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降压超频原理

在大众(包括十月之前的我)看来,CPU 是人类工业树的巅峰代表,是毫厘不失精密无瑕的代名词。但其实这种印象并不完全对,误差就像幽灵,客观存在于所有工业制品,故而 CPU 其实也有“体质”之分。具体体现在,CPU 每个特定频率都对应一个最低工作电压,而江湖人称大雕的 U 能以更低电压稳住某一特定频率,反之,需要加电压才能稳住的江湖人称大雷。(想问为啥电压低就雕的,请左转回高中重学功率公式和热量公式)

而 CPU 主频与最低工作电压呈正相关,所以想超频最简单做法就是加电压——狠狠地电它。但电得太狠也不行 CPU 会缩缸,说白了就是同样的电压本来能维持某个频率但后来维持不了了。因此江湖上又发展出另外一种超频流派,谓“降压超频”。原理是 CPU 出厂时为每个主频标定的最低工作电压一般相对保守,从而保证一整个批次的产品都能正常工作。但 U 与 U 之间的体质大不相同,你手里这颗 U 的真实体质比出厂标定电压到底好多少,就是“降压超频派”探索的部分。探索方法很简单,一点一点降,降一次烤个机,烤过继续降,烤蓝屏打住,完毕。

降压之美好

最直观的好处也是你外婆一定会喜欢的好处——功率骤降。以我手里这颗小雕的 12600KF 为例,我降压降到蓝屏边缘时,烤机功耗降了整整 30% 多,从 136 瓦直接降到 94 瓦。在外婆的眼里这是简单的 40 瓦吗,这是关了 20 盏电灯泡啊!

随之而来的就是温度表现的大幅度优化,之前我这个机箱温度相关的 debuff 直接叠满了:第一机箱小风扇也小,第二本颜值党上的还是 110mm 迷你风冷,第三洁癖如我直接整了张 150 目尼龙滤网做防尘网堵住了所有开口,所以默认状态的 CPU 在 AIDA64 烤机时直接十秒破 100 度警戒线。现在呢,烤半个钟也才 78 度,日常使用风扇更是转都不咋转,相当健康的温度表现了。

趁机展示一下,13 升小机箱但是内含猛兽,上到了 126KF + 4070S,漂亮不?

PS:这些表现的优化甚至全都是天上掉的免费馅饼,虽然电压降低了,但峰值性能一点没降甚至还略有升高,而低电压对 CPU 更是最好的保养,所以何乐而不为呢?

待调节参数概念解析

AC Load-Line

本节内容,是给那些担心被我这种看似野鸡实则也不怎么专业的科普文误导,一不小心把硬件搞坏的朋友们准备的。但是如果你真的认真看完本节内容我可以这么说,你在降压超频这块的专业性可以超越 90% 以上的草根玩家。在这一节,我会摒弃所有无关降压的概念,并且能用白话就尽量不使用专业名词。

首先介绍 AC Load-Line,简称 ACLL。展开来讲,CPU 在出厂时会内置一张主频-电压对应表,并在工作时对着这张表问主板要电压。但是呢,CPU 跟主板之间的通路又不是超导,中间的电阻会使 CPU 实际拿到的电压偏低。为了解决这个问题,厂商就定义了一个虚拟电阻,让 CPU 在要电压时根据该虚拟阻值预先升压,给电阻留一点克扣余地。这个虚拟阻值即为 ACLL,其默认值一般为1.1mΩ。

具体如何计算升压幅度,举个简单的例子就能说明:假如 CPU 问主板要电压时对着表一看,表上写应该要 1.1v,但是考虑到还得上下打点路上电阻,这电阻还是个按人头(电流)收费的黑心玩意,所以 CPU 会根据任务负载首先猜一下需要多少电流,任务复杂就猜多点反之就猜少点,假设猜个 100A 吧。那么最终开口要的时候,向主板发送的电压请求就是 1100mV+100A×1.1mΩ(ACLL)=1210mV——这个公式很重要,待会要用到。

CPU Load-Line Calibration

其次介绍 CPU Load-Line Calibration(或者叫 VRM Load-Line),我知道你嫌名字不好记,所以接下来就用它的江湖诨名“防掉压”代替。

首先设想一个简单的 CPU 空载到负载转变的电压变化:当负载来临的一瞬间,CPU 电流突增,这时主板的供电响应会有一个不可避免的延迟,所以在功率暂时没上去前,电流突增了那么电压就会相应地掉一下子。负载消失的一瞬间也是同样的道理,表现在电压示波器上即会产生两个如图所示的尖刺:

这个尖刺的大小会因主板供电响应速度而异,比如一个垃圾主板就可能由于供电响应慢从而使这个面条尖刺它又宽又深——你也不想当你的指尖在鼠标和键盘上飞舞时,一个接一个电磁脉冲炸弹在 CPU 身上跳舞吧?

当然了如果 CPU 电压表出厂给的比较松,比如空载 1.2v 跑 5ghz,加负载那一瞬间掉压到 1.1v 也照跑不误,那这个掉压现象倒是对 CPU 的生命健康没啥影响。但是问题来了,既然在 1.1v 掉了一下也没啥事,那你干嘛非得升回去接着跑 1.2v?奶奶看见都得吐槽一句:“败家玩意!负载电流要是 200A 你这不是多开十把电灯泡?”为了优化这个问题,CPU 厂商就引入了防掉压负载线——你这电压在负载时干脆别升回去了!既能干掉掉压又能干掉灯泡,搂草打兔子把事给办利索咯!

具体实现也很简单,再次使用虚拟电阻大法就行,比如空载时 1.2v,忽然来了个 100A 负载电流,那么负载电压就是 1200mV-100A×1.1mΩ(VRMLL)=1090mV,完事。从原理不难看出,这个虚拟电阻给的稍微少点没啥坏处,无非就是负载压降没完全覆盖掉压幅度,省的电少一点。但如果给的过分少了,少到跟直接删除主板防掉压功能一样,那么这时候向上的尖刺(过冲/Overshoot)会非常不好看,过冲超过限制可是会真实影响 CPU 的生命健康的。给的过分多了也不太行,这样会在覆盖掉压幅度之外额外引入不必要的压降——从一方面看,在负载转换时引入大幅度的掉压可能并不是一个很健康的行为,从另一方面看,你猜为啥 14900KF 会成为一代缩缸王?

所以还是要找到那个合适的度,正所谓中庸之道,损有余而补不足 blablabla

顺便给一张华硕主板各防掉压等级对应虚拟阻值(其他品牌主板请自行查询)

其他概念

最后还有两个概念需要介绍,不过相当简单,就当前面鬼画符的餐后甜点了。首先是 VRM offset,我一句话就能介绍完毕:供电系统直接对实际 CPU 电压曲线进行整体偏移。具体而言,输入 -0.05 就是全频率降 0.05v,输入 +0.05 就是全频率加 0.05v,输入+0.5 就是 CPU 原地升天——开个玩笑,我只是提醒你小数点后千万别少写个 0。

然后是 CEP(Current Excursion Protection),这个功能一般只有高贵的 Z 板才能关闭,B 板跟 H 板都默认开启且无法更改(除非你是耐电王 14 代,牢英网开一面了 B 板也能关)。这玩意的具体原理也没必要讲,你只需要知道开关的结果。简单来说,降压不像加压,对 CPU 按理说没有物理损坏,就算降过头了也只会蓝屏。不过我们降压的目的就是测出蓝屏的边界,然后进 BIOS 回升适当的电压,最终达成低功耗稳定使用的目的。但 CEP 这个王八蛋怎么形容呢,就像高中时你小心翼翼地想牵暗恋女孩的手,还没等你搞清楚对方的心意,可恶的秃头教导主任忽然闪亮登场。然后这比老头就开始叨叨——你这降压太狠了啊,对身体不好啊,我为了你们好,罚你 CPU 性能减半跑分腰斩,什么时候改正了什么时候解除惩罚。

Savvy?

所以按理说,B 板和 H 板降不了多少电压就会触发 CEP,然后性能降低一大截,逼你老老实实回升电压或者加钱买 Z 板。但是,我也说了是按理说,凡事总有例外,比如我直到牵到手甚至都亲到嘴亲蓝屏了教导主任都没出现,我也不知道为啥反正很神奇一件事。哦对了忘了介绍了,我的暗恋对象名叫华硕 TUF B660M-PLUS WIFI D4——他妈的早知道教导主任不管这事我就上 146KF 买回来降压用了,一千一的盒装 146 啊!我就是想着 B 板调不了而且散热顶不住才忍痛没买的,要不然猛兽还能再猛一点。

最后用个简单的例子做个知识串烧烤一烤吧:假设 CPU 电压表某处为 1050mv,实际负载电流=100A,ACLL=0.2mΩ,防掉压=0.9mΩ,offset=-50mv,则:

空载时实际电压请求=1050mV+0.2mΩ×0A=1050mV
空载时实际电压=1050mV-0.9mΩ×0A-50mv=1000mV
负载时实际电压请求=1050mV+0.2mΩ×100A=1070mV
负载时实际电压=1070mV-0.9mΩ×100A-50mv=930mV

个人实操设置

前面提到过了,对于像我这种平台是 12600KF 搭配华硕重炮手 B660M 的特定情况,可以做到不触发 CEP 的情况下极限降压,其他情况可以自行尝试,反正只要跑分大幅度下降 30% 以上基本就是触发 CEP 了,那就老老实实回退一点电压日常用吧。

至于我的操作经验,最开始时,我的准则是只尝试调整我能理解的简单参数,也就是只调整 VRM offset 进行整体偏移。这个参数也确实部分达到了我的目的,但问题在于当我调整幅度超过 -0.1v 时,会出现烤机过测不蓝屏,但是空载时动不动就死机,或者更形象地讲:睡死。

经过查询,遇到这个问题的人还挺多的,原因也很明确:一般在低频时厂商给 CPU 电压表定的参数会比较紧,没留多少降压空间,但高频时却相对宽松。也就是说,offset 调整幅度只能取决于低频部分,不能充分利用高频部分降压空间。

解决方法很简单,买 Z 板然后一个一个倍频单独调,开个玩笑,我们不跟 Z 板一块玩,我们只需遵循以下调节顺序:优先调节 ACLL,其次调节可能影响尖刺的防掉压曲线,最后再进行 offset 微调。那么为什么调节 ACLL 跟防掉压能解决睡死问题?前面在讲解 ACLL 时我曾写过一个简单的公式,曰 1100mV+100A×1.1mΩ(ACLL)=1210mV,观察一下这个公式答案基本就呼之欲出了——低负载时电流很低,ACLL 预升压幅度就很小,随着负载电流增加,ACLL 升压幅度才逐渐变大。哎,打瞌睡给人递枕头,真是个优美的机制,让我简单降低 ACLL 就能完美达成低频小幅降压,高频大幅降压的目的。具体实施操作上,可以从默认的 1.1 开始,按 0.1 或者 0.2 的幅度一点一点往下降。然后就像前面说过的,降一次进系统烤个机,烤过继续降,烤蓝屏打住,完毕。这时聪明的你可能就要问了,假如 ACLL 一直降到 0 你还没蓝屏咋办,那就定型 ACLL 为 0 别再管了,这时候华硕的 BIOS 会默认将其值置为 0.01,不关咱事,咱们继续调点别的嘛我的朋友。

首先,下面我讲的防掉压大小仅代表电阻值大小,请暂时忘掉各主板厂商乱七八糟的命名,另外调节防掉压来达成降压目的的原理跟 ACLL 一样,这方面不再赘述。华硕默认防掉压等级是 3,这个值我个人认为对于中低端主板是不用动的,理由是我查询到某知名油管大佬拿示波器测了个技嘉 Z790 小雕(Gigabyte Z790 Aorus Elite AX voltage regulation and LLC testing),我们知道这种略高端的板子对应的向下尖刺(下冲/Undershoot)会相对较小,因此防掉压可以适当小一点,视频里最终就测出来了一个处于中间的防掉压等级。这么对比后粗略的估算一下,我这中端板就中间偏大一点算了——各家主板防掉压等级对应的精确电阻值很难查到,也很少有人拿着示波器一款一款评测并给你测出来最合适的等级,因此只能粗略估计,只要别无脑调成最小或者最大这种极端值就行。

经过上一段的详细说明,你会发现,如果想追求 CPU 的向下尖刺与负载压降刚好抵消,那么一般是根据主板级别由高到低,在防掉压的中小到中大范围内选一个合适级别即可。只有当 ACLL 调到 0 之后,还想继续追求类似 ACLL 根据电流大小进行降压的特征,才需要继续调节防掉压。再次说明,极端的防掉压值比如最高和最低都是不建议使用的。从这点很容易看出,高端板子相对还是有更多选择空间的,上可调小求对等,下可调大图降压,我这破 B660 就华硕默认的 3 级算了。

最后小调一下 offset 怡怡情就好,再次强调,千万别小数点后少写一个 0 或者把正负号给写反了。然后,老规矩,哈欠,按 0.01 的幅度一点点降。完毕。

烤机过测指南

这个环节比较简单,主要就是验证下你的降压设置是否可以保证电脑正常运行。现在的江湖惯用测试是用 Windows 应用商店里的 Cinebench R23 连续跑十几二十分钟分钟不蓝屏,或者去官网寻找老版本 R15(坊间传闻对 CPU 稳定性要求更高)并搭配 R15 自动循环脚本进行至少 30 轮稳定性测试。不过当你在摸参数过程中,每次都上完整测试就太浪费时间了。一般每调整一次运行三轮 R15/R23 或者五分钟 AIDA64 FPU 就行,只要不蓝屏不死机就接着调,直到摸到临界点再回退进行完整测试即可。

另外对于现在惯用的完整测试流程,据我广泛查询各大论坛的经验来看,其实并不是很能保障万无一失的稳定性。R23 过测后游戏照样死机这种情况我刷到过好几例,所以很多人才尝试用 R15 代替。我自己寻思呢,不管是 R15 还是 R23 不都是一条线上的蚂蚱?不太可能有质变的区别。所以我最终选择了在旧时代大名鼎鼎的 Prime 95,江湖诨名 P95 来进行完整测试。

顺便吐槽,旧时代装机佬们真是人才辈出。甜甜圈开发者本来开发这玩意是用来检验毛发渲染各环节运行情况的,结果开发者 GPU 优化水平不行搞得显卡负载很大,然后大伙就发现诶这玩意好像可以用来烤显卡啊,慢慢地就变成烤机软件的形状了。P95 也差不多,人家本来是个分布式梅森素数求解软件,大伙又双叕发现这玩意对 CPU 的压力简直无与伦比,然后现在也变成半个烤机软件了——开发者会在首次启动弹个窗问你是来搞数学的还是来搞机的,也算保留了一点本心哈哈哈。

如果你对 CPU 的稳定性要求很高,比如偶尔需要通宵达旦编译个什么奇怪东西之类的;又或者你对自己的散热规格很有信心,想来挑战一下爱机极限,那么 P95 就是你的不二之选。打开软件会出现如下界面,勾选第二项与超线程然后开始测试即可。默认测试脚本会全核心分别求解 112k-288k 完整循环并周而复始,注意一般至少得一个多小时才能完成一次循环。只要完成一次循环后,没蓝屏也没掉核心(掉核心时 P95 会显示某颗核心的窗口红了),那么你就可以停止测试然后放一万颗心跟你家 CPU 好好过日子去。

以我当时烤 12600KF 的经验来看,P95 第二项会比 FPU 的功耗还要高上 20% ~ 30%,并且对电压的要求比 R15 之流至少高上 0.04v——我当时 ACLL 0.01 防掉压 4 级 offset -0.07v 过测 R15 五十轮加 FPU 半个钟,但是 P95 刚运行一分钟就死机了……最后把 offset 回退到 -0.03v 才完整过测。效果也是显著的,用了几个月 CPU 一次链子都没掉。

全文完