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Haswell im Test: Intel Core i7-4770K und i5-4670K

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Seite 8: Overclocking

Bei einem Desktop-Prozessor mit "K" im Namen geht es natürlich auch ans Overclocking, denn diese Prozessormodelle sind "unlocked". Wir haben natürlich auch Intels neuen Core i7-4770K in unseren Overclocking-Parcours geschickt, um einen ersten Eindruck von der Übertaktungsfähigkeit der Prozessoren zu bekommen. Allerdings gibt es wie immer natürlich eine gewisse Schwankung unter den Modellen, sodass dies nur ein erster Blick auf die Übertaktungsfähigkeit ist.

Da Haswell auf die gewohnten 22-nm-Fertigungsstrukturen von Ivy Bridge zurückgreift und auch an der Pipeline keine großen Veränderungen vorgenommen worden sind, ist zu vermuten, dass sich die Übertaktungsfähigkeit in einem identischen Rahmen bewegt. Allerdings gibt es zwei größere Veränderungen bei Haswell, die das Ergebnis beeinflussen können. Zum einen ist der integrierte Spannungswandler (iVR) neu, zum anderen hat Intel die Möglichkeit bei Haswell implementiert, die Base Clock Rate mit Teilern vom Rest des Systems zu entkoppeln und somit eine Übertaktung über diese zu ermöglichen.

Auch bei anderen Punkten gab es kleine Veränderungen - so kann jetzt der Multiplikator auf insgesamt x80 angehoben werden:

Vergleich Overclocking-Features
CPU-ModellSandy BridgeSandy Bridge EIvy BridgeHaswell
Real-Time Core Ratio Change nein teilweise (non-turbo) ja, inkl. Turbo ja, inkl. Turbo
PL1, PL2, Tau & ICC Max. Overrides ja ja ja ja
SVID Extra Voltage ja ja ja ja
maximaler Prozessor-Multiplikator 57 unlimitiert 63 80
Real-Time-Veränderung
des GPU-Multiplikators
nein n.a. ja ja
DDR3-Ratio bis 2133 MHz bis 2400 MHz bis 2667 MHz bis 3200 MHz
DDR-Stufen 266 MHz 266 MHz 200 / 266 MHz 200 / 266 MHz
DDR Timings einstellbar ja ja ja ja
XMP-Version 1.2 1.2 oder 1.3 1.3 1.3
Base Clock Overclocking limitiert, +7% CPU Strap mit 1,25/1,67 Multiplikator, +7% limitiert, +7% CPU Strap mit 1,25/1,67 Multiplikator

Die Base Clock Rate ließ sich bei aktuellen Ivy-Bridge-Modellen und auch bei Sandy Bridge nur um ein paar Prozent übertakten. Der Grund ist relativ offensichtlich: Bereiche wie der Ring Bus, System Agent, der L2-Cache und die I/O-Controller hängen ebenso an der Base Clock Rate wie der Prozessortakt. Erhöht man die Base Clock Rate wird das System instabil, sobald einer dieser Bereiche instabil wird. Da Intel nur bei Sandy-Bridge-E-Prozessoren Teiler zur Verfügung gestellt hat (sogennanter CPU Base Clock Strap), war es nur bei diesem Prozessor möglich, die Base Clock Rate zu erhöhen.

Stellt man nun mit Haswell einen Takt von z.B. 125 MHz ein, lassen sich mit dem entsprechenden Teiler (1,25 oder 5/4) alle anderen Bereiche weiterhin mit 100 MHz betreiben. Die Stabilität wird somit nicht mehr stark limitiert. Allerdings sind auch hier der Flexibilität Grenzen gesetzt, denn bei einer höheren Base Clock Rate steigt natürlich auch der Referenztakt des System Agents wieder an. Bei 135 MHz sind es beispielsweise 108 MHz - und das könnte bereits wieder zu Problemen führen.

cpuz 125MHz-strap
Die Möglichkeit mit dem Bus Speed zu übertakten schafft die Möglichkeit, auch einen Nicht-K-Prozessor um z.B. 25% zu übertakten.

Unseren Core i7-4770K haben wir natürlich auch übertaktet und hierbei das Intel-Mainboard verwendet. Hier stehen zwar nicht allzu viele Optionen zur Verfügung, aber gerade bei den Spannungen ist zu erwarten, dass hier alle Boards in Zukunft dieselben Spannungsveränderungen mitbringen werden. Durch die Integration des Voltage Regulators ist es für die Mainboardhersteller einfacher, alle Optionen zu bieten. Demnach ist zu erwarten, dass auch ein 08/15-Mainboard in Zukunft recht gute Einstellungsmöglichkeiten für die Spannungen mitbringen wird. Ein High-End-Overclocking-Board mit allen Rafinessen wird somit von den Einstellungsmöglichkeiten fast dasselbe liefern wie ein 08/15-Board. Allerdings ist es natürlich möglich, dass das Overclocking-Board deutlich besser übertaktet, da der Hersteller das Board bezüglich des Strombedarfs und der Signallaufzeiten auf höhere Taktraten ausgelegt hat.

haswell voltage
Mit dem neuen Voltage Regulator auf der CPU wird es für den Hersteller einfacher, aber die Mainboardausstattungen werden einheitlicher. 

Exemplarisch haben wir die einstellbaren Spannungen aus zwei Boards aufgelistet, zum einen vom aus MSI Z87-GD65...

  • Eingangsspannung Vccin: 1,75V Spezifikation, bis zu 2,3 V dynamisch, statisch bis 3,04 V, in 0,01-V-Schritten
  • Vcore: 0,8 bis 2,1 V in 0,005-V-Schritten, Offset +/- 0,990 V in 0,005-V-Schritten
  • VGT: 0,8 bis 2,1 V in 0,005-V-Schritten, Offset +/- 0,990 V in 0,005-V-Schritten
  • VRing: 0,8 bis 2,1 V in 0,005-V-Schritten, Offset +/- 0,990 V in 0,005-V-Schritten
  • VIO: für digitale und analoge I/O jeweils Offset +/- 0,990 V in 0,005-V-Schritten
  • VSA: Offset +/- 0,990 V in 0,005-V-Schritten

... und zum anderen vom ASUS Z87 Deluxe:

  • Vcore: 0,001 V bis 1,920 V in 0,001-Schritten, Offset +/- 0,001 V bis 0,999 V in ebenfalls 0,001-Schritten.
  • VIO: analog und digital jeweils Offset +/-: 0,001 V bis 0,999 V in 0,001-Schritten, Fixed: 1,000000V bis 2,200000 V in 0,001325-Schritten
  • VSA: 0,850000 V bis 2,200000 V in 0,003125-Intervallen, Offset +/- 0,001 V bis 0,999 V in 0,001-Schritten
  • VGT: 0,800000 V bis 1,920000 V in 0,001000-Schritten (Fixed)

Mit dem Intel-Board kamen wir bei unserem Sample auf folgende Frequenzen:

cpuz 45ocscpuz 47ocs 

Links: Mit 4,5 GHz lief unser System ohne Probleme stabil. Dafür war noch nicht einmal
eine Spannungserhöhung notwendig.
Rechts: Mit Spannungserhöhung auf ca. 1,275 V gelang uns auch ein Betrieb mit 4,7 GHz.

cpuz undervoltings 

Undervolting: Auch mit knapp 0,9 V Spannung arbeitet der Core i7-4770K
noch zuverlässig mit spezifizierten Taktraten.

Wie bei Ivy Bridge darf man also bei den Haswell-Prozessoren auf einen Übertaktungserfolg zwischen 4,5 und 4,9 GHz hoffen, mit etwas Glück und guter Kühlung erreicht man eventuell auch die 5-GHz-Grenze. Sehr viel mehr Leistung wird man aus den Modellen aber mit konventioneller Kühlung nicht kitzeln können.

Da Ivy Bridge bereits bei Übertaktung recht warm wurde, haben wir auch für Haswell den Test gemacht und für verschiedene Spannungswerte die Leistungsaufnahme protokolliert. Daran kann man gut erkennen, wieviel zusätzliche Abwärme durch Übertaktung des Prozessors entsteht:

bmonboard3

Im Vergleich zu anderen CPUs verläuft diese Kurve noch recht linear. Trotzdem ist zu sehen, dass bei erhöhter Spannung die Leistungsaufnahme durchaus heftiger ansteigt. Der Verbrauch steigt normalerweise quadratisch zur angelegten Spannung. Wenn Intel für einen im Turbo-Betrieb arbeitenden Haswell-Prozessor eine TDP von 84 Watt vorsieht und wir im Lastbetrieb des Gesamtsystems knapp 115 Watt messen, dann kann man hochrechnen, welche Abwärme der Prozessor bei knapp 190 Watt generiert - die zusätzlichen 75 Watt gehen nämlich vollständig auf seine Kappe.

Interessant sind auch einige andere Optionen, die wir in den ersten Mainboards vorfanden, die uns zur Verfügung gestellt wurden. Ein MSI Z87-GD65 lieferte beispielsweise Einstellungsmöglichkeiten für die Taktfrequenzen des Ring Busses mit denselben Multiplikatoren wie für die CPU. Es gibt hier also beim Übertakten einiges zu entdecken. Eine Overclocking-Guide für Haswell werden wir nach der Computex in die Wege leiten.