Intel Skylake-X overklokworkshop: 10 cores op 5 GHz!

77 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. De basis: baseclock en multipliers
  3. 3. Meer spanning
  4. 4. Aan de slag
  5. 5. Stap 1: Instellen en klaarstomen
  6. 6. Stap 2: Verhogen van multiplier en voltage
  7. 7. Stap 3: De maximale CPU-overklok
  8. 8. Uitdagend én frustrerend
  9. 9. De oplossing voor het hitteprobleem: delidding
  10. 10. Conclusie
  11. 11. Besproken producten
  12. 12. Reacties

Inleiding

Deze zomer introduceerde Intel eerder dan gepland zijn nieuwe high-end platform, dat tot dat moment door het leven ging onder de codenaam Skylake-X. Op het moment van schrijven waren er CPU’s met vier, zes, acht en tien cores beschikbaar voor de nieuwe socket 2066. Inmiddels zijn zelfs uitvoeringen met 18 cores te krijgen. Alle CPU’s in deze serie hebben een unlocked multiplier en dat schreeuwt om overklokken, maar hoe gaat dat in zijn werk bij deze gloednieuwe processors?

Wie onze site in de gaten houdt, weet dat er vlak na de introductie van Intels X299-platform een hoop te doen was over de overklokmogelijkheden van de nieuwe processors. Om te beginnen is het zo dat de Skylake-X-processors fors hoger geklokt zijn dan hun voorgangers. Het topmodel van de vorige Broadwell-E-generatie, de Core i7 6950X, had een basissnelheid van 3 GHz en een maximale turbosnelheid van 3,5 GHz. De op het moment van schrijven gepositioneerde CPU uit de nieuwe serie was de Core i9 7900X. Deze processor werkt standaard op 3,3 GHz en heeft een turbo naar maximaal 4,5 GHz. Als we kijken naar de turbosnelheid, dan is dat dus een volle gigahertz verschil, oftewel bijna 30 procent.

Intel Core i9 7900X Boxed

Dat uit zich ook in het stroomverbruik van de nieuwe chips. Hoewel de TDP volgens de officiële specificaties gelijk is gebleven op 140 watt, blijkt uit onze eigen tests dat de Core i9 ruim 60 watt meer uit het stopcontact trekt dan zijn voorganger. Alle tussenliggende componenten worden daardoor zwaarder belast: de stroomvoorziening op het moederbord, de voeding in je systeem en natuurlijk de koeler van je processor. Die moet immers meer warmte zien af te voeren.

Vlak na de launch ontstond ophef omdat de stroomvoorziening van veel X299-moederborden niet berekend bleek op een nog hoger stroomverbruik door overklokken. Waar alleen de processor standaard al zo’n 200 watt verbruikt onder volle belasting, zagen we de meter tijdens de overkloktests verderop in dit artikel regelmatig boven de 300 watt uitkomen. Een dergelijk stroomverbruik is eigenlijk ongekend in de processorwereld. Omdat de stroomvoorziening doorgaans zit ingeklemd tussen de grote socket en twee keer vier geheugensloten, is er weinig ruimte voor grote koelblokken. Bovendien kiezen sommige fabrikanten liever voor een strakker ogend koelblok uit één stuk dan voor aanzienlijk effectievere, maar visueel minder aantrekkelijke koelvinnen.


De stroomvoorziening van sommige goedkope X299-borden bleek niet berekend op overklokken.

Het toegenomen stroomverbruik is slechts één van de nieuwe uitdagingen bij het overklokken van Skylake-X. Met ingang van de Ivy Bridge-generatie gebruikt Intel voor zijn mainstreamprocessors het zogenaamde thermal interface material, kortweg TIM, om de die (de daadwerkelijke chip) en de heatspreader (het klepje op de processor) met elkaar te verbinden. Voorheen gebruikte men hiervoor soldeer. Deze nieuwe koelpasta-achtige substantie die Intel toepast, geleidt de warmte minder goed en zorgt dus voor hogere temperaturen. Voor overklokkers is het dan ook geen goed nieuws dat Intel vanaf Skylake-X dit TIM ook gebruikt voor zijn high-end processors. Welke invloed dat daadwerkelijk heeft op de overklokresultaten, zullen we straks zien.

De basis: baseclock en multipliers

Voor wie al ervaring heeft met overklokken, zal het fijn zijn om te weten dat er in de basis weinig is veranderd. Al jaren passen we voornamelijk twee variabelen aan om de processor op een hogere snelheid te laten werken. De basissnelheid, vaak baseclock of bClk genoemd, is standaard 100 MHz en hangt samen met vrijwel alle onderdelen van de processor. Omdat het niet wenselijk of nuttig is om bepaalde gekoppelde onderdelen veel sneller dan standaard te laten lopen, bijvoorbeeld de controller van de PCI-Express-lanes, kun je die meestal maar een paar MHz hoger instellen. Dat valt sinds een aantal generaties te omzeilen via zogenaamde bClk-straps, maar in de praktijk heb je die vrijwel nooit nodig.

Overklokken via de multiplier is namelijk vele malen eenvoudiger en vaak net zo doeltreffend. Vrijwel alle uiteindelijke snelheden van onderdelen binnen de processor hangen zoals gezegd samen met de baseclock, en dat gebeurt via een multiplier. Voor de Core i9 7900X op 3,3 GHz is die standaard 33: 100 MHz x 33 is immers 3300 MHz. Bij alle Skylake-X-processors kun je die vrij instellen. Een simpele aanpassing naar CPU-multiplier 40 zorgt er dus dat de processor op 4 GHz draait. Het voordeel van deze methode is dat je alle andere multipliers ongemoeid kunt laten, waarmee zaken als de PCIe-controller en de geheugensnelheid dus niet worden beïnvloed.


Het overklokken van de processor doen we via de BIOS.

Meer spanning

Standaard werkt een Skylake-X-processor op zo’n 1,2 volt, wat voldoende is om stabiel te werken op de standaardsnelheid. Het is verstandig om bij het overklokken de aan de processor geleverde spanning niet door het moederbord te laten bepalen, maar zelf een vast voltage in te stellen. Het wil namelijk nog wel eens voorkomen dat moederborden voor hogere kloksnelheden standaard te hoge voltages kiezen.

In de BIOS herken je het benodigde voltage aan de term ‘Vcore’ of ‘CPU voltage’. Voor 24/7-gebruik met een lucht- of waterkoeler zouden wij 1,3 volt als maximum aanhouden, met de belangrijke kanttekening dat een lagere spanning voor lagere temperaturen zorgt. Zoals we zullen zien is juist de temperatuur vaak de beperkende factor bij dit platform. Hoe veel spanning je nodig hebt om stabiel op een bepaalde kloksnelheid te kunnen werken, hangt een beetje af van hoe ‘goed gelukt’ je processor is.

Daarnaast kom je ongetwijfeld het VRIN-voltage tegen, door sommige moederbordfabrikanten VCCIN genoemd. Dit is de spanning die door het moederbord aan de processor wordt geleverd – pas op een later moment wordt die weer omgezet in de Vcore en andere interne voltages. Standaard is deze spanning rond de 1,8 volt. Voor de meeste overkloks voldoet dat; de oude vuistregel is dat deze spanning 0,4 à 0,5 volt hoger moet liggen dan de Vcore.


Het instellen van het voltage gaat meestal via het voltage- of FIVR-scherm.

De meeste andere voltages die je in de BIOS kunt instellen zijn alleen voor ervaren overklokkers relevant, die absoluut het maximale uit een processor willen persen. Doorgaans wordt er dan gebruikgemaakt van extremere koelmethodes, zoals phase-change of vloeibare stikstof (LN2). In deze workshop laten we die buiten beschouwing.

Bij Broadwell-E had het vaak ook nog zin om de uncore-snelheid te verhogen. Dat was de klokfrequentie van de ringbus, maar die is bij Skylake-X vervangen door een mesh-systeem voor communicatie tussen de cores. In de BIOS kom je die tegen als de mesh-multiplier. Uit de eerste ervaringen blijkt dat het verhogen hiervan kleine maar meetbare prestatieverbeteringen met zich meebrengt, maar tevens snel tot instabiliteit leidt.

Voor ervaren overklokkers die weten hoe het overklokken er bij Broadwell-E aan toeging, is het handig om te weten wat er precies nieuw is. De AVX-512-instructies die Skylake-X ondersteunt hebben nu een eigen (lagere) multiplier gekregen, net als AVX-2 reeds had. Deze instructies vergen immers meer van de CPU dan normale workloads. Verder is er een extra voltage voor een deel van de geheugencontroller toegevoegd (trim) en is het mogelijk om de PCIe-controller over te klokken door middel van een eigen multiplier. Eigenlijk zijn al deze settings alleen voor (semi-)professionele overklokkers van belang die snelheidsrecords willen vestigen – voor een praktische, continue overklok doen ze minder ter zake.


De ASRock X299 Taichi is door de 13-fasige stroomvoorziening zeer geschikt voor overklokken.

Aan de slag

Dat was de theorie, nu de praktijk! Voor dit artikel gingen we uiteraard aan de slag met het topmodel van de serie op moment van schrijven, namelijk de 10-core Core i9 7900X. Als koeler kozen we een van de beste all-in-one waterkoelers, namelijk de NZXT Kraken X61.

We zochten het X299-moederbord met de uitgebreidste stroomvoorziening dat op het moment van schrijven aanwezig was in ons lab en kwamen uit bij de ASRock X299 Taichi. De 13-fasige stroomvoorziening van dit moederbord is zeer geschikt voor overklokken. Omdat we een waterkoeler gebruiken is er geen airflow vanuit de CPU-koeler naar de VRM’s, dus monteerden we voor de zekerheid een extra 120mm-fan.


Het is belangrijk om een moederbord met een flinke stroomvoorziening te kiezen.

De overige gebruikte componenten waren 32 GB G.Skill TridentZ-geheugen op 3200 MHz met CL16, uiteraard in quad-channel configuratie, een MSI GeForce GTX 1050 Ti Gaming X en een Seasonic Prime Titanium 650W-voeding. In de praktijk ga je een systeem als dit waarschijnlijk ook met een high-end videokaart combineren, in welk geval we op z’n minst een 750W-voeding zouden aanraden.

Stap 1: Instellen en klaarstomen

Na het monteren van het systeem is het tijd om de BIOS in te gaan. Het eerste wat we doen is het instellen van het geheugen op de XMP-snelheid. Standaard draait DDR4-geheugen immers op 2133 MHz, maar het instellen van de correcte snelheden en timings van je eigen geheugenkit is zo geregeld. Bij de geheugeninstellingen is daar simpelweg een knop voor.

Om er niet door gehinderd te worden tijdens onze overklokpogingen, schakelden we energiebesparende functies als Intel EIST en SpeedStep uit. Voor continu gebruik wil je die waarschijnlijk liever aan laten staan, want het uitschakelen hiervan houdt in dat de processor altijd op de ingestelde kloksnelheid zal lopen. In de praktijk heb je de maximale snelheid alleen nodig als je systeem wordt belast. Dan is het voor zowel je energierekening als je oren prettig als de kloksnelheid wordt beperkt wanneer maximale prestaties niet nodig zijn, bijvoorbeeld als je over het web zit te surfen of een Word-documentje tikt.


Het geheugen stellen we in op de XMP-snelheid.

Stap 2: Verhogen van multiplier en voltage

Vrijwel elke processor zal op een kloksnelheid van 4,5 GHz kunnen draaien. Dat is immers slechts een kwestie van de maximale turbosnelheid voor één core op alle cores toepassen. Hiervoor zet je de CPU-multiplier van alle cores op 45. Een Vcore van 1,25 volt en een VRIN/VCCIN van 1,8 volt zijn prima waarden om mee te beginnen. Mocht je deze overklok overigens al genoeg vinden, dan zal hij vaak al stabiel zijn met een lagere Vcore. Na het instellen druk je F10 voor het opslaan en reboot je naar Windows.

Je merkt meestal niet direct of je systeem volledig stabiel is. Daarom is het verstandig om telkens een stresstest te draaien, bijvoorbeeld de test in de Intel XTU-software of Cinebench 15. Beide programma’s zijn gratis te downloaden. Als je uiteindelijk klaar bent met overklokken, verdient het overigens de aanbeveling om met XTU of Prime95 een langdurige stresstest te doen om de stabiliteit van je overklok te verifiëren. Met de gratis software HWMonitor kun je de temperaturen van je CPU in de gaten houden en tevens de kloksnelheid per core in de gaten houden, om eventuele throttling te detecteren.

De temperatuur van de processor wordt grotendeels bepaald door de spanning op de cores. Je zult dan ook merken dat het verhogen van de Vcore forse impact heeft op de temperaturen. Met een Vcore van 1,25 volt meten wij al temperaturen van rond de 90 graden onder volle belasting. Hoger dan dat is voor 24/7-gebruik niet aan te raden. Je hoeft echter niet bang te zijn dat je je CPU onherstelbaar beschadigt: als hij echt te warm wordt, klokt de processor terug of, in het ergste geval, sluit het systeem zichzelf af.


4,8 GHz was de hoogste snelheid waarop we stabiel benchmarks konden draaien.


Het bereiken van de 5 GHz is mogelijk, maar de koeling bleek onvoldoende.

Stap 3: De maximale CPU-overklok

Met alle cores op 4,5 GHz komen we al uit op een mooie prestatiewinst van bijna 12% ten opzichte van de standaardsnelheid. Met de spanning op 1,3 volt blijkt onze processor echter ook in staat om op hogere multipliers te werken. 4,8 GHz is de hoogste stabiele snelheid waarbij 1,3 volt genoeg is om het systeem stabiel te houden. Onze score in Cinebench 15 is hierbij 2573 punten, bijna 18 procent hoger dan standaard.

Dat smaakt natuurlijk naar meer, dus probeerden we de Vcore verder te verhogen naar 1,35 volt. Helaas leidde dit tot temperaturen boven de 100 graden. Dit was voor het moederbord voldoende reden om de snelheid van de cores te verlagen bij belasting en leverde derhalve geen betere prestaties meer op.

Toch startte het systeem startte wel stabiel op, zelfs op een kloksnelheid van 5 GHz. Tijdens een stresstest traden er echter rekenfouten op of liep het systeem vast. We hebben de indruk dat het mogelijk moet zijn om deze klokfrequentie stabiel te krijgen, maar zelfs een van de beste waterkoelers bleek onvoldoende om de hitte die bij deze snelheid wordt geproduceerd af te voeren.

Kloksnelheid Standaard 4,5 GHz 4,6 GHz 4,7 GHz 4,8 GHz Stock vs.
4,8 GHz
Cinebench 15 MT 2189 2445 2482 2524 2573 17,5%
3DMark Fire Strike physics 24.087 26.213 - - 28.440 18,1%
x264 - pass 1 140,9 fps 162,3 fps - - 171,0 fps 21,4%
x264 - pass 2 43,3 fps 49,2 fps - - 50,8 fps 17,3%

Uitdagend én frustrerend

Zoals je uit onze ervaringen hebt kunnen opmaken, is bij het overklokken van Skylake-X vaak niet de processor zelf, maar de koeling de beperkende factor. Qua temperaturen lijkt een overklok van 4,5 GHz ons het maximaal haalbare voor dagelijks gebruik. De meeste processors zullen nog wel een tandje harder gaan, maar het is simpelweg ondoenlijk om dat met standaard oplossingen gekoeld te krijgen.

Dat valt enerzijds te wijten aan het zeer forse stroomverbruik, maar anderzijds helpt de ‘prut’ die Intel tussen de processor en de heatspreader smeert, oftewel het al besproken thermal interface material, ook niet mee. Het viel op dat de koeler zelf niet bijzonder warm wordt, terwijl de temperatuur bij belasting vrijwel direct naar het maximum schiet. Dit duidt erop dat de processor zijn warmte slecht kwijt kan en dat is zonder twijfel in elk geval ten dele te wijten aan de beperkte warmteoverdracht waartoe het TIM in staat is.


Het continu monitoren van de temperaturen is cruciaal tijdens het overklokken van Skylake-X.

Uiteindelijk maakt dat het overklokken van de Skylake-X-processors uitdagend, want je moet constant de temperatuur in de gaten houden en proberen om de kloksnelheid zo ver mogelijk op te voeren zonder het voltage te moeten verhogen. Meer spanning betekent immers hogere temperaturen. Tegelijkertijd is het ook frustrerend om constant gehinderd te worden door temperaturen die op het randje zijn. De onderliggende hardware wordt gelimiteerd door de koelpasta die Intel gebruikt en het overklokken van Skylake-X zou leuker zijn geweest zonder die beperking. In het achterhoofd weet je immers dat die niet nodig was geweest.

De oplossing voor het hitteprobleem: delidding

Al sinds de eerste generatie mainstreamprocessors waarbij Intel het soldeer verving door thermal interface material, zoeken overklokkers naar oplossingen om de temperaturen omlaag te krijgen. De populairste oplossing hiervoor is delidding, oftewel het ontdoen van de processor van zijn heatspreader. Onder dit kapje wordt dan nieuwe koelpasta aangebracht, bijvoorbeeld zeer goed geleidende pasta op basis van vloeibaar metaal.

Vanzelfsprekend vervalt bij delidding de garantie op je processor en het is ook niet zonder risico. Met mesjes en bankschroeven moet je bij Skylake-X absoluut niet meer aan de gang gaan, want ook om de die heen zitten enkele vitale componenten. Die beschadig je dan eenvoudig.

De Duitse overklokker Roman Hartung, beter bekend onder zijn alias Der8auer, brengt een nieuwe versie van zijn deliddingtool op de markt die geschikt is voor Skylake-X. Op het moment van schrijven was die nog niet verkrijgbaar, maar hij gaat zo’n 90 euro kosten en moet het eenvoudig maken om een Skylake-X-CPU te delidden. In een demonstratievideo haalt de overklokker tussen de 70 en 80 graden met een Core i9 7900X op 1,32 volt en met waterkoeling. Bij een soortgelijke spanning zagen wij al temperaturen van 100 graden of meer. Het kan dus stukken beter, maar helaas maakt Intel dat onmogelijk zonder je garantie te verliezen.


Een delidded Intel Core i7 7900X-processor. Bron foto: GamersNexus.

Conclusie

AMD mag dan wel steeds meer te zeggen hebben in de processormarkt, maar voor overklokkers is Intel voorlopig een aantrekkelijker platform. Waar veel Ryzens voorbij de 4 GHz simpelweg niet meer opstarten, lukt het met de Intel Core i9 7900X vrij makkelijk om in de buurt van de 5 GHz te komen.

Intel Core i9 7900X Boxed

De hoge temperaturen zijn echter een flink obstakel voor wie het maximale uit zijn CPU wil halen. Voor het behalen van écht hoge kloksnelheden en het gebruiken van hoge voltages is delidding haast onvermijdelijk. Niet iedereen zal er echter op zitten te wachten om de garantie op zijn fonkelnieuwe, 1000 euro kostende processor te verliezen.

Ten slotte moeten we ook concluderen dat het overklokken van Skylake-X een kostbare hobby is. Naast de vereiste dure processor – voor modellen met meer cores vraagt Intel zelfs tot 2000 euro – stelt ook het platform de nodige eisen. Een leuk X299-moederbord kost zo’n 350 euro, voor een krachtige lucht- of waterkoeler mag je al snel 100 euro rekenen en quad-channel geheugen is ook allesbehalve gratis. Echter, als je dat geld eenmaal hebt uitgegeven en ook het delidding-proces hebt doorlopen, heb je wel een héle dikke CPU die topprestaties levert.


Besproken product

Vergelijk  

Product

Prijs

Intel Core i9 7900X Boxed

Intel Core i9 7900X Boxed

  • Socket 2066
  • 3.3 GHz
  • 10 cores
  • 140 W
  • 14 nm

619,00 €

3 winkels
0
*