Overclocking

El overclocking es una técnica para exigir determinados dispositivos a funcionar con una mayor frecuencia que la nominal, es decir, la que el fabricante sugiere como recomendada.

Los dispositivos a los que se suele someter bajo esta práctica son el procesador, la memoria RAM, el chipset del motherboard y la tarjeta gráfica.
Este incremento que el usuario puede aprovechar se debe al proceso nativo de elaboración de hardware: el fabricante escoge cada chip (ya sea CPU, GPU o RAM) de la línea de producción y lo somete a pruebas exhaustivas; de acuerdo al nivel de tolerancia de cada chip a las pruebas se los nomina con valores seguros (más un margen adicional) en sus respectivos encapsulados, se los embala y se los vuelca al mercado. Los usuarios entusiastas son quienes suelen hacer funcionar esos chips a una frecuencia superior a la que el fabricante sugiere e indica en su embalaje, aprovechando el margen que se dejó por cuestiones de seguridad. Algunos procesadores brindan un margen mayor, otros un margen menor, mientras ciertos modelos específicos son famosos entre los usuarios avanzados por ofrecer excelentes posibilidades de soportar sobre-exigencias con total soltura; incluso algunas ediciones especiales de alta gama se ofrecen destacando su alta tolerancia al overclocking ya que cuentan con el multiplicador desbloqueado (asunto que veremos más adelante en este artículo).
La obvia ventaja que brinda el overclocking es la de hacer funcionar más rápido a los dispositivos a los que se le aplique, pudiendo hacer correr un procesador de -por ejemplo- 2.6 GHz (que ronda los 200 dólares) en 3.0 GHz (que cuesta alrededor de 300 dólares). Un puñado menor de usuarios que practican esta técnica a sus fierros señala como ventaja adicional el desafío en sí que encierra el overclocking, ya que no es tarea fácil.
Como toda práctica que brinde ventajas, trae aparejadas ciertas desventajas, y en este caso radican en que los componentes generan más calor y consumen más energía. Para atenuar el calor extra se implementan mejores (y más costosos) sistemas de refrigeración que los llamados stock (así es como se denominan los ventiladores o disipadores de calor que vienen de fábrica). Vale destacar que usar sistemas de ventilación o refrigeración más potentes también implica, a su vez, un mayor consumo de energía. Otra desventaja es la de la inestabilidad que se puede generar en el sistema si no se controla el alcance del overclocking, debido -justamente- a la mayor temperatura generada. En ocasiones, al realizar esta práctica, es necesario incrementar la tensión entregada a los dispositivos, técnica conocida como overvolting, para que puedan lograr el forzado incremento de velocidad. Esto acarrea otro punto desfavorable a largo plazo: la electromigración, producida al incrementar la tensión de trabajo.
La electromigración consta de un proceso de fatiga progresiva de los materiales que conforman los circuitos integrados a causa del constante flujo de electrones que circulan por sus microscópicas pistas. En realidad, la electromigración no es provocada por realizar overclocking, pero el proceso se acelera considerablemente al aumentar la tensión de trabajo (y por lo tanto, poder incrementar más la frecuencia) de los chips: VCore, VRAM, etc.
El tamaño de las pistas dentro de un chip es de unos diez nanómetros y, si se sobrepasa la tensión nominal de trabajo del integrado, el flujo de electrones por unidad de tiempo será mayor, desplazando así los átomos de una determinada parte del conductor hacia otra: una región se ensanchará y otra se hará más angosta, lo cual puede ocasionar cortes o cortocircuitos entre las pistas.

CÓMO SE REALIZA
Los métodos son numerosos, pero básicamente se empieza por dos parámetros principales: el bus y el multiplicador del bus. A grandes rasgos, el bus es el canal de datos que comunica la memoria RAM con el procesador. El procesador se basa en la frecuencia de operación de este bus para trabajar, pero aumentada gracias a un multiplicador. Por ejemplo, en un procesador actual, la frecuencia del bus puede ser de 133 MHz y el multiplicador tener un valor de 21 (133 MHz x 21 = 2793 MHz o 2.8 GHz).
Dependiendo del procesador, se permite cambiar el valor del multiplicador en determinados casos puntuales (según su marca y modelo). Sin embargo, el valor del bus se puede cambiar prácticamente en la totalidad de los casos (dependiendo del fabricante del motherboard o del equipo). Ambos valores pueden ser modificados desde el Setup del BIOS, al igual que otros parámetros relacionados, como relaciones (ratios) entre el bus principal y subsistemas como el PCI o el PCI-Express, la tensión de trabajo del procesador y de la memoria RAM, entre otros.
Para aquellos usuarios que no se animen a modificar parámetros del Setup del BIOS existen aplicaciones para Windows capaces de modificar -al menos- los valores principales relacionados al overclocking, como el multiplicador, los valores de tensión del procesador y memoria RAM, frecuencia del bus PCI-Express, etc. Estos programas son el OverDrive de AMD y el ClockGen: desde sus interfaces gráficas con deslizadores o perillas, resulta mucho más fácil ajustar los parámetros que desde el frío y tosco BIOS Setup.
Sea como sea que modifiquemos valores para incrementar la frecuencia de trabajo del procesador, la memoria RAM y/o la tarjeta gráfica; debemos llevarlo a cabo en forma gradual realizando pruebas de estabilidad en cada escalón. Por ejemplo, si deseamos llevar un procesador de 2.0 GHz a su máximo posible, no es conveniente configurarlo para que trabaje a 2.7 GHz, porque lo más probable es que el sistema se torne inestable debido al incremento de temperatura generado (aparecerán pantallas azules en Windows, se congelará la pantalla, el equipo sufrirá reinicios repentinos o el sistema operativo no podrá iniciar). El primer paso para este ejemplo, sería establecer la frecuencia del procesador en 2.1 GHz, iniciar el equipo normalmente y someterlo a las pruebas, si durante un tiempo de testeo razonable no se presentan problemas, podremos pasar a la siguiente fase (2.2 GHz) y así sucesivamente.

LAS PRUEBAS
Las pruebas de medición de tolerancia al overclocking constan de dos escenarios: idle y full load. Idle significa, en inglés, reposo (es decir, cuando el equipo no está siendo utilizado intensamente), mientras que full load, significa carga máxima (digamos, múltiples aplicaciones ejecutándose simultáneamente en forma exhaustiva: compresores de archivos, codificadores de audio/video, videojuegos 3D, etc.).
Una alternativa práctica a estas pruebas intensivas, es la de utilizar alguna aplicación de hard stressing en vez de hacer correr varias aplicaciones al mismo tiempo.
El hard stressing es una técnica usada con múltiples finalidades, que se encarga de forzar los componentes críticos de una computadora a trabajar a su máximo potencial llevándolos a su límite. Los objetivos de esta práctica son variados, pero principalmente podemos mencionar el de comprobar la estabilidad de un sistema. Esto nos indicará hasta dónde nuestro hardware tolerará el overclocking realizado.
Los programas para realizar hard stressing se encargan de forzar uno o más de los siguientes componentes principales: CPU, FPU, cache, RAM; discos duros; dependiendo del software que usemos para llevarlo a cabo.
Por ejemplo, la pequeña aplicación gratuita CPU Burn In (pesa tan sólo 20 KB) se encarga únicamente de forzar el procesador a trabajar al máximo y le podemos indicar cuánto tiempo deseamos que corra el testeo (permite establecer valores desde un minuto hasta varias horas). El archiconocido Super Pi se encarga de calcular hasta millones de decimales del número pi, exprimiendo el CPU, el FPU, la memoria caché y la memoria RAM. También es gratuito. Por último, podemos mencionar el Everest Ultimate Edition (de Lavalys) que cuenta con la mayor variedad de tests (CPU, FPU, RAM, cache y discos) y la más detallada información durante el proceso: temperaturas, velocidades de los coolers, valores de tensión entregados por la fuente, gráficos dinámicos, etc. Pero también tiene una desventaja: su licencia cuesta 40 dólares.
Everest cuenta con la ventaja de mostrar en un mismo panel gráficos en tiempo real indicando la carga del CPU y lo más importante: la temperatura (entre otros), en cada instante de la prueba; pero no es una aplicación gratuita. Sin embargo, podemos usar dos aplicaciones al mismo tiempo: una para estresar el hardware y otra para monitorear las temperaturas. Si éstas alcanzan valores demasiado elevados, debemos volver al escalón anterior, reduciendo un poco la frecuencia de trabajo (los fabricantes de hardware publican en sus sitios web las tablas con los valores seguros de temperatura). Por otra parte, si notamos cuelgues o pantallas azules, también será necesario volver un paso atrás y mantenerse en valores de frecuencia seguros.

UNDERCLOCKING
También conocida como downclocking, viene a ser lo contrario al overclocking. Es una técnica utilizada para reducir la frecuencia de trabajo de los componentes críticos (procesador, memoria RAM, placa VGA, chipset) para ganar estabilidad, vida útil, generar menos ruido y consumir menos energía. Los procesadores actuales tienen potencia de sobra para correr aplicaciones básicas como un procesador de textos o una planilla de cálculo. Al disminuir la frecuencia de trabajo del procesador, también es posible reducir la tensión suministrada sin perder estabilidad. De esta forma, se logra aún más reducción en el consumo de energía y en la inevitable generación de calor. Al igual que el overclocking, el underclocking es una práctica opcional y queda a criterio de cada usuario.

REFRIGERACIÓN EXTRA
Tal como ya se mencionó, la principal desventaja de practicar overclocking -y que acarrea más desventajas- es el incremento de la temperatura en los componentes implicados.
Los más extremos usuarios que practican overclocking no se conforman con la refrigeración que proporciona la combinación de disipador y cooler que viene de fábrica, por eso optan por reemplazar el ventilador convencional por otros modelos de gran tamaño que brindan mayor potencia, o bien, acuden a soluciones de refrigeración menos convencionales, como los heat-pipes, el watercooling o gases de enfriamiento.
Existen soluciones de todo tipo para enfriar el procesador, la memoria RAM, la tarjeta gráfica, el chipset del motherboard y hasta los discos duros.

Refrigeración pasiva
Es el primer método utilizado en computadoras para enfriar sus componentes críticos, implementado a finales de la década de los ochenta, más precisamente en procesadores 486. Se trata de utilizar piezas de algún metal que sea buen conductor del calor (aluminio, cobre) pegado a la fuente de calor (chipset, memoria, CPU) para absorber el calor e intercambiarlo con el aire circundante. El material más utilizado es el aluminio, por su relativa eficiencia y su escaso costo. Más eficiente aún que el aluminio es el cobre, pero su costo es más elevado. De todas formas el mejor metal conductor de calor es la plata, pero los costos serían prohibitivos, al igual que el diamante, que es cinco veces más apto aún que la plata. Estas piezas metálicas se llaman disipadores de calor, y una de sus principales características es su gran cantidad de láminas o capas expuestas, lo que le brinda mayor superficie de contacto con el aire. De esta forma, al contar con mucha superficie para intercambiar calor por frio, es como eficientemente reducen o disipan el calor generado por el chip, expulsándolo hacia el aire. Tiene un gran número de ventajas como el costo, no generan ruido, facilidad de fabricación y durabilidad (al no contar con partes mecánicas como motores o bombas, no hay límites para su vida útil). Entre las desventajas de los heatsinks encontramos la de su eficiencia acotada en comparación a otras soluciones de refrigeración, como la activa.

Refrigeración activa
La refrigeración activa es la que implica métodos de acción, como ventiladores por ejemplo, para hacer circular aire o bombas para mover líquidos o gases a través de tuberías. Los coolers usados para refrigerar el procesador, el chipset o la tarjeta gráfica son, en realidad, un híbrido entre refrigeración pasiva y activa, ya que están formados por un disipador metálico y sobre él, un ventilador montado.

Ventiladores
Los procesadores vienen con su propio cooler original de fábrica. Por otra parte, el mercado ofrece coolers de los más variados tamaños, características, rendimientos y costos; muy utilizados por los aficionados al overclocking, debido a que en la mayoría de los casos el cooler original se queda “corto” para cumplir eficientemente con el inevitable incremento de calor. A diferencia de la refrigeración pasiva, la activa posee partes móviles susceptibles a averiarse, pudiendo causar daños irreparables en el sistema si la falla no se detecta a tiempo. Es decir, si un sistema pensado para ser refrigerado activamente queda en modo pasivo por tiempo prolongado. Otra de las desventajas es el ruido generado, aunque se ha avanzado mucho en esta área últimamente. El consumo eléctrico de los coolers es otro aspecto a tener en cuenta al instalarlo, si bien no son los elementos que más consumen dentro de una PC, una gran cantidad de ellos en el mismo sistema puede hacer flaquear una fuente de calidad acotada.

Heatpipes
Un heatpipe es una solución térmica que trabaja basándose en un fenómeno llamado convección natural. Este fenómeno se basa en la expansión volumétrica de los fluidos, causando que, al calentarse, tiendan a hacerse menos densos, y al enfriarse más densos. En el interior de un tubo metálico dispuesto verticalmente, el calentamiento de su base generará que el fluido caliente de abajo suba y que baje el fluido frío de la parte superior, dándose así la circulación del mismo.
Los heatpipes que se emplean en los coolers para CPU forman un circuito cerrado donde un fluido similar al que utilizan las heladeras en sus tuberías se calienta en la base, en contacto con la base del disipador del procesador, evaporándose y elevándose por una tubería hacia la parte alta del disipador, condensándose allí y bajando en forma de líquido a la base nuevamente.
Son tubos huecos y sellados, sus paredes internas tienen una estructura capilar o de pequeños canales y en el interior de estos tubos se inyecta una pequeña cantidad de fluido a muy baja presión, cercana a la del punto de ebullición de dicho fluido para una temperatura determinada.
El fluido que contienen suele ser agua destilada con aditivos, como acetona, metanol, etanol o tolueno. El traslado de calor logrado al utilizar heatpipes es muy superior al que puede lograr un disipador metálico común y corriente.

Watercooling
El agua posee un calor específico mayor que el aire y una mejor conductividad térmica, propiedades gracias a las cuales puede transferir calor a mayores distancias que el aire y de forma más eficiente. Al bombear agua por el interior del disipador de un procesador es posible transportar grandes cantidades de calor en poco tiempo, para luego ser disipado utilizando un radiador colocado dentro o fuera del chasis de la PC.
La ventaja más importante de la refrigeración líquida, es la facilidad con la cual se puede armar un circuito para enfriar -mediante delgadas mangueras- otras partes críticas de la PC además del procesador, como la tarjeta gráfica y el chipset.
Entre las desventajas de este eficiente método encontramos su alto costo, instalación compleja y peligrosa: si no sabemos lo que hacemos, mejor no lo hagamos: una pérdida de agua dentro del gabinete podría dañar definitivamente nuestro hardware. Este sistema es generalmente menos ruidoso que los basados en refrigeración por aire, pero al tener partes móviles son propensos a fallar tarde o temprano. De todas formas, una falla en un sistema de watercooling no es tan grave como la de un cooler, ya que el agua aún en estado estático se encargará de repartir el calor generado por el resto del líquido elemento, impidiendo que el procesador genere calor extremo que lo ponga en riesgo de fundirse.

CONCLUSIÓN
Es muy positivo que los usuarios experimenten con este tipo de técnicas para aprender más y beneficiarse, pero en algunos casos se malgasta el dinero, como cuando el overclocking nos lleva a invertir cantidades exageradas en coolers de gran rendimiento.
Es decir, el overclocking es una técnica que nos invita a invertir dinero en accesorios adicionales para poder hacer que el procesador funcione mucho más rápido, pero si invirtiéramos el dinero de esos costosos coolers de última generación (les recuerdo que en promedio oscilan los 100 dólares de costo) directamente en procesadores más potentes los resultados serían similares o incluso mejores.
Por ejemplo, un procesador AMD Phenom II 965 X4 Black Edition cuesta exactamente 100 dólares más que el AMD Phenom II 555 X2. Esa cifra es exactamente lo que se suele pagar un ventilador de altísimo rendimiento.
En este caso, me parece que es más conveniente invertir en un procesador de alto rendimiento en vez de intentar forzar uno mediano con la ayuda de un costoso ventilador para disipar el calor adicional generado.
En definitiva, el overclocking es positivo en determinados casos, dentro de los márgenes que evita hacer una inversión desorbitada en sistemas adicionales de refrigeración que nos permitan aumentar la frecuencia de trabajo de los componentes críticos, es decir, manteniendo el cooler convencional.

Javier Richarte
javier.richarte@dattamagazine.com

Este artículo pertenece a la edición de enero de 2011 de DattaMagazine. Podés leerlo en su versión original en http://dattamagazine.com/enero-2011/