Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Préparation : matériel et BIOS

Aujourd’hui nous vous proposons un dossier complet sur le Intel Core i9-7900X, et plus largement sur les processeurs de la série Skylake-X. Performance en overclocking, évolution de la température, de la consommation, décapsulage, refroidissement en direct die… de nombreux tests pour vous guider. Et, pour les plus insatiables d’entre vous nous avons prévu une partie overclocking extrême sous azote liquide. Nos deux processeurs Intel Core i9-7900X survivront-ils à notre protocole de test ?

Pour mener à bien ce test nous avons dû préparer et modifier certains composants. Parfois pour se simplifier la vie, parfois pour les rendre compatibles. Dans cette première partie, nous avons regroupé tous les préparatifs, passage par le BIOS, le fer à souder, la perceuse, l’outil de décapsulage, le vernis à ongle… L’overclocker acharné doit être un bricoleur dans l’âme !

Quelques soudures pour la carte mère

La MSI X299 XPOWER GAMING AC est une carte taillée pour l’overclocking, compagne idéale pour notre mission, elle s’est montrée à la hauteur pour toutes les épreuves que nous lui avons fait subir. Quelques soudures de fils électriques nous permettront de surveiller en continu les différentes tensions lors des tests et nous lancer sereinement.

Image 1 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

BIOS en mode expert

Le BIOS utilisé, E7A91IMS.150, était le dernier en date lorsque nous avons commencé nos essais. Afin de vous permettre de reproduire nos résultats seul ce BIOS disponible publiquement est utilisé et le BIOS extrême reste au placard, ou plutôt sur notre clé USB. Pour ceux d’entre vous qui disposent de carte mère X299 d’un autre fabriquant, les informations fournies vous donneront un bon point de départ : le principe reste similaire, même si le nom des options peut changer.

Pour accéder au mode Expert de la MSI X299 XPOWER GAMING AC appuyez sur F7 à l’accueil du BIOS

Image 2 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Passé les tests par défaut, nous avons défini les réglages dans la section overclocking qui seront utilisés pour le reste des tests.

  • Extreme OC Setup : Cette fonction permet de désactiver les économies d’énergie, certaines protections, et de désactiver les fonctions inutiles pour l’overclocking extrême telle que la carte son et certains contrôleurs… L’option ne sera pas activée pour les tests à température ambiante, mais reste un passage obligé pour les tests sous azote liquide.
  • CPU Ratio Apply Mode : Le mode [All Core] nous assurera que tous les cœurs auront le même multiplicateur et seront à la même fréquence.
  • CPU Ratio : Réglé sur 44 et conjugué au CPU Base Clock de 100 MHz cela donnera une fréquence de 4400 MHz. La fréquence pourra être affinée depuis le système d’exploitation.
  • CPU Ratio Offset : Afin de limiter la variation de fréquence sur les tests les plus lourds, nous avons mis un offset de [-4]. Concrètement cela limite la baisse de fréquences à 4 coefficients multiplicateurs lors des rares tests utilisant l’AVX, tout en aidant à la stabilité du système.
  • Ring Ratio : Avec un coefficient de 34, il sera overclocké à 3400 MHz.
  • Misc setting : Les réglages de cette option passent automatiquement sur [Disabled] lorsque nous modifions les paramètres précédents. Comme nous recherchons une fréquence stable, sans variation, nous les laisserons désactivés.
  • CPU Base Clock : Nous utilisons un BCLK de 100 MHz, plus simple pour calculer nos fréquences. Celui-ci sera modifié depuis le système d’exploitation pour affiner nos réglages. Les coefficients permettent un réglage rapide de la fréquence finale par palier de 100 MHz… et le BCLK permettra des variations plus faibles dans l’ordre de la dizaine de MHz…

Image 3 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • DRAM Setting : Avec un kit de G.SKILL TRIDENT Z assez véloce à disposition, nous nous sommes contentés d’utiliser l’XMP pour des résultats reproductibles. La fréquence de la RAM est donc de 4000 MHz et les timings principaux sont de 18-19-19-39 sur l’ensemble des 4 barrettes de 8 Go chacune.
  • DigitALL Power : Il s’agit d’un menu très important sur la plateforme X299, les réglages que nous avons utilisés sont donnés ci-dessous.

Image 4 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Noyée au milieu de nombreux autres réglages, cette partie est en réalité l’une des plus importantes. Comme vous allez le voir tout au long de ce dossier, la consommation augmente très vite lorsqu’on overclocke les processeurs avec de nombreux cœurs. Sans modification de notre part, la carte mère va réduire la fréquence du processeur, de façon plus ou moins visible, afin de ne pas dépasser les limites de consommation ou de température sur les cœurs et les étages d’alimentation. Autant de causes qui auront le même effet : votre processeur n’atteindra pas la fréquence demandée. 

Le pire, c’est que vous ne vous en rendrez peut-être même pas compte. Et pour cause, la fréquence affichée sera bien « celle demandée », mais les performances ne seront pas au rendez-vous… À quoi bon afficher des grosses fréquences si en réalité le processeur ne les maintient jamais ? Une subtilité à maîtriser. Dans ce test, si nous vous indiquons le processeur a 4800Mhz, nous avons pris soin de valider que cela est réellement le cas.

  • VR 12VIN OCP Expander : Plus la valeur est élevée, plus la limite de consommation maximale autorisée sera repoussée. Avec une valeur trop faible, la consommation maximale sera réduite en impactant les performances. Avec une valeur plus élevée, le processeur aura plus de marge de manœuvre eu sa disposition lorsque nécessaire. Ici nous avons utilisé le maximum, [20A], sachant que sur d’autre BIOS nous pouvons monter jusqu’à 180 Ampères. Cette option mettra de la pression sur votre alimentation, assurez-vous quelle soit à la hauteur.
  • CPU Loadline Calibration Control : Le LLC est également un paramètre important, nous y reviendrons dans les pages de ce dossier. Mais vous savez déjà que notre réglage idéal est en mode 5.
  • CPU Over/Under Voltage Protection : Les OVP et UVP protègent le système des surtensions et des sous-tensions. Nous cherchons principalement la stabilité, une valeur plus importante offre une meilleure marge de manœuvre.
  • CPU Over Current Protection : L’OCP protège le système des sur-courants, le mode [Enhanced] permet de pousser le système d’avantage avant que la protection ne soit enclenchée.
  • CPU Switching Frequency : La fréquence de fonctionnement des étages d’alimentation, plus elle sera élevée et plus le système aura une alimentation stable, au détriment de la température de ceux-ci. Si vos VRM ont tendance à chauffer, essayez de mettre ce paramètre au minimum et de voir si la stabilité est toujours assurée. 
  • CPU VRM Over Température Protection : Sur les cartes mère X299, les étages d’alimentation sont mis à rude épreuve, assurez-vous d’avoir un boitier bien ventilé, voire une ventilation dédiée à ceux-ci si leurs températures s’affolent. Pour ce réglage nous n’avons pas mis le maximum afin de ne pas endommager le PCB de la carte mère ou les composants eux même. [110 °C] nous a semblé, dans notre cas, une valeur suffisamment élevée, mais raisonnable pour ne pas risquer d’endommager de notre matériel.

Les autres réglages sont identiques mais pour les autres parties du système comme la RAM, le Ring, le SA ou le OI… Les noms varient en fonction des cartes mères et fabricants. 

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Si vous mettez une ventilation sur les étages d’alimentation (MOS) vous pouvez régler la vitesse du ventilateur en fonction de leurs températures. Cela fonctionne aussi pour les autres couples ventilateurs/températures. Choisissiez la température qui vous intéresse, ici « MOS », puis sélectionnez le nom du canal sur lequel votre ventilateur est connecté, ici « CPU 1 ». Puis placez les points voulues grâce à la courbe de couleur.

Un appui sur [F] suffit à mettre tous les ventilateurs à 100%.

Pour en finir avec le BIOS, la partie tension. Si l’overclocking « bien fait » n’est pas dangereux, il faut savoir rester raisonnable, inutile d’abuser des Volts. 

Image 6 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • VCCIN Voltage : Tension principale qui va alimenter les autres parties du processeur. Le VCCIN va alimenter le Vcore, le Vring, le Vsa, le Vio… Il est donc important qu’il soit toujours plus haut que tous les autres. Généralement nous conseillons de le garder une avance de 500 à 600 mV. Comme vous pourrez le voir, un VCCIN mal réglé peut avoir de lourdes conséquences.
  • CPU Core Voltage : Tension d’alimentation des cœurs : c’est le paramètre principal pour l’overclocking du processeur.
  • CPU Ring Voltage : C’est lui, le Vring, qui assistera à la montée de la fréquence du Ring, le bus d’interconnexion entre tous les coeurs et les interfaces externes du processeur.
  • CPU Uncore Voltage Offset : Ce paramètre aide à stabiliser l’overclocking de la portion mémoire (RAM). Avec un Offset nul, la RAM ne pouvait pas démarrer à 4000 MHz, mais au-delà de +300 mV nous avons eu du succès. En mode [Auto], démarrage immédiat, nous avons donc conclu que le mode auto appliquait au moins +300 mV. Il est important de vérifier car le Mode Auto est souvent gourmant.
  • CPU SA et IO Voltage : Eux aussi aident à stabiliser la portion mémoire côté processeur. 
  • DRAM CH_X/X Voltage : Encore une tension pour l’overclocking RAM, mais cette fois en modifiant directement la tension des barrettes mémoires. 

Pour vous guider voici un tableau, fournis par MSI, indiquant tensions maximales à ne pas dépasser. Comme toujours, ne mettez pas le max sans vérifier avant que cela soit utile.

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Décapsulage des Core i9

Le décapsulage est une pratique devenue courante. Elle consiste à retirer l’IHS, la capsule de protection du processeur, afin de remplacer la pâte thermique employée par Intel par un produit plus performant. Nous avions traité le sujet sur les processeurs de type Skylake, Kaby Lake, et Coffee Lake dans un précédent test.

Lors du lancement des processeurs Intel de la série Skylake-X aucun outil n’était disponible, nous avions donc conçu le notre et vous l’avions présenté en images dans ce diaporama : Making of : on a fabriqué notre décapsuleur pour Core i9 !

Image 8 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Nettoyage ou pas ?

Image 9 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !Image 10 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Dans ce dossier nous avons testé le processeur une fois décapsulé (à gauche) et une fois décapsulé et nettoyé de la colle de l’étage supérieur (à droite). Cela a permis de vérifier les écarts de température entre les deux méthodes. Ayant été pris à partie à plusieurs reprises pour ne pas avoir retiré la colle, nous voulions en avoir le cœur net (sans jeux de mot).  

Dans les deux cas la pâte thermique utilisée était identique, de la Thermal Grizzly Conductonaut entre le die et l’IHS, et de la Thermal Grizzly Kryonaut entre l’IHS et le refroidissement. En rouge, tout autour du die, nous avons recouvert les petits composants de vernis à ongles. La Conductonaut étant conductrice, il faut s’assurer qu’elle ne va pas créer de court circuit. Sur certaines photos le vernis est noir, il s’agit simplement d’un autre processeur. La couleur n’ayant bien évidemment aucune importance (même si nous conseillons plutôt un vernis sans pigment ni effet brillance dans notre delid du processeur AMD Ryzen 5 2400G).

Le processeur étant préparé, nous pouvons passer à l’installation pour les tests sans IHS : le “direct-on-die” ou communément appelé “direct die”.

Installation du Direct Die Frame

Le décapsulage n’est déjà pas fait pour les âmes sensibles ; avec le Direct Die Frame (DDF) nous passons au niveau supérieur. Plutôt que de retirer la protection temporairement pour changer la pâte thermique puis la remettre en place, l’idée ici et de se passer entièrement de l’IHS. En théorie, moins d’intermédiaire entre le die et le système de refroidissement est préférable.

Attention toutefois, le processeur est plus vulnérable dans cette configuration sans protection et, même si ces n’est pas très compliqué, cette étape n’est pas conseillée aux débutants qui n’ont pas l’habitude de manipuler les processeurs.

Image 11 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !Sans son IHS, le processeur ne peut plus être immobilisé dans le socket de la carte mère. Der8auer propose un outil pour adresser cet enjeu et faciliter le montage : le Direct Die Frame (DDF). A gauche, le système de verrouillage de la XPOWER, à droite le DDF de Der8auer :

Image 12 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • Etape 1 : Dévissez les quatre vis du système de verrouillage à l’aide de la clé fournie et retirez le.
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  • Etape 2 : Collez les pads adhésifs sur la plaque arrière fournie avec le DDF. 
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  • Etape 3 : A l’arrière de la carte mère, remplacez la plaque arrière précédente par celle que vous venez de préparer. Pensez à bien la positionner afin de pouvoir mettre les vis un peu plus tard.
L’adhésif étant très puissant, Der8auer conseille de mettre les quatre pads mais de n’en utiliser qu’un. Laissez la partie rouge sur les trois autres afin de pouvoir redémonter la plaque de la carte mère.  

Image 15 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • Etape 4 : Placez le processeur dans ce qu’il reste du socket.
Pour utiliser le DDF il est conseillé de retirer toute la colle de l’IHS. N’utilisez pas d’objet dur ou coupant afin d’éviter d’endommager le PCB du processeur. Attention également à ne pas arracher de petits composants. Pour cette opération nous avons utilisé nos ongles. 10 cœurs, 10 doigts, coïncidence ?

Image 16 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • Etape 5: Presque fini ! Enfin c’est ce que nous pensions… Placer le DDF sur la carte mère et vissez les quatre vis à l’aide de la clé fournie. Il y a qu’une position qui convient. Si vous vous trompez, le DDF ne sera pas plat. En cas de doute regardez sur nos photos.
Serrez les vis en formes de croix (passez de l’une à l’autre en diagonale) pour assurer une bonne fixation.

Image 17 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

  • Etape 6 : Monter le refroidissement qui devait, en principe, être compatible. Malheureusement les vis de notre EK Supremacy dépassaient très légèrement de la plaque de refroidissement. Lorsque le waterblock était installé, le contact entre le die du processeur et le waterblock n’était pas concluant. Une simple histoire de vis présentes sur la base du waterblock et qui venaient appuyer sur le DDF plutôt que le die.
Image 18 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Après avoir contacté EK à ce sujet, ils nous ont fait savoir que ce problème de compatibilité était présent uniquement sur les produits datant de plus d’un an. Bon à savoir !

Image 19 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Pour vérifier cela nous avons reçu, une fois l’article terminé, un modèle plus récent. Le problème est en effet résolu. Dans la mesure où le DDF n’existait pas il y a un an, nous ne pouvons bien entendu pas en tenir rigueur à EK.
Vérifiez bien que votre waterblock est compatible avant d’acheter le DDF. Une bonne mesure est de valider que rien ne dépasse de la surface inférieure de votre waterblock. 

Le petit problème du jour

Ayant quasiment fini le dossier lorsque nous avons rencontré le souci, et ne voulant pas tout recommencer avec un autre système de refroidissement, nous avons décidé de modifier notre waterblock.

Image 20 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

L’opération devait être simple : utiliser une fraise à lamer pour reprendre les quatre trous afin que les vis soient entièrement noyées dans la base. Et là, c’est le drame.

Image 21 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Dès l’apparition des premiers copeaux, la couche de nickel qui protège la plaque de refroidissement s’est détachée. Alors certes, nous ne sommes pas censés usiner les waterblocks, mais le résultat reste tout de même très surprenant et nous fait remettre en cause la qualité de cette couche de protection.

Image 22 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Une fois les trous approfondis, et la couche de nickel totalement retirée, le waterblock est de nouveau prêt à l’emploi et cette fois, il est compatible !
Pour le montage en direct die nous avons utilisé de la Thermal Grizzly Conductonaut.

Températures : Stock vs décapsulé vs direct die

Le matériel étant (enfin) prêt, nous allons tester l’influence sur la température du décapsulage et du refroidissement en direct die.

  • Sans modification : Aucune modification est apportée au processeur, littéralement « Sortie de la boite »
  • Décapsulé : Le couvercle de protection (IHS) du processeur a été retiré puis remis en place avec une pâte thermique de meilleure qualité.
  • Décapsulé et nettoyé : Couvercle de protection retiré, nettoyé de la colle résiduelle puis remis en place avec une pâte thermique de meilleure qualité.
  • Direct-die : Couvercle de protection retiré, contact direct entre le refroidissement et la surface du processeur (DIE).

Paramètres par défaut

Dans un premier temps nous nous contentons d’utiliser les paramètres par défaut de la configuration et de tester le processeur avec trois types de charge. Cinebench R15 est l’un des tests de performances les plus utilisés en overclocking. Sollicitant tous les cœurs il est relativement demandeur, mais reste le plus simple de notre sélection. Sur ce test le processeur était cadencé à 4000 MHz et la tension d’alimentation était de 1,06 V, paramètres que tout le monde peut atteindre.

Comme prévu, le processeur avant modification présente des température supérieures. Le décapsulage permet de gagner 5 à 6 °C sur la température moyenne et le refroidissement en direct die l’emporte d’une courte tête.

Image 23 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Passons maintenant à un test un peu plus lourd, Prime 95. En version 26.6 le logiciel n’utilise pas l’AVX. Nous avons une des charges les plus lourdes qu’il est possible d’avoir (sans utilisation de l’AVX). Le processeur est toujours à 4000 MHz pour 1,06 V. La hiérarchie reste inchangée et l’écart évolue très peu.

Image 24 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Nous continuons avec Prime 95, mais cette fois en utilisant la version 29.1 qui utilise l’AVX. Ce test étant très lourd, la carte mère réduit automatiquement la fréquence à 3600 MHz et la tension à 1 V (Offset de -4 sur le ratio du CPU). Le test est certes plus lourd, mais la fréquence et la tension d’alimentation étant plus faible nous retrouvons des températures très proches, voire même légèrement inférieures au test précédent.

Image 25 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Si nous devions faire une conclusion maintenant, nous vous conseillerions de ne pas toucher votre processeur si vous ne l’overclockez pas lourdement. Les risques de l’endommager, perdre la garantie, investir dans un outil pour le décapsulage ou le Delid Die Frame… le tout pour une poignée de degrés et des résultats limités par défaut ? Toutefois, comme nous allons le voir, avec l’overclocking le gain va prendre de l’ampleur.

Impact de l’overclocking

Nous reprenons les mêmes logiciels, mais cette fois la fréquence et la tension d’alimentation augmente pour simuler une configuration overclockée.
Lors de notre choix de paramètres nous n’avons pas cherché à optimiser le rapport fréquence/tension, mais à trouver un réglage nous permettant d’avoisiner les 100 °C.

Sur Cinebench R15 la fréquence est de 4400 MHz alors que la tension d’alimentation atteint 1,25 V. Avec l’overclocking la température monte considérablement et passe de 54 °C à 75 °C de moyenne sur le processeur « sortie de la boite ». Avec l’augmentation de la chaleur à dissiper : les écarts se creusent.

Avec ou sans colle, le décapsulage permet de gagner 11 à 12 °C de moyenne, mais également de baisser de 15 °C la température du cœur le plus chaud. La méthode du direct die prend le large avec 18 °C de moins que la solution fournie par le fabricant.
 Image 26 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Sur Prime95 v26.6 (sans AVX) les réglages sont identiques. Chaud, le processeur a très chaud. Au moins un des cœurs atteint 96 °C, pourtant nous utilisons un watercooling performant et la tension d’alimentation n’est que de 1,25 V. On comprend, dès lors, un peu mieux pourquoi le décapsulage a le vent en poupe : 15 °C de gain après décapsulage et 22 °C grâce au Direct Die Frame !

Image 27 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Avec la version 29.1 de Prime95 nous avons dû réduire de façon importante la fréquence et le Vcore. Avec 4100 MHz et 1,15 V le processeur frôle déjà les 100 °C. Brutal ! Si l’AVX a toujours fait chauffer les processeurs, nous atteignons ici un niveau inégalé, et le processeur n’a « que » 10 cœurs. Les gains en température sont similaires au test précédent malgré la baisse du Vcore.

Image 28 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Notez la différence de 2°C avec et sans nettoyage de la colle, on ne sait pas trop pourquoi. Toujours est-il que nos mesures montrent que le nettoyage de la colle n’a pas d’impact significatif, c’est toutefois plus propre pour ceux qui aiment le travail bien fait !

Le direct-die, une solution intéressante ?

Chaque utilisateur à ces propres besoins, envies, seuils de tolérance au bruit… nous vous donnons donc simplement notre point de vue à la lueur de ces tests. N’étant jamais à l’abri d’un « coup de pas de chance », si vous n’avez pas les moyens d’acheter un nouveau processeur, réfléchissez-y à deux fois avant toute modification, car celles-ci annulent la garantie.

En revanche, si vous voulez pousser la bête, la température va s’envoler. Le décapsulage devient alors une option intéressante, le risque est limité, et les processeurs ont la peau dure. Pour le débat de laisser ou nettoyer la colle interne : sur les trois processeurs testés nous n’avons jamais vu de gain après l’avoir retiré.

Le refroidissement en direct die existe depuis quelques années, mais il n’a jamais réellement percé, du moins jusqu’à maintenant. Avec des processeurs qui « chauffent » de plus en plus, cette méthode risque de faire de nombreux adeptes, dommage que le Delid Die Frame soit cher, car sur le plan des performances, rien ne l’égale.

Overclocking : évolution des fréquences

Lors de l’overclocking d’un processeur, il arrive toujours un moment ou celui-ci cesse d’être stable. Le résultat le plus connu est le célèbre écran bleu. Arrivé à ce point, l’utilisateur dispose alors de trois approches :

  • Baisser la fréquence pour retrouver la stabilité.
  • Modifier des paramètres dans le BIOS et espérer un meilleur résultat.
  • Utiliser un système de refroidissement plus efficace.

Cœurs vs Vcore avec IHS

Dans cette section, nous allons étudier l’influence de l’augmentation du Vcore sur la fréquence des cœurs. Pour cela, nous avons testé 2 Core i9-7900X à différentes tensions d’alimentation pour chercher la fréquence maximale à laquelle le processeur pouvait passer Cinebench R15. Les paliers en tension sont de 0,1 V, sauf pour le point à 1,25 V ajouté pour affiner la courbe. La montée en fréquence se fait par saut de 25 MHz.

Image 29 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
A basse fréquence les deux processeurs sont identiques et parviennent à exécuter le test de performance à 4250 MHz. En augmentant le Vcore de 0,1 V, la fréquence maximale passe à 4575 MHz sur le processeur #2 et 4600 MHz sur le #1. Une montée en tension relativement faible, mais un gain en fréquence de 350 MHz. Le palier suivant est assez similaire, l’écart entre les processeurs se maintient à 25 MHz et une bonne progression avec 250 MHz de gagnés.

Arrivé à 1,3 V la progression en fréquence ralentit, +100 MHz dans un cas (#2) et +150 MHz dans l’autre (#1), ce qui creuse l’écart entre les deux CPU. L’augmentation du Vcore est le levier principal pour augmenter la fréquence, mais cela n’est pas sans limite : le processeur va chauffer de plus en plus et la progression va ralentir. Lorsque que votre processeur chauffe trop, ou qu’il a besoin d’une grosse dose de Vcore pour grappiller quelques MHz, c’est qu’il est temps de s’arrêter.

Cœur vs Vcore – direct die

Pour ce test nous n’avons conservé que le processeur #2, mais nous avons comparé sa montée en fréquence avant décapsulage et en direct die.

Image 30 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
A basse tension d’alimentation, le montage à l’aide du Delid Die Frame prend déjà l’avantage, mais l’écart se creuse réellement lorsqu’on dépasse les 1,2 V. L’explication ce trouve du côté de la température. Avant décapsulage, le processeur chauffe énormément, empêchant les cœurs de profiter de l’augmentation du Vcore. Le DDF permet au processeur d’être mieux refroidi et donc repousser l’apparition de cette limite (ou mur).
Avec 100 MHz de plus et 20 °C de moins, le refroidissement en direct die à de quoi séduire.

Cache vs Vring

Même principe, mais nous nous intéressons à la fréquence du cache lorsque nous augmentons le Vring.

Image 31 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Pour ce test, les paliers en fréquence étaient de 100 MHz, ce qui explique le profil atypique de notre courbe. Avec un pas plus fin, la « vague » aurait été lissée. Ce qu’il faut retenir ici : pour chaque pas de 0,1 V, nous pouvons espérer un gain en fréquence d’un peu plus de 100 MHz. Bien sûr cela variera d’un processeur à l’autre, mais l’ordre de grandeur restera similaire, n’espérez pas progresser ni du double, ni de la moitié.

Tests croisés

Afin de vérifier l’influence du Vcore sur le cache et l’influence du Vring sur la fréquence des cœurs, nous avons effectué des essais complémentaires :

Cache vs Vcore
Avec 1,1 V de Vcore pour 4400 MHz et 1,15 V de Vring nous avons stabilisé le cache à 3494 MHz et la température était de 60 °C. Nous avons alors conservé ces réglages tout en modifiant le Vcore de 1,15 V à 1,25 V. En théorie, les cœurs ne devraient pas être impactés par ce changement, cependant nous n’avons pas réussi à dépasser les 3473 MHz. Une baisse de 21 MHz de moins comparée à notre point de départ. Nous supposons que cela est dû à l’augmentation de la température. Sur Skylake-X, le Vcore n’a donc pas d’influence directe sur le cache, contrairement à d’autre architecture.

Cœur vs Vring
Avec 0,9 V de Vring pour 3000 MHz et 1,25 V de Vcore nous avons stabilisé les cœurs à 4900 MHz et la température était de 79 °C. Nous avons alors conservé ces réglages tout en modifiant le Vring de 0,9 à 1,2 V. En théorie les cœurs ne devraient pas être impactés par ce changement, et pourtant, nous n’avons pas réussi à dépasser les 4880 MHz, soit un manque de 20 MHz. La température de 81 °C étant relativement proche de l’essai précédent, difficile de justifier la cause de cet écart. Nous pouvons tout de même conclure que l’influence, si elle existe, reste minime, -20 MHz (Cœur) pour +0,3 V (Vring).

Consommation et température

Intéressons nous maintenant à l’effet de l’overclocking sur la consommation et sur la température du processeur. Dans un premier temps nous allons conserver le Vcore à 1,3 V et faire varier la fréquence. La première chose qui attire l’attention et le suivi quasi parfait de la température et de la consommation. Autre chose remarquable : l’évolution est quasi linéaire. Sur nos relevés, en augmentant la fréquence de 15,8 %, la consommation augmente de 14,8 % et la température de 13,5 %, nous avons un rapport proche de 1:1 entre la montée en fréquence et la consommation.

Image 32 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Nous avons cette fois fixé la fréquence à 4250 MHz et augmenté le Vcore de 1 à 1,3 V. La température semble toujours collée à la consommation, mais l’augmentation n’est plus linéaire. Selon nos relevés, en augmentant le Vcore de 30 %, la consommation augmente de 63 % et la température de 55%. Ces informations mettent en évidence l’impact du Vcore sur la température et consommation du processeur. Une raison de plus de garder la main légère sur ce paramètre lors de vos overclocking.

Image 33 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Cas réel : overclocking optimisé et LLC

Dans le cas d’un overclocking « bien fait », l’augmentation du Vcore ne se fait que pour atteindre une fréquence plus élevée. Nous avons donc repris nos deux processeurs et avons testé pour chaque point de fonctionnement optimisé : la température et la consommation.

Image 34 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Le profil des températures est similaire à celui des consommations, l’un étant toujours directement lié à l’autre. 
  • Jusque 4600 MHz, la fréquence augmente rapidement avec peu d’ajout de Vcore. Nous sommes donc dans une zone propice à l’overclocking, avec 8% d’overclocking (sur 10 cœurs) entraînant une augmentation de « seulement » 22 % de la consommation. Dans cette zone notre ratio Gain en fréquence vs consommation est proche de 1/3.
  • Passée 4600 MHz : un overclocking de 5 % entraîne une consommation supplémentaire de 23%, un ratio proche de 1/5.
  • Au-delà de 4800 MHz : 2 % d’overclocking entraîne une hausse de… 24 % de la consommation soit un ratio de 1/12 ! Dans cette zone l’overclocking n’est plus du tout conseillé.

Effet du Load-Line Calibration

Le LLC permet de stabiliser la tension d’alimentation lorsque la charge du processeur change, il ne s’agit pas d’une fonction ayant pour but les économies d’énergie. Lorsque le processeur est au repos il consomme peu d’énergie et donc les 1,3 V demandés seront facilement atteints. Une fois le test démarré le processeur est d’avantage sollicité et la tension va baisser à 1,26 V par exemple. Si le test est très lourd, elle peut même tomber d’avantage. Evidemment pour la stabilité du système cela n’est pas souhaitable. Certaines cartes mères possèdent donc une fonction appelée Load-Line Calibration. Une fois activée, le LLC va augmenter artificiellement la tension d’alimentation pour limiter cet effet.

Dans un premier temps, par habitude, nous avons tout naturellement fait les essais en regardant l’effet du LLC sur le Vcore. On peut constater que la tension relevée est toujours plus basse que celle demandée, mais ce n’est pas dramatique, puisqu’au repos nous n’avons pas de risque d’instabilité. Le test sous Prime95 (sans AVX) apparait en bleu sur le graphique. Le LLC modes 1 à 5 donnent un Vcore légèrement supérieur à celui demandé, alors que les modes 6 à 8 sont un peu plus bas. Toujours rien de dramatique à signaler. Sur le dernier test, Prime95 (avec AVX) les modes 1 à 3 suralimente le Vcore de façon assez importante, pour 1,2 V demandé nous avons plus de 1,23 V réel. A partir du mode 4 la consigne est respectée.

Image 35 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Au regard de ces résultats, nous avons décidé d’approfondir cette option, en effet nous voyons l’influence du LLC, mais celle-ci n’est pas assez marquée et d’un mode à l’autre il n’y a parfois aucun changement.

Le processeur étant équipé d’un système d’alimentation interne, la carte mère ne fournit pas directement le Vcore, mais le Vccin, ce qui explique les faibles changements constatés précédemment. Nous avons donc recommencé nos essais en surveillant le Vccin au lieu du Vcore.

Image 36 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Pour une consigne de 1,72 V on constate que le mode 1 donne des tensions beaucoup trop élevées, jusqu’à 1,79 V (+0.07v) en cas de forte charge. A contrario, le mode 8 est faiblard avec des baisses pouvant atteindre 1,69 V (-0.03v). Le compromis idéal nous semble donc être le mode 5 qui donne des résultats équilibrés. Voici donc le véritable effet du LLC sur les processeurs Skylake-X. Si vous possédez une autre génération de processeur, dépourvue de FIVR ou IVR (système de contrôle de l’alimentation interne) alors le LLC s’applique sur le Vcore directement.

OC sous Azote Liquide

Enfin le coté tant attendu ! Nous allons laisser de côté notre watercooling. L’heure est venue de faire parler les Watts !

Image 37 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !

Conductonaut vs Kryonaut

A température ambiante, la Conductonaut est très performante, bien plus que les pâtes dites classiques, mais qu’en est il à basse température ?
Nous avons donc préparé notre 7900X avec le DDF pour une session extrême.

Sachant par expérience que nous n’irions pas très loin, plutôt que de chercher à faire des scores, nous avons choisi de conserver les mêmes réglages tout en baissant la température de notre système de refroidissement.

Les réglages étaient de 2,1 V pour le Vccin, 1,4 V pour le Vcore et 4800 MHz pour les cœurs.

Image 38 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide ! 
  • Avec la base du godet à 20 °C : Core Temp indique une consommation de 330 W et les températures des cœurs sont comprises entre 80 et 98 °C.
  • A 0 °C et les mêmes paramètres : la consommation baisse de façon importante, 303 W. Devant ce résultat surprenant nous avons confirmé ces valeurs grâce au monitoring de notre Cooler Master MasterWatt Maker 1200. Côté température des cœurs, une baisse de 20 °C du refroidissement (godet) associé à une consommation inférieure entraine un gain de 30 °C sur les cœurs du processeur.
  • A -20 °C la consommation, toujours en baisse, passe à 285 W et les cœurs voient leurs températures baisser de 25 °C.
  • A -40 °C nous relevons une consommation de 275 W soit 55W de moins que lors de nos débuts de tests avec le refroidissement à 20 °C. Le cœur le plus chaud est à 17 °C alors que le plus froid est à 1 °C.
  • A -60 °C le système est devenu instable et nous constatons des remontéEs rapides et importanteS des températures des coeurs. Cela est le signe indéniable que la pâte thermique a cessé d’accomplir sa tâche. Nous avons réduit le Vcore à 1,1 V afin de limiter la consommation sans résultat conséquent car certains des cœurs dépassaient les 35 °C.
Ce test nous confirme que la Conductonaut, très performance à température ambiante n’atteint pas les objectifs dans une utilisation extrême (en dessous des -60 °C). Ce test nous permet également de mettre en évidence le lien étroit entre la consommation de la configuration et la température de fonctionnement du processeur, signe une fois de plus que le froid n’est pas nocif pour ces composants.

La Kryonaut, bien que moins efficace que la conductonaut à température ambiante, est l’une des pâtes thermiques les plus performantes pour l’overclocking extrême. Nous avons testé notre configuration avec et sans IHS afin de voir si les prouesses du Direct-Die-Frame (DDF) en air seront reproductibles en overclocking extrême.

Direct Die Frame contre IHS

Après trois ou quatre assemblages, l’appréhension d’endommager le processeur en le montant à l’aide du DDF nous a enfin quitté. Comme à notre habitude, nous avons mis une quantité de pâte importante afin d’éviter les problèmes existant sous azote liquide.
Image 39 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
  
Même si nous avons fait notre maximum pour obtenir des valeurs les plus fiables possibles, il faut savoir que la répétabilité des tests sous froid est très difficile à obtenir. Les résultats suivants indiquent donc une tendance :

Image 40 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
 
Avec le godet à -50 °C, le DDF fait jeu égal avec le montage ayant un IHS. Au palier de température suivant, le refroidissement en direct die prend un léger avantage. Le schéma obtenu à température ambiante semble se reproduire. Mais, à -70 °C, alors que nous pensions que la différence serait d’avantage marquée, les deux méthodes permettent d’obtenir la même fréquence. -80, -90, -100 °C et même constat, il semble qu’IHS ou DDF ne change pas grand-chose, et c’est bien cela le plus surprenant. 

En lisant les rares retours d’overclockers extrêmes sur le direct-die les avis sont très partagés. Certains se plaignent d’avoir perdu 400 MHz quand d’autres indiquent avoir gagné un peu de fréquence. La seule chose sur laquelle tout le monde semble s’accorder est la difficulté à reproduire les résultats en direct-die.

Fréquence maximale


Image 41 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Voici la plus grosse fréquence que nous sommes parvenus à stabiliser pour Cinebench R15. L’objectif était de comparer les deux méthodes et de relever des températures obtenues. Une mission difficile à coupler avec de jolis scores, ce n’est que partie remise !

Conclusion

Nous voici arrivés au terme de ce dossier. Le résultat le plus marquant est sans doute la « vitesse » à laquelle la température des ces processeurs augmente avec l’overclocking.

Si le décapsulage n’est pas nécessaire pour une utilisation normale, il le devient dès qu’on augmente les tensions d’alimentation, même légèrement. Pour les plus exigeants, le refroidissement en direct die permet de réduire de plus de 20 °C la température des cœurs, et de gagner jusqu’à 100 MHz. Dans le cas ou vous seriez intéressés, le Delid Die Frame est une solution clé en main, mais pensez à vérifier que votre système de refroidissement est compatible.

En vous lançant dans l’overclocking, pensez à garder un œil sur l’efficacité de votre configuration, les Skylake-X ayant la fâcheuse tendance à réduire les fréquences sans crier gare. Un BIOS mal réglé pouvant limiter les performances, pensez donc à ajuster votre Vccin et le Load Line Calibration avec le plus grand soin. Quant au Vcore, augmentez-le avec parcimonie tant son effet sur la consommation et la température est marqué. 

Dernier conseil, sachez vous arrêter à temps, évitez les scénarios où un overclocking de 2 % entraîne une hausse de la consommation de plus de 20 %… La clé reste dans un système équilibré, performant et stable.

Image 42 : Overclocking du Core i9-7900X : décapsulage, direct die et azote liquide !
Pour ce qui est de l’overclocking extrême, c’est un monde bien à part avec ses propres lois et traditions. La Conductonaut, si performante à température ambiante, se révèle catastrophique une fois passée en dessous des -60 °C. Le contact direct avec le die, qui brille dans nos tests sous watercooling, n’a pas réussi à convaincre une fois sous azote liquide. 

Pour ce qui est de notre couple MSI X299 XPOWER GAMING AC et Core i9-7900X, sachez qu’il coule des jours heureux, satisfait du devoir accompli et toujours en plein forme. Preuve, une fois de plus, que l’overclocking, s’il est bien fait, n’a pas pour finalité la destruction du matériel !
 

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