Underclock e undervolt

Do outro lado da moeda, temos também a possibilidade de fazer um underclock, reduzindo propositalmente a frequência do processador, com o objetivo de fazê-lo consumir menos energia e dissipar menos calor. Imagine o caso de um pequeno servidor de arquivos, que fica o tempo todo ligado apenas lendo arquivos no HD e despachando-os através da rede, ou um usuário que usa o micro apenas para navegar e rodar tarefas leves, por exemplo.

Além da economia na conta de luz, você tem a possibilidade de ter um PC mais silencioso, já que pode desativar alguns dos exaustores extras e usar um cooler com ajuste de rotação sobre o processador (que com o clock mais baixo vai ficar quase todo o tempo girando na rotação mínima).

Em outras palavras, o overclock permite aumentar a potência do processador em situações onde isso é importante, enquanto o underclock permite reduzir o consumo elétrico e o ruído em casos em que a potência do processador é mais do que suficiente. Hoje em dia, mesmo processadores de baixo custo, como o Pentium E e o Celeron baseado no Conroe-L, oferecem um desempenho várias vezes superior ao de processadores de poucos anos atrás, o que torna o underclock especialmente útil em HTPCs, pequenos servidores e PCs destinados a tarefas leves.

Fazer underclock é mais simples do que fazer overclock, já que você precisa apenas reduzir o multiplicador do processador (lembre-se, ele é travado apenas para mais), até atingir a frequência que considera suficiente. Um Athlon 64 3000+ (10x 200 MHz), por exemplo, pode ter a frequência reduzida para até 800 MHz, usando multiplicador de 4x:

Outra opção é reduzir a frequência do FSB, o que resulta em uma redução no consumo da placa-mãe e outros componentes. Em um antigo Sempron 2800+, soquete A (que trabalha a 2.0 GHz) por exemplo, você pode reduzir o consumo do processador em quase 30 watts reduzindo a frequência do FSB de 166 para 100 MHz no setup, o que faz com que o processador passe a trabalhar a 1.2 GHz.

Você pode também obter uma redução adicional reduzindo a tensão do processador (undervolting), até encontrar o valor mínimo com o qual ele se mantém estável. Assim como no caso do clock, a tensão é definida pelos fabricantes sempre com uma boa margem de segurança, para que o processador funcione estavelmente em qualquer situação. Embora a percentagem varie, você quase sempre consegue uma redução de 8 ou 10% na tensão, sem sacrificar a estabilidade.

Além de fazer com que os transistores usem proporcionalmente menos energia para mudarem de estado, reduzir a tensão faz com que o gate leakage se torne exponencialmente mais baixo, resultando em uma redução adicional no consumo. Enquanto uma redução de 10% na frequência reduz o consumo do processador em também 10%, uma redução de 10% na tensão acaba resultando em uma redução de 15 a 20% no consumo.

Em outras palavras, o ganho ao reduzir a tensão é exponencial e não linear. Combinando o underclock e o undervolt você pode muito bem reduzir o consumo do processador em 50% ou até mais. Quanto maior é a frequência de operação do processador, maior é o ganho ao reduzir a tensão.

Outra possibilidade é se limitar a reduzir a tensão, mantendo o processador operando na frequência default. Nesse caso, você pode obter uma redução considerável no consumo, mantendo exatamente o mesmo nível de desempenho. Isso permite economizar um bom valor em eletricidade durante a vida útil do PC e de quebra tornar seu PC mais “verde”.

Tanto a AMD quanto a Intel utilizam o undervolting para produzir processadores de baixo consumo (como os processadores da série E da AMD e os Core 2 quad da série S da Intel), onde os núcleos capazes de trabalhar estavelmente com tensões muito mais baixas que o normal são selecionados durante a produção e vendidos pelo dobro do preço. Fazendo undervolt você pode obter uma redução de consumo similar, sem precisar colocar a mão no bolso.

Diferente do overclock, tanto o underclock quando o undervolt não prejudicam a vida útil do equipamento. Pelo contrário, o uso de tensões mais baixas reduzem o desgaste e permitem que seu processador se mantenha saudável por mais tempo.

O único problema é a questão da estabilidade, já que uma redução excessiva pode fazer o processador travar ou apresentar erros diversos quando for mais exigido, por isso é importante checar a estabilidade a cada passo, usando o Prime95 (http://www.mersenne.org/freesoft/) ou algum benchmark que enfatize o processamento. Se o PC for capaz de rodar o teste por 60 minutos ou mais sem travar, você pode assumir que ele vai se manter estável em situações reais de uso.

Assim como ao fazer overclock, o importante é ter paciência, começando com uma redução pequena e ir aumentando até que o teste passe a travar ou exibir erros. Uma boa forma de ganhar tempo é usar o EasyTune (no caso das placas da Gigabyte), AI Booster (placas da Asus) ou outro utilitário que permita ajustar a tensão e o multiplicador através do desktop, sem precisar reiniciar a cada passo:

No caso dos processadores AMD (Phenom em diante) você pode utilizar também o PhenomMsrTweaker (http://phenommsrtweake.sourceforge.net/) e o AMD Overdrive (http://game.amd.com/us-en/drivers_overdrive.aspx). Ele funciona apenas em placas com chipsets AMD (série 780 em diante), o que deixa de fora muitos usuários de placas antigas; mas, por outro lado, a amarração ao chipset faz com que ele seja capaz de oferecer várias opções que não estão disponíveis em outros utilitários, superando em alguns casos até mesmo as opções disponíveis no Setup:

Ele possui também um “Novice Mode” que condensa as opções em um único slider, servindo como uma espécie de overclock for dummies. Ele não permite atingir resultados tão bons quanto um cuidadoso ajuste manual, mas tem também seu papel, servindo como um ponto de partida para o público menos técnico.

Em geral, você vai encontrar um conjunto completo de opções apenas nos utilitários fornecidos pelos fabricantes, o que é esperado, já que não existe uma interface padronizada para acesso às funções que possa ser usada por aplicativos de terceiros. Existem outras opções, como o RMClock (um freeware disponível no http://cpu.rightmark.org) e o CrystalCPUID (http://crystalmark.info/software/CrystalCPUID/), mas eles oferecem um conjunto limitado de opções de frequências de clock e tensões.

Infelizmente essa é ainda uma classe de aplicativos restrita ao Windows, por isso é útil mantê-lo em dual-boot durante a fase de testes.

Variação das tensões e o EIST/Cool’n’Quiet: Diferente de processadores antigos, onde a frequência e a tensão de operação eram fixas, quase todos os processadores atuais (com exceção apenas de modelos antigos do Celeron) utilizam sistemas de gerenciamento de energia, que reduzem a frequência de operação (através da redução do multiplicador) e a tensão de operação quando o processador está ocioso, oferecendo uma redução automática no consumo.

Monitorando o processador usando o CPU-Z (http://www.cpuid.com/cpuz.php), você perceberá que os campos “Core Voltage” e “Core Speed” variam de acordo com a carga de processamento:

Um Pentium E E2180 (de 65 nanômetros), por exemplo, opera 1.2 GHz (6x 200 MHz) quando ocioso e chaveia automaticamente para os 2.0 GHz (10x 200 MHz) nominais quando em full-load, com a tensão sendo ajustada automaticamente.

Os valores são gravados no microcode do processador e detectados automaticamente pela placa-mãe, mas podem variar de acordo com o modelo ou mesmo de acordo com a série do processador. É por isso que a Intel não divulga mais a tensão “correta” de operação dos processadores, se limitando a divulgar uma faixa de tensões dentro da qual os processadores podem trabalhar que, no caso do Pentium E2180, vai de 0.85V a 1.5V.

Como pode imaginar, a tensão necessária varia de acordo com a frequência de operação. O processador pode trabalhar com 0.85V quando operando a uma frequência baixa, mas pode precisar de 1.35V para trabalhar estável em overclock, por exemplo. O 1.5V por sua vez é a tensão máxima que pode ser usada com segurança.

Você notará também que a tensão mostrada pelo CPU-Z fica sempre um pouco abaixo da tensão especificada no setup. A tensão nominal do E2180, por exemplo, é de 1.325V, mas segundo o CPU-Z ela não ultrapassa os 1.280V em full-load. Reduzindo a tensão para 1.100V, ela fica em apenas 1.052V, novamente cerca de 0.050V a menos.

Isso ocorre devido aovoltage dropping, que faz com que a tensão do processador fique ligeiramente abaixo da tensão nominal quando o processador está em full-load, uma medida de segurança para evitar que a tensão ultrapasse o valor máximo durante os picos de tensão que ocorrem quando a carga de processamento é removida. Em outra palavras, a tensão especificada no setup é apenas um limite e não um valor constante. A vantagem de monitorar a tensão usando o CPU-Z é que ele mostra a tensão real, com base nas informações fornecidas pelo circuito de monitoramento incluído no processador.

O E2180 do teste, por exemplo, se manteve perfeitamente estável a 2.0 GHz com apenas 1.043V, o que representa uma redução de 13 watts no consumo em full-load (quase 40% do consumo total) sem precisar sacrificar o desempenho:

Ao limitar o multiplicador em 6x (fazendo com que o processador opera a 1.2GHz o tempo todo, sem chavear para os 2.0 GHz), foi possível reduzir a tensão para 0.912V, o que resultou em uma redução de mais 12 watts, que essencialmente converteram o E2180 em um processador ULV, que consome pouco mais de 9 watts em full-load:

Para efeito de comparação, isso é apenas 5 watts a mais do que um Atom 230 (que tem um TDP de 4 watts), o que o torna perfeito para uso em um HTPC ou em um pequeno servidor que ficará o tempo todo ligado sem fazer muita coisa.

No caso dos processadores da AMD, é usado o Cool’n’Quiet, que reduz a frequência de operação do processador para 800 MHz ou 1.0 GHz de acordo com o modelo, reduzindo também a tensão.

No caso dos Phenom II X4, por exemplo, a tensão default é de 1.37V, mas você pode quase sempre reduzi-la para até 1.17V sem afetar a estabilidade. Pode parecer pouco, mas em um Phenom II X4 955 (3.2 GHz), ela resulta em uma redução de 35 watts no consumo do processador em full-load.

Quando o processador está ocioso, o Cool’n’Quiet entra em ação, reduzindo a frequência para 800 MHz e a tensão para apenas 1.02V (0.960V no CPU-Z devido ao Vdrop), o que é uma redução bastante agressiva, já feita com o objetivo de reduzir ao máximo o consumo do processador. A tensão em idle é independente da tensão especificada no setup, por isso não existe muito o que fazer para obter ganhos adicionais.

Outra observação importante é que a temperatura afeta a condutividade dos materiais, fazendo com que o processador precise de uma tensão mais alta para se manter estável a 60° do que precisaria a 36°, por exemplo.

Graças a isso, você terá mais facilidade em fazer undervolt se conseguir manter o processador trabalhando a temperaturas mais baixas. Colocar um exaustor adicional na saída traseira do gabinete e túnel de vento sobre o processador, ou simplesmente deixar o gabinete aberto, podem melhorar bastante os resultados.

Assim como no caso do overclock, o undervolt não é uma ciência exata. Cada processador é diferente, por isso os resultados dependem sempre de uma certa dose de sorte. Você pode ter resultados ligeiramente diferentes mesmo ao usar dois processadores da mesma série.

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