −280 °F) và ngừng hoạt động hoặc 'đóng băng' ở 40 K (−233 °C; −388 °F) vì silicon không còn bán dẫn, làm hỏng thiết bị.

Kỹ thuật làm mát chìm, được sử dụng trên siêu máy tính Cray-2, bao gồm việc nhúng một phần hệ thống máy tính vào chất lỏng làm mát có khả năng dẫn nhiệt nhưng ít dẫn điện. Kỹ thuật này giúp ngăn ngừa sự hình thành ngưng tụ trên các linh kiện. Fluorinert, do 3M sản xuất, là một chất lỏng chìm hiệu quả nhưng có giá thành cao. Dầu khoáng là một lựa chọn khác, nhưng có thể dẫn điện nếu chứa tạp chất như nước.

Các tín đồ ép xung không chuyên thường sử dụng hỗn hợp đá khô và dung môi có điểm đóng băng thấp như axeton hoặc cồn isopropyl. Hệ thống làm mát này, thường thấy trong phòng thí nghiệm, có thể đạt nhiệt độ −78 °C. Tuy nhiên, phương pháp này không được khuyến khích do nguy cơ an toàn; dung môi dễ cháy và bay hơi, trong khi đá khô có thể gây tê cóng và ngạt thở do khí CO2 sinh ra khi thăng hoa.

• Người ép xung
• Tản nhiệt máy tính

Liên kết bên ngoài

• Hướng dẫn cơ bản về ép xung
• 8 mẹo tăng tốc hiệu suất PC