Test : décapsulage et overclocking du 7700K sous eau et azote

Présentation

La seconde génération de Core i7, Sandy Bridge, avait impressionné par ses facilités à atteindre les 5 GHz avec un refroidissement à air. Malheureusement, ces processeurs n’étaient pas doués pour l’overclocking extrême et ne dépassaient pas les 6 GHz sous azote liquide. Avec la génération Ivy Bridge, Intel proposait des processeurs moins dociles pour l’overclocking classique, mais ceux-ci étaient redoutables sous « froid » (azote) : ils pouvaient atteindre 7 GHz.  Pour finir, la sixième génération de Core i7 possédait la meilleure efficacité que l’on puisse trouver.

Vous vous demandez sûrement où nous voulons en venir ? Imaginez donc un processeur qui s’overclocke comme Sandy Bridge en air, et comme Ivy Bridge sous froid, sans oublier l’efficacité de Skylake. Ce pourrait bien être Kaby Lake. Tout semble parfait, peut être même un peu trop… Nous allons donc étudier tout ceci de très près.

Pour ne pas être pris au dépourvu, surtout lors de nos tests sous azote liquide, nous allons utiliser la toute dernière venue dans la gamme XPOWER GAMING TITANIUM de MSI.

MSI Z270 XPOWER GAMING TITANIUM

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Comme nous la savons tous, un processeur peut être plus ou moins bon en overclocking. Tirer une conclusion à partir d’un seul échantillon n’est pas idéal, nous nous sommes donc procuré plusieurs processeurs, et vous allez voir que la dispersion est grande.

Intel Core i7-7700K

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Décapsulage du CPU et résultats

Avant de passer au test, il est important de comprendre ce qu’est le décapsulage et pourquoi celui-ci peut être bénéfique. Prenons donc un instant pour nous familiariser avec cette technique de plus en plus courante.

Le principe

Le décapsulage, ou decaps ou delid, consiste à enlever capot métallique qui recouvre le processeur (IHS, pour Internal Heat Spreader). La fonction principale de l’IHS est de protéger le die (la puce du processeur), mais en ajoutant ce bouclier entre la partie qui chauffe et le dissipateur, nous pénalisons l’évacuation de la chaleur.

La procédure

En très peu de temps le décapsulage est passé d’un geste technique réservé à une élite courageuse à un geste de la vie quotidienne, ou presque.

Plus besoin de trembler en essayant d’enfoncer de toutes nos forces des lames de rasoir sous l’IHS. Plus besoin non plus de mettre notre précieux processeur dans un étau d’atelier.

Même si ce n’est pas le sujet du jour, pour décapsuler votre processeur, il vous faudra un processeur type Ivy Bridge, Haswell, Devil Canyon, Skylake ou Kaby Lake. Un outil comme le Delid Die Mate, de la pâte thermique performante et de la colle (optionnelle, au silicone de préférence).

Nous positionnons le processeur sur la bonne face de l’outil, orienté correctement, nous refermons l’outil et tournons la vis jusqu’à ce que le silicone noir soit cisaillé lorsque les parties se séparent.

Une fois ouvert nous voyons la pâte Intel d’apparence assez sèche. C’est elle que nous allons remplacer, une fois les surfaces bien nettoyées. Pour savoir comment bien nettoyer une puce à nu (CPU ou GPU), n’hésitez pas à consulter notre guide sur cette page. La pâte thermique, ici de la Thermal Grizzly Conductonaut, a été appliquée sur le DIE et l’IHS, il n’y a plus qu’à mettre un peu de colle et refermer le processeur.

Pour plus d’information, cette vidéo est très complète :

Pâte thermique

Si la chaleur ne peut pas être évacuée correctement du die, la température interne du processeur augmente de manière significative. Afin de limiter les effets négatifs de la présence de l’IHS, il faut utiliser une pâte thermique. Celle-ci va faciliter le passage des calories à la jonction des surfaces en comblant les défauts de surface. Toutes les pâtes thermiques ne se valent pas, que ce soit en terme de prix, de performance ou de facilité d’application.

A gauche, une pâte bas de gamme va limiter le passage de la chaleur, et le processeur sera plus chaud. En passant à une pâte thermique de meilleure qualité, nous améliorons l’évacuation des calories, le processeur ne sera plus qu’à 70°C. Enfin, à droite, le DIE a été recouvert d’un produit très haut de gamme. Le processeur ne dépassera plus les 60°C.

Pour nos tests nous allons comparer trois pâtes thermiques différentes.

• Pâte thermique d’origine (Intel)
• Thermal Grizzly Kryonaut
• Thermal Grizzly Conductonaut

La pâte thermique Intel n’est pas toujours très performante, mais elle est appliquée sur tous les processeurs de type Kaby Lake. Incontournable, elle servira d’étalon pour nos mesures.

La Kryonaut sera également incluse dans notre protocole, il s’agit du produit le plus performant, hors pâte métallique, avec une conductivité de 12,5 W/mk. Assez chère, nous pouvons la trouver à 25 euros les 11 g. C’est elle qui sera utilisée pour les overclocking extrêmes.

Enfin, top du top, la Conductonaut est une pâte métallique et donc conductrice… Ces performances sont impressionnantes et sa conductivité thermique annoncée à 73 W/mk. Mais cette pâte ne peut pas être utilisée à des températures négatives, ni sur des surface en aluminium. Son prix est à la hauteur de ses performances, 10 euros le gramme !

Résultats

Les résultats pourront varier d’un processeur à l’autre, mais l’ordre de grandeur ainsi que le classement ne changeront pas. Pour mettre en évidence les écarts nous avons choisi d’utiliser Prime95 avec une tension d’alimentation de 1,3 V.

Comme nous pouvions nous y attendre, la pâte Intel est en retrait, il faut dire que nous avons choisi des adversaires de taille. La Kryonaut permet un gain de seulement 6°C, c’est peu. La Conductonaut entraîne quant à elle une chute vertigineuse de la température, -22°C. Si vous songez à tenter l’expérience, orientez vous vers une pâte type Conductonaut, ou l’opération ne sera pas « rentable ».

Conductonaut

Kryonaut

Intel

.

En regardant les captures d’écran de plus près, on constate que les températures sont plus homogènes entre les coeurs une fois la pâte thermique remplacée. Pour les tests qui suivent, nous allons donc conserver la pâte Intel comme référence, et la Conductonaut comme produit de substitution.

Overclocking sous eau

Nous y voilà, c’est le moment de s’amuser un peu, et non, pas d’époxy fumant, ni de VRM qui explose, et encore moins de processeur qui agonise. Pour qui vous nous prenez!

Cinebench R15

Pour juger des capacités de nos processeurs, nous les avons testés sur Cinebench R15. Ce benchmark n’utilise pas l’AVX, il nous donnera donc une idée des fréquences et des températures qu’un gamer pourra rencontrer. Nous testerons l’AVX juste après.

Note : Afin de ne pas endommager le processeur qui avait encore beaucoup de tests à faire, nous n’avons pas exécuté les benchmarks avec la pâte d’origine au delà de 1,3 V.

Afin que tout le monde puisse s’y retrouver nous avons simulé plusieurs scénario :

• Tout à droite, avec seulement 1,1 V, nous avons le cas d’une personne qui aurait voulu undervolter (diminuer la tension) son processeur afin de réduire la température et sa consommation. Avec cette tension d’alimentation très faible, nous sommes parvenus à stabiliser le benchmark à 4580 MHz avant décapsulage et 4610 MHz après.
• Nous augmentons un peu la tension pour passer à 1,2 V. La fréquence maximum obtenue grimpe alors de plus de 250 MHz, un gain remarquable. Entre la pâte thermique Intel et la Conductonaut, l’écart augmente légèrement et passe de 30 MHz à 40 MHz.
• Nous continuons sur notre lancée avec 1,3 V et la barre des 5 GHz est franchie. Entre les deux pâtes thermiques, l’écart s’amplifie et atteint 50 MHz.
• Avec 1,4 V, nous sommes parvenus à passer le test à 5190 MHz, pas mal !
• En quête des 5,2 GHz, nous nous sommes accordés le droit à quelques essais à 1,45 V, résultat : 5232 MHz.
• Comme on dit, jamais 5,2 sans 5,3… Avec 1,5 V, nous n’avons pas pu dépasser les 5262 MHz.

• En analysant les fréquences maximum atteintes, nous venons de voir qu’à basse tension, le décapsulage apportait peu. La raison est très simple, le processeur chauffe peu. Le passage de la pâte d’origine à la très bonne Conductonaut n’est alors pas très marqué : « seulement » 8°C de moins. Avec un gain aussi faible en température, il est donc logique que le gain en fréquence soit, lui aussi, faible.
• Lorsqu’on augmente la tension, le processeur chauffe de plus en plus, la pâte thermique va alors être sollicitée d’avantage et les écarts se creusent. A 1,2 V nous avons 10°C d’écart.
• Avec 0,1 V de plus, nous observons une différence de 14°C. 
• Fait intéressant : il faut appliquer une tension de 1,5 V pour obtenir la même température avec la conductonaut qu’à 1,3 V avec la pâte d’origine !

Vous l’aurez donc compris, plus la tension d’alimentation sera grande, plus le processeur chauffera, et plus le gain en température suite au décapsulage sera important. Du coup, les écarts en fréquence se creuseront. A moins de vouloir chasser le moindre degré, le décapsulage ne devient vraiment intéressant que si vous comptez appliquer une tension de plus de 1,25 V. En deçà, il ne nous semble pas nécessaire d’aller bidouiller, la pâte d’origine fera le boulot.

Petit défi du jour : faites mieux !

Pour les plus curieux, voici quelques informations complémentaires telles que l’augmentation du score, ou encore le comportement et les tensions d’alimentation par défaut.

Avant de passer à un test un peu plus costaud, regardons de plus près l’évolution de la fréquence en fonction des tensions. En temps normal, nous parlons de scaling :

• En regardant le graphique, nous pouvons observer que le passage de 1,1 V à 1,2 V permet un saut conséquent au niveau de la fréquence (+270 MHz). La progression est donc très bonne, peu de tension en plus et beaucoup de MHz. Dans le jargon nous disons donc que « le processeur scale bien ».
• Avec la même augmentation de 0,1 V, le passage à 1,3 V permet un gain de 180 MHz. Nous sommes toujours dans une zone intéressante, bien que la progression ralentisse.
• De 1,3 à 1,4 V : le gain n’est plus que de 130 MHz. Le processeur semble de moins en moins apprécier le Vcore. Si vous utilisez votre ordinateur de façon quotidienne c’est à ce moment là qu’il faut s’arrêter. Lorsque le processeur demande beaucoup de tensions pour une faible progression en fréquence, l’intérêt diminue. En effet la température et la consommation explosent et les performances stagnent. 
• De 1,4 à 1,45 V : la courbe s’aplatit à nouveau. 40 MHz pour 0,05 V soit l’équivalent de 80 MHz pour 0,1 V. 
• Passage à 1,5 V : à peine 30 MHz pour 0,05 V de plus. Au départ, il nous suffisait de 0,01 V pour obtenir 30 MHz supplémentaires. Nous sommes au bout, la tension n’aide plus, et le seul moyen d’augmenter les fréquences est alors… le froid. Car un processeur froid est un processeur heureux. Abaisser la température ne l’endommagera pas, bien au contraire, seules les températures élevées sont dommageables…

Si cela vous intéresse, nous pourrons vous proposer un test à tension fixe et à température variable, de 20°C à -120°C par exemple, juste pour voir la différence énorme que cela représente ;). A vous de vous manifester.

Stabilité AVX

Afin de stresser d’avantage le processeur, nous avons lancé un test de stabilité utilisant massivement l’AVX. Ce test représente une utilisation intensive qu’il est difficile, sauf cas particulier, de rencontrer en usage quotidien. 

Avant de dépouiller le graphique, il nous semble important de préciser qu’avec 1,1 V le cache du processeur n’était pas stable à 4,2 GHz. Nous l’avons donc abaissé à 4 GHz pour mener à bien le test.

• Avec la tension d’alimentation abaissée à 1,1 V, le processeur a pu être stabilisé à 4400 MHz avant décapsulage et à 4450 MHz à l’aide de la Conductonaut.
• Nous montons à 1,2 V et observons un gain de 250 MHz sur les deux configurations.
• A 1,3 V l’écart reste le même : 50 MHz.

Nous nous attendions à voir cet écart croître, mais ces tests étant très longs, très très longs, les paliers sont larges, et le palier suivant n’était pas stable. Nous avons tout de même noté une différence importante : à 1,1 V le palier suivant ne tenait pas 1 seconde alors qu’à 1,3 V, il était « presque stable ». Malheureusement, quand il s’agit de stabilité, nous le sommes ou nous ne le sommes pas… disons donc qu’à 1,3 V les 4950 MHz étaient à portée de main. 

Si vous êtes fan d’OCCT, de Lynx ou de Prime95, vous allez adorer le décapsulage. L’AVX, ça fait chauffer, ce n’est un secret pour personne, et comme nous l’avons dit, plus ça chauffe, plus le gain est important. De 13°C à 1,1 V, nous arrivons à 22°C à 1,3 V. Inutile de préciser que dans un cas vous frôlez les limites avec 79°C en pointe, et que dans l’autre vous êtes très à l’aise avec un petit 57,5°C.

Voici un petit récapitulatif, notez les valeurs par défaut de la carte mère. Nous ne vous le dirons jamais assez, laisser en automatique c’est « le mal ». Si vous n’avez pas besoin d’overclocking (que faites vous là ? 😮 ) alors baissez la tension d’alimentation.

Mémoire

Globalement, Kaby Lake et Skylake niveau mémoire, c’est du pareil au même, donc nous ne nous étalerons pas. Si vous voulez un petit aperçu de ce que l’on peut obtenir, juste pour le plaisir, c’est juste en dessous.

Certes il a fallut mettre 1,93 V au lieu des 1,2 V recommandés à notre DDR4, mais elle aime ça et en redemande : 4060 MHz en 12-12-12-28 220 et 1T, et les autres timings sont eux aussi serrés bien comme il faut ! Attention, toutes les cartes mères et tous les kits ne sont pas faits pour avaler des grosses tensions ou des timings aussi serrés. Ici nous avons eu recours à des modules équipés de puces Samsung en révision B-die et d’une MSI Z270 XPOWER TITANIUM.

Overclocking sous azote

La différence entre l’overclocking classique et l’overclocking extrême réside uniquement dans la température à laquelle il est exécuté. Une petite différence qui entraîne de très grosses contraintes, l’une d’elle est la condensation. Pour éviter que la glace qui se forme sur le matériel ne fasse perler des gouttes d’eau ravageuses sur les circuits électriques, il faut soigneusement protéger les composants. 

Préparation

Plusieurs techniques peuvent être utilisées, et comme les choses à la mode, les techniques évoluent et reviennent au goût du jour quelques années plus tard. Sans rentrer dans les détails les plus répandues sont :

• La vaseline : il suffit d’en enduire le matériel pour éviter que l’eau n’entre en contact avec le PCB. Très rapide, économique, elle à l’inconvénient d’être difficile à nettoyer. De plus certaines puces très petites peuvent être sensibles et dysfonctionner en sa présence.
• Le plastidip : il s’agit d’un plastique qui peut être appliqué au pinceau ou à la bombe et qui se solidifie en couche une fois les solvants évaporés. A partir de 10 euros la bombe, c’est une solution un peu plus onéreuse, mais qui n’a pour seul inconvénient que le temps d’application assez long et le nettoyage difficile.
• La gomme mie de pain : une sorte de pâte à modeler. Assez chère également : environ 10 euros pour une carte mère. Elle peut être réutilisée et se nettoie plus ou moins facilement suivant le temps qu’elle passe sur le matériel.
• Le néoprène : il s’agit de recouvrir la carte mère d’une couche de caoutchouc synthétique. Le nettoyage est on ne peut plus simple, mais la préparation est assez longue. Attention, cette technique expose d’avantage le matériel, car il n’y a pas de « scellement » étanche. L’eau peut donc finir par s’infiltrer.

Ayant eu l’année dernière plusieurs cartes mères qui perdaient les ports USB, j’ai décidé de me passer de vaseline. La carte va donc être recouverte de papier absorbant taillé sur mesure. Le papier servira d’ultime protection au cas où l’eau s’infiltrerait sous le bouclier principal.

L’esthétique n’a pas d’importance pour l’overclockeur extrême. A défaut d’être belle, cette pièce de néoprène a été taillée pour épouser le PCB de la Z270 XPOWER TITANIUM au plus près. Des emplacements pour le socket, les bobines, les slots PCI et les condensateurs ont donc été prévus. Une fois terminée elle sera recouverte d’adhésif pour la renforcer et l’étanchéifier partiellement.

L’arrière de la carte est moins exposé, mais il faut tout de même prévoir une protection. Ici nous avons utilisé une combinaison de gomme mie de pain et de sachet antistatique. La gomme mie de pain seule pourrait faire l’affaire, mais recouvrir l’intégralité du PCB serait long et consommateur de matière première. Nous avons donc créé un joint de gomme à la périphérie de la carte et de toutes les ouvertures et avons rendu l’ensemble étanche avec le sachet antistatique. Antistatique ? Uniquement car il était là sous nos mains lorsque nous cherchions une solution !

Après des heures et des heures passées dans le BIOS de la carte mère, nous sommes enfin arrivés au moment drôle. Raté, les trois premières sessions seront un échec, la faute à une toute petite tension anecdotique. Sans cette tension, impossible de passer un coefficient supérieur à 60.

Le problème n’était pas une instabilité système puisque une combinaison de 102 x 59 donnait une fréquence de plus de 6 GHz qui était stable sans aucun soucis, alors que le système bloquait systématiquement à l’application de 100 x 60. Après des dizaines de litres d’azote, une bouteille de gaz et plus de dix heures sous froid à essayer BIOS, processeur, kit RAM, OS… Nous avons enfin trouvé la solution. La « PLL SFR » doit être augmenté à plus de 1,1 V au lieu de 0,9 V pour débloquer les coefficients les plus élevés.

Tester du matériel en avant première est une réelle chance, mais cela nous force également à essuyer les plâtres. Jamais simple de découvrir une nouvelle plateforme sous froid. Au moins les prochains overclockeurs seront informées ! Une fois ce contre temps passé, nous sommes parvenus à pousser un peu notre 7700K.

Environ 6,6 GHz sur Cinebench R11.5. Les records du monde ne seront pas atteignables avec ce processeur, il faudra en tester d’avantage pour avoir une chance, mais pour une première, et avec un 7700K non trié, cela est déjà très satisfaisant.

Un peu plus de 6,6 GHz sur Wprime 32M et 1024M, et enfin XP fonctionnel en ACPI sur MSI. Ouf !!!

Fin de session, avec une dizaine de résultats dans la musette (à retrouver sur HwBot) . Bien sûr, ceux-ci seront très largement améliorés dans les semaines à venir, il ne s’agissait que d’un premier jet. On vous tiendra au courant !

Conclusion : statistiques sur plusieurs 7700K et 7600K

Le potentiel d’overclocking peut varier énormément d’un processeur à un autre. Afin de vous donner une idée un peu plus large de ce que vous pourrez rencontrer, nous avons testé plusieurs processeurs dans des conditions similaires et les résultats sont très éloignés les uns des autres.

Tous les tests sont effectués sur Cinebench r15, avant décapsulage. Il ne s’agit PAS de fréquence stables sur des tests lourd type AVX qui auront besoin d’environ 200 MHz de moins pour être stable.

Résultats sur une vingtaine de Core i7-7700K testés

• Le pire 7700K que nous avons testé ne passait pas Cinebench R15 à 4,8 GHz pour 1,3 V.
• Environ 25% ne passent pas 4,9 GHz à 1,3 V.
• Moins de 50% passent 5 GHz à 1,3 V.
• Environ 25% passent 5 GHz à 1,25 V ou moins.
• Les meilleurs 7700K que nous avons testés passent Cinebench R15 à 5 GHz pour 1,23 V.

Voici donc la tendance que nous avons observée, mais il y a sans doute des processeurs qui sont hors catégorie… La patate ultime se cache peut être chez vous !

Nous avons entendu parler de 5 GHz à 1,16 V. Cela n’est pas impossible, mais n’ayant pas réalisé le test nous-mêmes, nous ne pouvons valider cette information. Un processeur décapsulé ou testé par 10°C ambiant aura besoin de moins de tension. Certaines cartes mère peuvent aussi être un peu moins gourmandes. Enfin, la valeur indiquée a-t-elle été mesurée par un appareil externe, mesure fiable, ou s’agit-il d’une valeur logicielle ?

Premiers tests avec trois Core i5-7600K

Nous n’avons pu tester que trois processeurs 7600K, il s’agit d’un nombre trop faible pour obtenir des statistiques fiables, malgré tout, cela donne une idée de la dispersion possible. Gardez en tête que la dispersion réelle sera forcement plus large que celle que nous avons observée avec seulement trois échantillons.

• Le pire 7600K que nous avons testé ne passe pas Cinebench R15 à 4,9 GHz pour 1,28 V
• Le meilleurs 7600K que nous avons testé ne passe pas Cinebench R15 à 5 GHz pour 1,2 V
• Le troisième a besoin de 1,28 V pour 5 GHz.

Nous vous entendons déjà, « 1,2 V pour 5 GHz, la vache ça tabasse ». C’est pas faux, mais gardez à l’esprit que les 7600K n’ont pas d’Hyperthreading, ils chauffent donc moins et ont moins de chance d’avoir un transistor récalcitrant.

Bon pour l’overclocking

Nous avons pris beaucoup de plaisir à « jouer » avec ces Kaby Lake. Certes il n’y a pas vraiment de révolution, et les performances à fréquences identiques ne progressent pas… mais d’un point de vue overclocking, Kaby Lake a de quoi séduire sur tous les tableaux.

Les 5 GHz ne seront pas pour tout le monde, mais ils seront à portée de main sur certains 7700K coopératifs. Si vous n’avez pas été assez chanceux, l’apparition de l’offset négatif sur l’AVX vous donnera une seconde chance.

Quant à la question décapsulage,  le choix vous appartient et nous ne pouvons que vous guider. Si vous ne songer pas à augmenter la tension d’alimentation au delà de 1,25 – 1,3 V, l’opération présente peu d’intérêt. En revanche, si vous sollicitez votre processeur de façon intense avec des tensions d’alimentation élevées, le gain sera beaucoup plus intéressant.  

Si vous êtes du style overclockeur extrême, inutile d’essayer de résister… l’appel de Kaby Lake sera plus fort que vous. C’est parfois bon d’être faible !