Intel i7 3770k@4.3~4.5GHz & 삼성 DDR3 4GB@2133MHz 4개 풀뱅크 오버클럭

이번에 새롭게 장만한 장난감으로 오버클럭을 시도해봤다.

 

생각보다는 쉽게 되지는 않았지만 나름 만족스러운 결과를 얻은 것 같다.

 

▒▒▒ CPU 오버 클럭 ▒▒▒

CPU의 속도(CPU Clock Rate)는 흔히 진동수(Frequency, 단위:Hz)로 표현된다.

 

이는 결정진동자(crystal oscillator)의 진동수로 측정되며 이 결정진동자는 특정 사인함수곡선으로 나타난다. 따라서 CPU 속도에 표현된 3.0GHz, 3.5GHz 등의 진동수는 사인함수(sine function)의 한 주기가 1초 동안 몇 번이나 반복되어 나타나는지를 의미하는 것이다.

 

진동수를 CPU 속도의 측정단위처럼 사용하는 것은 사인곡선 1주기가 1개의 시그널을 처리하는 것을 의미하기 때문이다.

 

이번에 구입한 CPU에는 3.5GHz라고 표기되어 있으니 1초에 사인곡선의 한 주기가 3,500,000,000번 나타난다는 의미로 받아들이면 되고 이는 다른 말로 1초에 3,500,000,000개의 시그널을 처리한다는 의미다. (어디까지나 표기상)

따라서 CPU 진동수가 높으면 초당 처리량이 많다는 의미로 1990년대 제조사들이 홍보 목적으로 사용하게 되며, 실제로는 이 하나의 정보만으로 컴퓨터의 처리속도를 나타낼 수는 없다.

 

오버클럭은 이 진동수를 높여서 초당 처리량을 높이는 것으로 배수 조절과 FSB 클럭 조절을 통해 가능하다.

 

CPU 처리속도인 진동수는 본래 'FSB(Front Side Bus) 클럭' × 'CPU 배수(Multiplier)' 로 계산된다.

(Bus란 일반적으로 정보가 교환되는 통로를 의미한다.)

 

 

(일반적인 메인보드의 구성 및 명칭, 출처:위키피디아)

 

 

멀티프로세서 CPU의 경우 내부 코어와 캐시 메모리 사이의 정보교환을 위한 Back-Side Bus(내부정보교환채널)와 외부 메인보드의 칩셋과 연결되어 DRAM과 그래픽카드 등과의 정보교환을 위한 Front-Side Bus(FSB, 외부정보교환채널)을 가지고 있다.

 

FSB 속도는 CPU 외부 기기들과 정보 교환을 하는 채널로 컴퓨터의 속도에 큰 영향을 미치며 표현은 CPU 속도와 마찬가지인 진동수(단위:MHz)로 표현한다. 역시나 1개의 사인곡선 주기에 1개의 시그널 처리가 가능하고 1초 동안 얼마나 많은 시그널처리가 가능한지를 표현하는 방식이다.

 

CPU 배수는 외부정보교환채널의 1주기(cycle) 당 내부에서 정보가 처리되는 횟수를 의미한다.

즉 10배수의 CPU는 외부정보교환채널에서 1개의 시그널이 처리되는 동안 10번의 내부 사이클을 돌게 된다.

 

따라서 FSB 속도(또는 클럭)가 100MHz 이고 CPU 배수가 35인 CPU의 속도는 100MHz × 35 = 3,500MHz = 3.5GHz 가 된다.

 

이러한 이유로 CPU 속도 오버클럭 방식은 FSB 속도(또는 클럭)을 조절하거나 CPU 배수를 조절하는 두 가지 방법이 있다. 물론 이 두가지 모두를 조절하여도 된다.

 

다만 FSB 속도의 조절은 위의 그림과 글에서 설명했듯이 외부 메모리와 그래픽카드를 CPU와 연결해주는 노스브릿지와의 정보 전달 통로의 속도를 조절하는 것이다보니 CPU 클럭에만 영향을 미치는 것이 아니라 메모리 클럭과 그래픽 카드 클럭 모두를 바꾸는 결과를 초래하여 이들 모두의 스피드가 달라지고 결과적으로 전 시스템에 동시에 영향을 미치게 된다.

 

이번 오버 클럭에서는 FSB 속도는 그대로 두고 CPU 배수만 인가하는 방식으로 진행하였다.

이를 위해서는 우선 배수락이 해제되어 있는 CPU가 필요하며, 배수를 증가시킴에 따라 CPU가 필요로 하는 증가된 전압을 찾아 설정을 해주는 것이다. CPU에 배수락(배수 변경 방지) 기능이 풀려 나오는 제품들이 있는데 인텔의 경우 2600k, 2700k, 3730k, 3770k 와 같이 뒤에 k를 붙여나오며 가격은 조금 높다.

 

즉 CPU 배수 오버클럭은 CPU 성능이 증가하기 때문에 필요로하는 전력이 높아진다. 이 때 CPU에 흐를 수 있는 전류의 양의 최대값이 정해져있기 때문에 전압을 더 높여주어 필요한 전력을 공급해주는 것이다. 이 때 전압이 높으면 높을수록 CPU의 사용전력과 발열이 심해지므로 해당 배수에서 가장 낮은 필요전압이 얼마인지를 찾는 것이 중요하다.

 

▒▒▒ DRAM 오버 클럭 ▒▒▒

DRAM의 오버클럭은 DRAM의 클럭을 증가시키면 필요한 전력이 늘어나고 허용가능한 전류량이 정해져있기 때문에 높아진 전력량을 전압으로 맞추어주어야 한다.

 

CPU 오버와 다른 점은 CPU 전압은 필요 전압보다 높아도 안정성에 크게 문제를 일으키지 않지만 DRAM의 경우 적정 전압의 범위가 어느 정도 정해져있고 이보다 낮거나 높으면 안정적인 구동이 불가능하다.

 

또한 CPU와 다르게 DRAM은 램타이밍이라고 하는 수치가 있어 이 값을 낮춰줄수록 빠른 반응을 보여 속도향상이 가능하다. 다만 일반적으로 램클럭이 램타이밍 수치보다 우선되는 경향이 있으나 정확한 것은 벤치마킹을 통해 확인해보는 것이 좋겠다.

 

▒▒▒ 오버 클럭용 하드웨어 ▒▒▒

오버클럭을 위해 준비된 하드웨어에 대한 사양은 다음과 같다.

 

CPU : Intel i7 3770k @ 3.5GHz

CPU Cooler : SilverStone Heligon HE01

Motherboard : Asus P8Z77 WS

DRAM : Samsung 4GB (1600MHz/PC3 12800) 4개 풀뱅크

VGA : Gigabyte GTX670 UDV OC D5 2GB Windforce

HDD : Intel 520series SSD 240GB + WD 캐비어블랙 2TB

Power Supply : Enermax Revolution87+ 850W

Case : Zalman Z11 Plus

 

오버가 되기 전 CPU와 DRAM은 허용가능한 발열량과 안정성을 고려하여 판매된다.

따라서 오버클럭을 위해서는 CPU 쿨러나 DRAM 쿨러, 케이스의 발열을 고려한 쿨러도 추가해주는 것이 좋다. 또한 안정적 전원 공급이 필수적이므로 기존 사양보다 조금 높은 수준의 파워서플라이도 필수적이다.

 

 

사제 CPU 쿨러와 DRAM 쿨링을 위한 SpotCool 장착, 그리고 케이스 후면부 배기량 부족을 해결하기 위해 열대류 효과를 이용한 효율적 배기를 위한 케이스 상단부 배기쿨러 2개를 장착하였다.

 

▒▒▒ 오버클럭 과정 ▒▒▒

오버클럭의 과정은 가능한 경우의 수를 줄이고 빠르게 최적값을 찾아가기 위해 1) CPU 오버클럭, 2) DRAM 오버클럭 순서로 진행한다.

이 두 가지를 동시에 진행할 경우 CPU의 안정성 문제인지 DRAM의 안정성 문제인지 혹은 어느 전압의 조정이 더 필요한 것이지 알 수가 없게 된다.

 

BIOS 내에서 오버셋팅 후 안정성은 CPU 오버클럭의 경우 1) Linx(링스) Memory Full 옵션 적용 후 20회 수행, 2) Prime95(프라임95) 강도8 옵션 적용 후 12시간 이상 수행, 3) Super PI(슈퍼파이) 32M 옵션 적용 후 수행을 모두 거쳐서 오류 없이 돌아가는 것을 확인하는 과정을 거쳤다. 이 안정성 평가 프로그램을 돌리면서 CPU 온도와 전압 등을 확인하는 프로그램으로는 CPU-z, RealTemp, SpeedFan 프로그램을 사용하였다.

 

DRAM 오버클럭의 경우 1) TestMem5(TM5) 수행, 2) Prime95 강도8 옵션 적용 후 12시간 이상 수행, 3) Linx Memory Full 옵션 적용 후 20회 수행을 원칙으로 하였다.

 

전압 인가 방식은 Intel i7 3770k 경우 일반적으로 43배수 4.3GHz 오버의 경우 1.100V ~ 1.150V 사이의 값을 주고 블루스크린이 뜨면 0.010V 씩 추가해보고 안정성 테스트 중 사소한 오류가 발견되면 0.005V 추가하였다. 만약 안정성이 확인되면 0.005V 씩 감소시키는 방법을 사용하여 최저 가용 전압을 확인하였다.

 

DRAM의 전압 인가 방식은 Samsung DDR3의 경우 2133MHz 까지 무리없이 가능하며 1.55V ~ 1.63V 사이의 값을 0.005V 씩 조절하면서 값을 찾으며 이 때 램타이밍 값을 조금 높여두었다가 나중에 좀 더 낮추어 성능향상이 가능하도록 한다. 풀뱅크의 경우 4개의 램 중 하나만 수율이 나빠도 나머지 모든 메모리의 오버를 불가능하게 하므로 이 이상 가능하다고 알려진 2200MHz나 2400MHz 까지는 고려하지 않았다.

 

▒▒▒ CPU 오버 결과 ▒▒▒

Intel i7 3770k @ 3.5GHz 제품은 일반적으로 4.5GHz까지의 오버는 기존 배수 35배수를 45배수까지 높여 배수오버만으로 쉽게 성공 가능하다.

다만 이 때 아이비브릿지의 특성상 프로그램 상 측정되는 발열이 매우 높게 나오며 이 값에 대한 신뢰성을 왈가왈부하는 글들이 많다. 어쨌든 내가 구입한 제품의 최저 전압과 배수를 정리해보았다.

1. 43배수 (4.3GHz) - CPU 전압 1.100V (최대발열 RealTemp 70C 후반 & SpeedTemp 50C 중반)
2. 44배수 (4.4GHz) - CPU 전압 1.145V (최대발열 RealTemp 80C 초반 & SpeedTemp 50C 후반)
3. 45배수 (4.5GHz) - CPU 전압 1.220V (최대발열 RealTemp 80C 후반 & SpeedTemp 60C 초반)

 

이 CPU의 기본적인 1.000V 부근이므로 3.5GHz에서 4.3GHz까지 필요전압 상승은 0.100V 이었고 이후 4.4GHz나 4.5GHz는 이보다 매우 빠른 속도의 증가를 보인다.

 

온도 측정 프로그램 상 온도의 정확성에 대한 의견이 분분하여 4.5GHz 오버에서 RealTemp 상 90C 가까운 온도를 보이며 10시간씩 풀로드를 줄 경우 CPU 쿨러를 만져보니 쿨러상단부는 열이 조금 느껴지는 정도이고 하단부는 따뜻하다 정도였지만 그래도 실사용에 대해서 안정성을 확보하기 위해서는 4.3GHz 오버가 적절하다고 판단된다. 유명 오버클럭 사이트들에서는 동일 CPU에 대하여 4.5GHz 오버가 국민셋팅이라고들 하지만 내가 가진 CPU의 실제 수율면에서 최적은 4.3GHz 인 것 같다.

 

▒▒▒ DRAM 오버 결과 ▒▒▒

DRAM 오버는 CPU 오버를 통해 적정 오버 수치인 4.3GHz 안정성 프로그램 성공 후 진행하였다.

 

Samsung DDR3 4GB 1600Mhz 제품의 구입 후 초기 램타이밍은 11(CL값)-11-11-28-2T(CR값)으로 램타이밍에서 성능에 가장 큰 영향을 주는 CL값과 CR값만 오버를 하면서 더 낮춰보기로 하였다.

 

목표 클럭은 2133MHz로 1.550V 부터 0.005V 씩 증가시켜나갔다.

1. DRAM 전압 1.550V - OS진입시 블루스크린
2. DRAM 전압 1.555V - TM5 성공, Linx 20회 성공, Prime95 8시간째 오류 발생
3. DRAM 전압 1.555V & VCCIO 1.15V - TM5 성공, Linx 20회 성공, Prime95 5시간째 오류 발생
4. DRAM 전압 1.560V & DRAM Current Capability 110% - TM5성공, Linx 20회 성공, Prime95 14시간 성공

 

DRAM 오버는 CPU 오버에 비해 블루스크린 발생 빈도가 높고 램타이밍 값 외에 DRAM 전압에도 민감히 반응하여 실패빈도가 높았다.

 

결국 DRAM 오버는 목표 클럭인 2133MHz을 DRAM 전압 1.560V 와 DRAM Current Capability 조절을 통해 가능하도록 하였다.

 

이 때 램타이밍 값은 9-11-11-28-1T 로 CL값은 2단계, CR값은 1단계 낮추는 것이 가능하였다.

 

▒▒▒ BIOS 셋팅 ▒▒▒

오버클럭을 위한 BIOS 셋팅 전 알아두어야 할 사항은 1)안정성이 있다고 보여지는 BIOS 버젼의 선택과 2)CPU 전력소모를 줄이기 위한 옵션의 비활성화를 들 수 있다.

 

ASUS P8Z88 WS 보드는 현재 최신 Ver.3007과 이전버젼인 Ver.0703이 있으나 두 버젼 모두 DIVICO TV 수신 카드 중 DUAL EXPRESS 제품의 PCI-E 인식 불가 문제가 있어 Ver.0601을 이용하였다.

 

이 보드의 BIOS 최초 버젼인 Ver.0406과 Ver.0502도 테스트 해보았는데 CPU오버에서는 문제가 없었으나 DRAM 오버는 기존 값에서도 블루스크린이 뜨는 불안정한 모습을 보였다.

 

그 외 BIOS 설정값은 i7 3770k @ 4.3GHz 오버클럭과 Samsung DDR3 4G @ 2133MHz 오버클럭의 값이며 CPU 오버를 완료한 후 DRAM 오버를 하였기 때문에 설정값은 CPU 오버를 위한 설정값은 붉은색으로 DRAM 오버를 위한 설정값은 파란색으로 표기한다.

 

1) Ai Tweaker

Ai Overclock = Manual

Internal PLL Overvoltage = Disabled

Memory Frequency = DDR3-2133MHz 

 

2) Ai Tweaker (continued)

EPU Power Saving Mode = Disabled

CPU Manual Voltage = 1.100V

DRAM Voltage = 1.560

 

3) Ai Tweaker (continued)

CPU Spread Spectrum = Disabled

BCLK Recovery = Disabled

 

4) Ai Tweaker -> DRAM Timing Control

DRAM CAS# Latency = 9

DRAM RAS# to CAS# Delay = 11

DRAM RAS# PRE Time = 11

DRAM RAS# ACT Time = 28

DRAM Command Mode = 1

 

5) Ai Tweaker -> CPU Power Management

CPU Ratio = 43

Enhanced Intel SpeedStep Technology = Disabled

Long Duration Power Limit = 150

Short Duration Power Limit = 150

Primary Plane Current Limit = 150

Secondary Plane Current Limit = 150

 

6) Ai Tweaker -> DIGI+ Power Control

CPU Load-line Calibration = Ultra High

CPU Power Phase Control = Extreme

CPU Power Duty Control = Extreme

CPU Current Capability = 140%

DRAM Current Capability = 110%

DRAM Power Phase Control = Extreme

 

7) Advanced -> CPU Configuration

Intel Adaptive Thermal Moniter = Disabled

 

8) Advanced -> CPU Configuration -> CPU Power Management Configuration

CPU Ratio = 43 (앞에서 이미 설정했으므로 입력되어 있는지 확인)

Enhanced Intel SpeedStep Techonology = Disabled (앞에서 이미 설정했으므로 입력되어 있는지 확인)

CPU C1E = Disabled

CPU C3 Report = Disabled

CPU C6 Report = Disabled

 

 

▒▒▒ 안정화테스트 결과 ▒▒▒

 

CPU 4.3GHz 오버 후 Linx 20회 → Prime95 강도8 15시간 → Super PI 32M 실행 순서로 진행한 안정화테스트 결과이다.

 

 

 

 

CPU 4.3GHz 오버 안정화 확인 후 DRAM 2133MHz 오버를 진행하여 TM5 → Linx 20회 → Prime95 강도8 14시간 안정화테스트 결과이다.

Linx 결과에서 gFlops 값이 DRAM 오버 이전보다 상승하는 것을 확인할 수 있었다.