L'overclocking (de l'anglais), parfois francisé en surfréquençage ou surcadencement (on parle de processeur, et donc d'ordinateur, cadencé à une certaine fréquence), a pour but d'augmenter la fréquence d'horloge d'un processeur au delà de la fréquence nominale, décidée par le fabriquant du processeur.

Le processeur overclocké peut exécuter plus d'instructions par seconde, ce qui permet de diminuer le temps d'exécution de certains programmes. En contrepartie, il chauffe plus, et peut mal réaliser certaines opérations du fait d'une trop haute température interne, ou d'une tension d'alimentation trop faible par rapport à sa fréquence.

Principe

Overclocker un processeur (quel que soit son type : graphique GPU, DSP, processeur principal, etc.) consiste à faire fonctionner ce composant à une vitesse supérieure à la vitesse de fonctionnement normale, vitesse pour laquelle son fabricant garantit un bon fonctionnement. On comprend donc assez rapidement l'intérêt de surfréquencer son processeur ou sa carte graphique surtout quand on sait que le gain peut atteindre jusqu'à 10~20% pour la plupart des processeurs. Les Core 2 Duo (et dans une moindre mesure les Core 2 Quad, du fait de leur dissipation thermique élevée) se distinguent du reste des processeurs par leurs capacités de surfréquençage considérables : +30% pour l'immense majorité des Core 2 Duo sans effort, jusqu'à +50% en prenant le temps de régler correctement tous les paramètres, et plus encore en utilisant des systèmes de refroidissement plus évolués (radiateurs haut de gamme plus ventilation, refroidissement par circulation de liquide - watercooling -, ou même azote liquide pour aller jusqu'à doubler la fréquence initiale du processeur).

Augmenter la fréquence du processeur augmente en fait la vitesse du bus de données principal de la machine (FSB), et donc accélère tous les composants branchés sur la carte mère. La fonction PCI-Lock, présente sur absolument toutes les cartes mères récentes, permet d'éviter ce problème et limite l'augmentation de fréquence au processeur et à la mémoire.

Refroidissement du processeur

Le problème le plus important du surfréquençage est donc le refroidissement du processeur.

• Le système le plus couramment utilisé est le ventilateur monté sur un radiateur (le radiateur est une plaque de métal comportant des ailettes qui permet d'améliorer les échanges de température entre le processeur sur lequel il est monté et l'air ambiant). Le ventilateur peut aussi être monté directement sur le processeur, mais le refroidissement sera moins bon; parfois une petite plaque de métal intercalé entre le ventilateur et le processeur aide à dissiper la chaleur du processeur. Le ventilateur doit être le plus volumineux possible pour permettre un brassage d'air important qui contribuera aussi à la ventilation du boîtier.
• L'aération est, elle aussi, très importante car c'est le brassage de l'air du boîtier qui va permettre d'évacuer la chaleur, que les éléments ont fournie à l'air, à l'extérieur. C'est pour cela qu'un boîtier « ordonné » permet de minimiser les obstacles à la ventilation. En effet les nappes des disques dur, avec par exemple les nappes PATA (IDE), qui sont très larges, si elles sont situées devant un élément qui chauffe (devant le processeur par exemple) vont nuire à la circulation d'air et risquent de provoquer une surchauffe (même pour un processeur non surfréquencé) ; ce problème est rendu négligeable par l'utilisation de nappes Serial-ATA très fines (de 0,5 à 1 cm). Récemment, des nappes Pata « rondes » ont fait leur apparition, améliorant la ventilation dans les boîtiers encore équipés en IDE.
• On peut trouver de plus en plus de systèmes de refroidissement de processeur par liquide (watercooling). Ces systèmes plus coûteux que les précédents ont l'avantage de mieux refroidir. Ils sont surtout utilisés lors de surfréquençages et sont aussi plus silencieux. Attention à la place nécessaire dans l'unité centrale, certains kits de fabricants proposent même de pouvoir refroidir divers éléments de l'ordinateur (carte graphique, mémoire vive, etc.).

But recherché]

Le but est d'obtenir des performances supérieures à moindre coût, en poussant un composant à des limites supérieures à ses spécifications techniques.

La pratique concerne en général le microprocesseur central (CPU) et/ou le processeur graphique (GPU), mais concerne également d'autres composants, tel que la mémoire (sur certains ordinateurs, la fréquence de la mémoire est directement liée à la fréquence du microprocesseur).

Risques

Le principal risque du surfréquençage est de détruire le processeur par application d'une tension d'alimentation trop importante (), d'une température trop élevé au niveau du cœur, ou encore de courant de fuite inter-transistor trop important. Dans le passé, les processeurs risquaient également de brûler si la température devenait trop élevée, mais actuellement absolument tous les processeurs sont équipés d'un système de sonde qui coupe automatiquement le système si la température dépasse les limites fixées par le constructeur (coupure automatique sur les C2D et C2Q à 120/125°C). Le bon fonctionnement de ce coupe circuit est garanti dans la cadre d'une utilisation normale du processeur. Le fait d'utiliser le processeur à une fréquence supérieure a également une influence sur sa durée de vie (20 ans en moyenne), même si on considère en général que la réduction est négligeable comparé au temps de vie d'un processeur (rarement plus de 5 ans).

Si toutefois la puce n'est pas détruite par le surfréquençage, il existe un risque accru de faute de calcul et/ou de d'apparition d'artefacts durant un traitement, ce qui peut avoir diverses conséquences suivant l'utilisation du processeur au moment de l'apparition de l'artefact, on peut citer :

• Apparition de taches sur des images,
• Déclenchement intempestif d'une alarme,
• Instabilité/Blocage/Destruction de l'OS suite à des écritures corrompues,
• Erreurs de calculs du type 1 + 1 = 3.

Un surcadencement mal réalisé peut altérer le fonctionnement du matériel de manière plus ou moins grave, allant d'une simple surchauffe du composant surcadencé (il perd alors en stabilité) à la destruction d'un ou plusieurs éléments de la configuration. Les constructeurs configurent toujours leurs ordinateurs à des fréquences moindres que les fréquences limites (afin de se laisser une marge de sécurité évitant un trop grand nombre de retours sous garantie), ce qui permet une marge de surcadencement.

Pour pallier l'augmentation de température provenant des composants surcadencés, l'utilisation de système de refroidissement à air avec ou sans caloducs et/ou de système de refroidissement à eau (watercooling) est préconisée. Dans la pratique extrême de cette discipline, les spécialistes utilisent des refroidissements à l'azote liquide (-196°C) et/ou des refroidissement à changement de phase (Montage simple étage: Direct on die ou Montage multi-étages: cascade).

Le surcadencement ne nuit pas à la stabilité du processeur si l'on reste dans des fréquences supportables par les composants. Il est souvent nécessaire de modifier légèrement les tensions de fonctionnement pour aider le processeur à « tenir » la nouvelle cadence sans instabilité.

Le bruit des ventilateurs devenant peu acceptable pour les applications gourmandes, on recourt parfois à l'ajustement inverse (le sous-cadencement ou underclocking) afin de diminuer les besoins en dissipation thermique, et donc permettre le sous-voltage du ventilateur de refroidissement, ou le passage en refroidissement passif, pour diminuer le bruit.

un surfréquençage "normal" diminue la durée de vie des processeur, puise que ce dernier chauffe et travaille au dessus de la température à laquelle il est conçu

Théorie du surfréquençage

Cette technique répond à la demande des micro-ordinateurs modernes qui doivent faire face à des programmes de plus en plus gourmands. Elle cherche à obtenir la puissance maximale à partir d'une configuration existante. On peut l'insérer dans une recherche plus générale de la performance des systèmes informatiques.

La plupart des ordinateurs fonctionnent de manière synchronisée en utilisant un signal d'horloge CPU à fréquence constante (la fréquence d'horloge, exprimée en hertz, égale l'inverse de la période - durée d'un cycle d'horloge - exprimée en secondes).

Une instruction d'ordinateur est un ensemble d'opérations élémentaires ou micro-instructions dont le nombre et la complexité dépendent de l'instruction, de l'organisation et de l'implémentation exacte dans le CPU. Une micro-opération est une opération matérielle élémentaire qui peut être exécutée en un cycle d'horloge. Cela correspond à une micro-instruction dans un CPU micro-programmé. Par exemple, les opérations sur les registres, les décalages, les chargements, les incréments, les opérations de l'unité arithmétique et logique : addition, soustraction, etc.

Cependant une instruction machine peut prendre un ou plusieurs cycles pour être entièrement traitée ; c'est le nombre de cycles par instruction ou, en anglais, cycles per instruction (CPI).

Une instruction-machine = 1 ou N micro instructions = 1 ou N CPI.

Voici un extrait de la documentation fournie aux développeurs de compilateurs ou de programmes. On peut y voir une liste d'instructions du micro-processeur AMD A64 avec leur nombre de cycles. AMD définit les latences de ces instructions comme suit : La colonne des latences fournit les attentes pour une exécution statique de l'instruction. L'exécution statique est le nombre de cycles que prend le traitement séquentiel, jusqu'à son terme, des micro-opérations composant l'instruction. Ces valeurs sont à titre indicatif. On suppose que

• L'instruction est immédiatement disponible dans le cache L1 et que l'opération peut être exécutée avec les autres opérations du planificateur de tâches.
• Les opérandes sont disponibles dans le cache L1
• Il n'y pas de contention avec les autres ressources.

Les deux instructions suivantes :

• Call pntr16 16/32, qui correspond à un appel à une routine et qui dure 150 cycles,
• CLC, qui correspond à un effacement de registre et qui dure 1 cycle,

Montrent l'étendue que peut avoir le CPI pour des instructions différentes. Cette documentation est disponible chez AMD sous le titre software optimization guide for AMD Athlon 64 and AMD Opteron processors

Source

http://fr.wikipedia.org