عمل اورکلاک به معنای افزایش سرعت کلاک یک قطعه ی سخت افزاری در کامپیوتر است و باعث می‌شود تا آن قطعه با سرعت بیشتری نسبت به تنظیمات اولیه اش کار کند. این عمل اگر با آگاهی انجام شود، منجر به بالارفتن سرعت سیستم و در نتیجه بهبود عملکرد آن میشود. در این مقاله به طور تخصصی به مباحث مربوط به اورکلاک کردن پردازنده ی مرکزی کامپیوتر پرداخته می‌شود.

اغلب اورکلاک های CPU با تغییر شمارنده در نرم افزار تولیدکننده مانند درایو AMD یا توسط یک firmware یا میان افزار motherboard، انجام می شود. در گذشته این گزینه ها به طور انحصاری در BIOS یافت می‌شد. UEFI سرواژه ی عبارت Unified Extensible Firmware Interface است و یک واسط نرم ‌افزاری بین سیستم‌ عامل و میان‌ افزار سخت ‌افزار است که قبل از boot شدن یا راه اندازی سیستم قرار می گیرد؛ اگرچه امروزه ما دارای تکنولوژی UEFI هستیم اما هنوز اکثر راهنماها و همچنین مادربردها از اصطلاحات قدیمی BIOS استفاده می کنند. در مبحث امروز ما به این میان افزار اشاره خواهیم کرد. مادربرد نقش خیلی پررنگی در اورکلاک کردن دارد، حتی بیشتر برای پردازنده های AMD نسبت به اینتل. جلوتر به  قابلیت های مادربرد خواهیم پرداخت.

یک پردازنده، از یک سری سوئیچ های الکترونیکی میکروسکوپی یا همان ترانزیستورها روی یک مدار نیروی پالس دار ساخته شده است. تعداد پالس ها در هر ثانیه فرکانس مدار نامیده می‌شود. برای ترانزیستور حداقل یک چرخه برای تغییر حالت بین روشن (1) یا خاموش (0) و سپس تبدیل یک ها و صفرها به بخشی از یک جریان داده، طول می‌کشد.

پردازنده های مدرن در میلیاردها سیکل در ثانیه اجرا می شوند (در حد گیگاهرتز). این همان محدوده ی فرکانس هایی است که مایکروویو و تلفن های همراه کار می کنند به طوری که یک قطعه ی نسبتاً کوتاه سیم می تواند آنتن رادیویی نسبتاً خوبی باشد. جلوگیری از تداخل ارتباط بین مدارها، مثلاً در جایی که یک مدار به عنوان یک فرستنده عمل می کند و دیگری به عنوان یک گیرنده ی ناخواسته ، بسیار مهم است. هادی ها در مادربردها، تحت عنوان ردیاب ها، بسیار طولانی تر از مدارات مجتمعی مانند پردازنده های host یا میزبان و یا پردازنده های گرافیکی هستند. به منظور کاهش مواردی مانند سر و صدا، از دست دادن سیگنال و تداخل مخابرات، مسیرهایی که مدارهای مختلف را متصل می کنند باید در فرکانس های پایین اجرا شوند. این مورد به ما دو فرکانس می دهد که می توان آن را اصلاح کرد : نرخ کلاک CPU و فرکانس های پایین تر برای اجزای دیگر. توجه داشته باشید که در اینجا ما با استفاده از اصطلاحات فرکانس و نرخ کلاک در واقع به یک موضوع مشترک و واحد اشاره می‌کنیم.

مکانیسم اصلی افزایش سرعت کلاک پردازنده BCLK و ضریب نفوذ است. BCLK سیگنال مرجع است که فرکانس های CPU ، RAM و PCI را هدایت می‌کند. این مورد تقریباً معادل فرکانس FSB در سیستم های قدیمی اینتل بود، اما اکنون حکم یک مرجع منسوخ شده را دارد. برای درک عمیق تر از آنچه که در واقع برای FSB رخ داده، باید روند تکامل معماری پردازنده ها را بررسی و مرور کنیم.

chipset (مجموعه تراشه) منطقی مرکزی بر روی یک مادربرد دارای دو جزء بوده است : Northbridge  و Southbridge (پل شمالی و پل جنوبی)

پل جنوبی، زیرسیستم های کندتر مادربرد مانند PCI، USB و IDE را مدیریت میکرده است. پل شمالی رابط های سریعتر مانند کنترل کننده حافظه و PCIe را مدیریت کرده و به وسیله ی FSB به طور مستقیم به CPU متصل میشده است اما این معماری منجر به ایجاد اختلال ها و مشکلاتی شد. پل شمالی به مرکز پردازنده متصل شده است و قابلیت های پل جنوبی نیز به خوبی در آنچه که اینتل امروزه یک هاب کنترل کننده پلتفرم مینامد، وارد یا ساخته شده است.

FSB با لینک های HyperTransport بین پردازنده ها و تراشه های AMD جایگزین شده است در حالی که اینتل اتصال (QuickPath Interconnect (QPI را برای انجام این عملکردها در بالاترین سطح پلتفرم های خود به کار بست تا به این کارکردها روی پلتفرم های highest-end اش رسیدگی کند. باقی عملکرد northbridge و southbridge به یک نوع جدید از لینک، مانند PCIe، با نام (Direct Media Interface (DMI تبدیل شد. در معماری های خاص، اینتل از DMI بین عملکرد واحد پل شمالی و PCH استفاده می‌کند در حالی که QPI اتصالات بین پردازنده را می‌دهد.

چند برابر کننده یا ضریب CPU یک عدد است که تعداد چرخه های CPU را بر اساس هر یک از چرخه های کلاک مرجع تعیین می کند. بنابراین، اگر این ضریب 50 فرض شود، پردازنده 50 سیکل برای هر چرخه ی خارجی اجرا خواهد کرد، و اگر BCLK روی 100 مگاهرتز تنظیم شود، فرکانس کل CPU پنج گیگاهرتز خواهد بود. سطوح کنترل دقیق تر می توانند با تغییر دستی برخی از پارامترهای اضافی مانند: نسبت حافظه، نسبت گرافیک داخلی و کنترل ولتاژ، بدست آیند. همانند چند برابر کننده ی CPU، نسبت حافظه رابطه ی بین RAM و BCLK را تعیین می کند. به عنوان مثال میتوان به این مورد اشاره کرد : یک مقدار1:4 که با رم 200 مگاهرتز BCLK و 800 مگاهرتز DDR3 همخوانی داشته باشد. (توجه داشته باشید که رم  DDR3 یک نرخ دوبل شده است مثلاً 800 مگاهرتز DDR3  DDR3-1600 نامیده می شود.)

مفهوم کلی به نسبت گرافیکی برای اورکلاک GPU های واحد اشاره دارد. در ساختار سیستمی که به ماشین های رادون یا گرافیک HD بستگی دارد، GPU میتواند بصورت غیرمستقیم با افزایش BCLK اورکلاک شود اما ممکن است این موضوع منجر به بروز مشکلات اساسی شود. اغلب مادربردها همراه با یک گزینه ی انتخابی جهت قطع ارتباط GPU و BCLK تولید می‌شوند و یا بصورت دستی فرکانس موتور گرافیکی پیکربندی می‌شود.

در حین اینکه شما تلاش می‌کنید تا محدودیت های پردازنده ی خود را پیگیری و کشف کنید، باید توجه داشته باشید که ولتاژ رسیده به هر زیرمجموعه در CPU نیز ممکن است نیاز باشد که تنظیم شود. این مورد اغلب شامل VCORE، VTT و VDIMM است. تعداد بیشماری اصطلاحات خاص برای هر سازنده و تولیدکننده وجود دارد بنابراین برای شناسایی ارزش و اهمیت دقیقی که برخی از کلمات اختصاری دارا هستند، دقت بالایی نیاز است. اینتل و AMD هر یک از اصطلاحات مختلف و گاهی اوقات مجموعه واژگان و اصطلاحاتی مبتنی بر هر پردازنده ی خاص برای هر تنظیم ولتاژ دارند، و میان افزارهای مختلف ممکن است آن ولتاژ را با یک نام دیگر برچسب گذاری کنند. مسئله ی مهمی که باید توجه داشت مربوط به V_core و VTT است.

V_core ولتاژ عامل عرضه شده به CPU است. هر پردازنده به طور پیش فرض در هر افزایش کلاک یک V_core  به طور پیش فرض تعیین شده دارد که توسط VID (شناسایی کننده ی ولتاژ) و توسط سازنده تعیین شده است. برای هر فرکانسی که پردازنده در آن اجرا می شود، VID به مدار تنظیم کننده ولتاژ می گوید که چه ولتاژی برای ارائه آماده کند. وقتی V_core به صورت دستی تنظیم می شود، جداول VID اساساً نادیده گرفته می شوند. همچنین هر پردازنده دارای یک ولتاژ حداکثر است و این معمولاً حداکثر مقداری است که V_core باید روی آن تنظیم شود. این ولتاژ همچنین V_DD برای پردازنده های AMD نیز نامیده می شود.

VTT (ولتاژ نهایی) با نام های مختلفی عنوان می‌شود. می توان آن را با عنوان ” ولتاژ IMC ” یا ” ولتاژ QPI / VTT ” و یا با نام های دیگر نیز مشاهده کرد اما این ولتاژ به کنترل کننده حافظه داخلی (IMC) در پردازنده مرکزی داده می شود. در اینجا بین اصطلاحات پل Pre-Sandy ، پل Post-Sandy اینتل و AMD تفاوت هایی وجود دارد : پردازنده های مدرن اینتل این مورد را V_CCSA (همچنین با نام سیستم تک عامل نیزعنوان می شود) نامیده می شود و AMD نیز این مورد را V_DDNB مینامد. این مقدار ولتاژی است که باید با افزایش BCLK افزایش یابد. ولتاژهای دیگری نیز در سیستم وجود دارند که می توان آن ها را تنظیم کرد و شاید حتی “لازم باشد” که تنظیم گردند و این موضوع به میزان ثبات سیستم مربوط می باشد. این ولتاژها شامل ولتاژ (PLL (Phase Locked Loop و ولتاژ (PCH (Platform Controller Hub است. لازم به ذکر است که معماری های Haswell و Broadwell اینتل اجازه نمی دهند تنظیمات زیادی روی ولتاژها انجام داد و فقط می توان ولتاژ ورودی را تنظیم کرد و CPU بقیه ی مقادیر را خودش اختصاص می دهد. کالیبراسیون (Load-Line (LLC، یک ویژگی می باشد که چندین سال پیش در مادربردها برای مبارزه با Vdroop (افت ولتاژ در نتیجه ی افزایش بار CPU) اجرا شد اما بر هیچ سطح ولتاژ Haswell و Broadwell غیر از ولتاژ ورودی تأثیری ندارد. با این حال، برای طراحی Skylake اینتل و تمامی پردازنده های AMD، LLC می تواند یک بخش کلیدی از یک سیستم با موفقیت اورکلاک شده باشد.

مرز نهایی تغییر شمارنده برای اورکلاکینگ، در گسترش مقادیر قابل تنظیم مادربرد و ارائه ی ولتاژهای بالاتر از طریق سخت افزارها مشخص میشود. این موارد تا حد بسیار زیادی به یک سیستم و مادربرد آن بستگی دارند، اما یک شخص علاقه مند به این موضوع می تواند با تغییر پین ها در PCB مادربرد شروع به کار کند و سپس روی لحیم کاری مقاومت ها در PCB کار کند و به این ترتیب به حوزه ی “voltmodding” یا همان تغییرات ولتاژ وارد شود (توجه داشته باشید که این مورد، فراتر از محدوده ی این مقاله بوده و این عمل به نوعی یک تمرین است که به هیچ وجه نباید بدون دانستن ضروریات و مقررات تنظیم ولتاژ و کنترل آن انجام شود).

در رابطه با راهنمای اورکلارک رم می توانید به مقاله راهنمای اورکلاک رم مراجعه کنید.