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Core i7-7700K scoperchiato e overcloccato con acqua e azoto

Test del Core i7-7700K Kaby Lake alla ricerca della massima frequenza in overclock con diverse tensioni e sostituendo la pasta termica. Ci siamo dilettati anche l'azoto liquido.

Core i7-7700K scoperchiato e overcloccato con acqua e azoto

Core i7-7700K, cambiare pasta termica conviene?

I Core i7 Sandy Bridge conquistarono gli appassionati per la facilità con la quale riuscivano a raggiungere i 5 GHz con raffreddamento ad aria. Purtroppo, quelle CPU non erano adatte all'overclock estremo e non si è mai riusciti a superare 6 GHz con raffreddamento ad azoto liquido.

kaby lake
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La successiva generazione Ivy Bridge ci portò dei Core i7 meno inclini a rispondere all'overclock tradizionale, ma molto più disposti a salire di frequenza con raffreddamento estremo. Furono diversi gli overclocker che riuscirono a superare i 7 GHz.

La sesta generazione di Core i7 (Skylake) ha dimostrato la migliore efficienza mai vista su una CPU. Ora pensate a un processore che si overclocca come Sandy Bridge con raffreddamento ad aria, come Ivy Bridge con l'aiuto dell'azoto liquido e con l'efficienza di Skylake. Potrebbe essere Kaby Lake? Cercheremo di scoprirlo. 

Per questo piccolo esperimento usiamo una delle ultime motherboard arrivate nel laboratorio di Tom's Hardware Francia, la MSI Z270X XPower Gaming Titanium.

Ovviamente non tutti i processori salgono di frequenza allo stesso modo, quindi abbiamo provato più sample. Come vedrete la differenza tra i vari processori può essere davvero elevata.

Core i7-7700K scoperchiato

Il "delidding" è il processo di rimozione dell'heatspreder (IHS) posto sopra il processore. La funzione primaria dell'IHS è proteggere il die sottostante, ma aggiungere questo "scudo" tra il fragile chip in silicio e il dissipatore riduce il trasferimento del calore.

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La procedura

Una volta il delidding era considerata una misura estrema riservata agli appassionati più preparati, ma oggi è una pratica più popolare. La svolta si è avuta con le CPU Haswell, troppo calde per salire di frequenza, in buona parte a xausa del materiale termico posto tra il die e l'IHS.

Non è più necessario dotarsi di strumenti particolari: per scoperchiare un chip Ivy Bridge, Haswell, Devil's Canyon, Skylake o Kaby Lake avete bisogno di uno strumento come Delid Die Mate, un po' di buona pasta termica e colla - opzionale, meglio il silicone.

Collocate semplicemente il processore sul lato corretto dello strumento, orientatelo adeguatamente, chiudete lo strumento e girate la vite fino a quando la colla nera si rompe quando le due parti si separano.

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Una volta rimosso l'IHS vediamo la pasta termica di Intel, che sembra abbastanza asciutta. Per informazioni su come pulire il chip (CPU o GPU), leggete "Come migliorare il raffreddamento della scheda video". Abbiamo applicato la pasta termica (Thermal Grizzly Conductonaut) al die e all'IHS. Poi abbiamo aggiunto un po' di colla e sigillato nuovamente il processore.

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Pasta termica

Se il calore non viene rimosso dal die rapidamente quando viene generato, la temperatura interna della CPU sale. Al fine di minimizzare l'effetto dell'IHS sul trasferimento termico, è necessaria una buona pasta, che riempie le imperfezioni della superficie ed elimina le piccole sacche di aria che potrebbero ridurre le prestazioni dell'heatsink. Non tutte le paste termiche sono uguali.

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Nell'immagine sopra la pasta termica sulla sinistra limita il trasferimento del calore, portando ad avere un processore più caldo. Il composto di maggiore qualità nel mezzo si comporta meglio, aiutando la nostra ipotetica CPU a raggiungere una temperatura massima di 70 °C. Infine, a destra, il die è stato coperto con un prodotto premium che mantiene il processore a un massimo di 60 °C. In questo articolo confrontiamo tre paste termiche differenti:

  • La pasta termica originale (Intel)
  • Thermal Grizzly Kryonaut
  • Thermal Grizzly Conductonaut

La pasta termica di Intel non sempre si comporta bene, ma è applicata su tutti i processori Kaby Lake. Ci serve come riferimento per le nostre misure.

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La Kryonaut si comporta bene grazie a una conducibilità di 12,5 W/mK. È abbastanza costosa (un tubetto da 11 grammi si compra a 26 euro).

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La soluzione migliore di questo articolo è la Conductonaut, una pasta metallica conduttiva. La sua conducibilità termica è indicata in 73 W/mK. Ma non si può usare sotto lo zero, o su superfici in alluminio. Il suo prezzo è alto come le sue prestazioni.

Risultati

I risultati possono variare da un processore all'altro, ma la differenza tra le soluzioni di raffreddamento rimane simile. Per mostrare la disparità tra le differenti paste abbiamo usato Prime95 e una vCore di 1,3 volt.

Intel 82.5°C
Kryonaut 76.5°C
Conductonaut 60.5°C

Come da attese la pasta termica di Intel insegue. La Kryonaut riesce a migliorare la temperatura, ma solo di 6°C. La Conductonaut riduce la temperatura di -22°C.

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Le schermate mostrano che passando alle nuove paste termiche le temperature tra i core sono più omogenee. Per i test successivi continueremo a mantenere la pasta termica di Intel come riferimento, e la Conductonaut come sostituta.

Core i7-7700K Core i7-7700K
   

Core i7-7700K, OC con raffreddamento a liquido

Cinebench R15

Per capire cosa possono fare i processori a disposizione li abbiamo testati subito con Cinebench R15. Questo benchmark non usa AVX (Advanced Vector Extensions), quindi ci dà un'idea delle frequenze e delle temperature che un giocatore potrebbe vedere.

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Non abbiamo svolto test con la pasta Intel e una tensione superiore a 1,3 V per impedire che le CPU si danneggiassero.

Dato che potevamo, abbiamo fatto un po' di esperimenti:

  • Per chi vuole praticare l'undervolt alla ricerca di minori temperature e consumi, abbiamo portato la tensione a 1,1 volt. Siamo riusciti a lavorare stabilmente a 4580 MHz prima del delidding e 4610 MHz dopo.
  • Aumentando la tensione a 1,2 volt la frequenza massima stabile ottenuta è salita di oltre 250 MHz, con un netto miglioramento. A questa tensione la differenza tra le paste termiche sale leggermente - da 30 MHz a 1,1 V a 40 MHz a 1,2 V.
  • A 1,3 V abbiamo raggiunto 5 GHz. La differenza dovuta alla pasta termica ora tocca 50 MHz.
  • Con 1,4 V abbiamo passato il test a 5190 MHz. Non male!
  • Alla ricerca dei 5,2 GHz ci siamo concessi un paio di prove a 1,45 V. Il risultato è stato di 5232 MHz.
  • Perché non puntare 5,3 GHz? Ahinoi, 1,5V non ci hanno permesso di andare oltre 5262 MHz.
test 02

Osservando le temperature vediamo che il delidding ha un effetto ridotto alla tensione base di Intel. Il processore non diventa particolarmente caldo, e il passaggio alla Conductonaut restituisce un miglioramento di soli 8°C; di conseguenza l'aumento di frequenza dovrebbe essere anch'esso ridotto.

Quando la tensione viene aumentata, il processore diventa più caldo e la pasta termica gioca un ruolo più importante, riducendo la temperatura di 10°C a 1,2V e 14°C a 1,3V. Usare la Conductonaut a 1,5V ci consente di avere la medesima temperatura della pasta termica Intel a 1,3V!

È chiaro che il delidding diventa interessante solo se avete intenzione di applicare una tensione maggiore di 1,25 V.

test 03
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Consiglio: quando si va a caccia di maggiori frequenze il rischio è di incontrare un vecchio amico, la schermata blu. Fa parte del gioco. La schermata blu, per quanto fastidiosa, potrebbe aiutare a fare luce su cosa ha causato il crash. Gli errori di gestione della memoria parlano chiaro. In altri casi vedrete spesso codici 101 e 124 che, di solito, si possono spiegare così:

STOP: 0x00000101 -> Vcore insufficiente o avete impostato una frequenza troppo alta.

STOP: 0x00000124 -> Vcache insufficiente, o avete sparato troppo in alto per quanto riguarda la frequenza della cache.

Per i più curiosi, ecco i dati che abbiamo raccolto:

  TIM Freq. (MHz) Vcore (V) Punteggio (pt) Temp. (°C)
Stock Intel 4500 1.22 983 55.75
Conductonaut 4500 1.22 984 46
1.1V Intel 4580 1.1 1010 48.25
Conductonaut 4610 1.1 1018 40.5
1.2V Intel 4840 1.2 1060 56.75
Conductonaut 4880 1.2 1070 46.75
1.3V Intel 5010 1.3 1099 67.5
Conductonaut 5060 1.3 1108 53.5
1.4V Conductonaut 5190 1.4 1132 60.5
1.45V Conductonaut 5232 1.45 1138 63.75
1.5V Conductonaut 5262 1.5 1147 67.5
test 04

Prima di passare a un test più esigente, diamo uno sguardo più da vicino all'evoluzione della frequenza come una funzione della tensione di core. In altre parole esaminiamo lo scaling.

Il passaggio da 1,1 a 1,2 V porta un importante aumento di frequenza (+270 MHz). È una progressione molto buona: piccola tensione, tanti MHz. Il processore scala bene. Con ulteriori 0,1 V il miglioramento scende a 180 MHz. Potete vedere un calo del rendimento, anche se il risultato è comunque buono.

Spingerci a 1,4V, però, porta a soli 130 MHz in più. Il processore apprezza sempre meno la maggiore vCore. Se questo fosse un computer usato quotidianamente ci saremmo fermati. In effetti stiamo aumentando la temperatura e la tensione ottenendo un aumento di velocità meno impressionante.

Passando a 1,45 V vediamo che la curva si livella ancora di più. Un salto di 40 MHz per 0,05 V è l'equivalente di 80 MHz per 0,1 V. Saltare a 1,5 V ci dà appena 30 MHz. L'unico modo di mantenere lo scaling di frequenza è raffreddare la CPU in modo più efficace.

Stabilità AVX

Per stressare maggiormente il processore abbiamo avviato un test di stabilità che usa un'elevata quantità di istruzioni AVX. Questo non è uno scenario che dovreste incontrare nell'uso quotidiano.

test 05

Prima di spiegare il grafico, è importante chiarire che la cache del processore a 1,1V non è stabile a 4,2 GHz. Siamo così passati a 4 GHz per svolgere correttamente questo test.

Con la vCore ridotta a 1,1 V il processore è rimasto stabile a 4400 MHz prima del delidding, e 4450 MHz con l'aiuto della Conductonaut. Salire a 1,2V porta ulteriori 250 MHz su ambedue le configurazioni. A 1,3 V la differenza (50 MHz) con il delidding non è cambiata.

Ci aspettavamo che il gap aumentasse, ma con test molto lunghi e incrementi relativamente ampi, i passi successivi non erano stabili. Inoltre, abbiamo notato un'importante differenza: a 1,1 V il successivo aumento di frequenza non sarebbe durato un secondo, mentre a 1,3 V era quasi stabile. Purtroppo, quanto a stabilità, la situazione non è buona o brutta. Vi diciamo solo che a 1,3 V i 4950 MHz sono alla portata.

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Se siete un fan di OCCT (OverClock Checking Tool), Lynx o Prime 95, amerete il delidding. I carichi AVX generano molto calore, quindi migliorare il raffreddamento è più importante. Partendo da una differenza di 13 °C a 1,1 V, raggiungiamo una differenza di 22 °C a 1,3 V. Anziché arrivare ai limiti a 79 °C, avrete 57,5°C.

  TIM Freq. (MHz) Vcore (V) Temp. (°C)
Stock Intel 4500 1.24 66.5
Conductonaut 4500 1.24 50
1.1V Intel 4400 1.1 55.75
Conductonaut 4450 1.1 42.25
1.2V Intel 4650 1.2 67.5
Conductonaut 4700 1.2 50
1.3V Intel 4850 1.3 79
Conductonaut 4900 1.3 57.5

Prendete nota dei valori di default della vostra motherboard e non lasciate le impostazioni in automatico. Se non avete bisogno dell'overclock, almeno abbassate la vCore.

Consiglio: se volete overcloccare il vostro processore a frequenze più alte, ma non volete perdere la stabilità nei carichi AVX, usate la funzione AVX Offset nel BIOS. La vostra CPU non sarà stabile nei test AVX sopra 4,8 GHz, ma rimarrà stabile fino a 5 GHz negli altri. Avete tre opzioni:

  • Impostate il chip per operare a 4,8 GHz. Si dimostrerà stabile in ogni test, anche se perderete 200 MHz che invece vedrete in carichi non AVX, come i giochi.
  • Impostate il vostro processore a 5 GHz, ma se avviate un carico ottimizzato AVX, un crash è imminente.
  • Impostate il vostro processore a 5 GHz con un AVX Offset di -2 nel BIOS. Per i software non AVX il processore funziona fino a 5 GHz, mentre con un carico AVX la frequenza scende in automatico a 4,8 GHz.

Memoria

L'overclock della memoria su piattaforme Kaby Lake e Skylake è esattamente lo stesso, quindi non ci perderemo in chiacchiere. Se volete vedere cosa è possibile ottenere, guardate l'immagine sotto.

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Anche se abbiamo dovuto impostare 1,93V (anziché 1,2V) ai moduli di memoria DDR4, non abbiamo ravvisato problemi. Abbiamo visto 4060 MT/s a 12-12-12-28 120 e 1T!

Ricordate che non tutte le motherboard e i kit di memoria sono fatti per gestire così tanta tensione o facilitare timing ridotti. Per il nostro esperimento usiamo moduli DRAM con chip di memoria Samsung (revisione B-die) e una MSI Z270 XPower Titanium.

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Core i7-7700K Core i7-7700K
   

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