Prime 95 gefährlich für übertaktete Prozessoren? Leserbrief der Woche
Tag für Tag erhält PC Games Hardware Anfragen, Vorschläge und Kritik von Lesern. In der Rubrik "Leserbrief der Woche" stellen wir Ihnen wöchentlich einen ausgewählten Leserbrief und bei Bedarf die Antwort eines Fachredakteurs vor. Beachten Sie, dass der Leserbrief der Woche nicht zwangsläufig in der Woche an die Redaktion geschickt wurde, in der er Ihnen an dieser Stelle präsentiert wird.
PC-Games-Hardware-Leser Michael hat in der PCGH-Ausgabe 11/2014 über das Übertakten von Haswell-E gelesen. PC Games Hardware hat Prime 95 v28.5 eingesetzt, obwohl manche Anwender davon abraten, um den Prozessor zu schonen. Wie schätzt PCGH die Situation ein?
Der Leserbrief von Michael:
"In der PCGH 11/2014 wird auf das Overclocking von Haswell-E konkret eingegangen. Hier kommt der beliebte Stabilitätstest Prime 95 28.5 zum Einsatz, der ja bekanntlich die neue FM3-Befehlssatzfunktion unterstützt. In vielen Kommentaren und auch auf den Asus-ROG-Seiten wird von Prime 95 v28.5 abgeraten, da es zur Degeneration des Prozessors führen kann. So wird häufig Prime 95 v27.9 empfohlen, das die Befehlssatzfunktion FMA3 nicht beherrscht, somit jedoch auch nicht die vollständige Stabilität des Prozessors sicherstellt.
Ich frage mich nun, weshalb habt ihr hier diesen anscheinend fahrlässigen Test Prime95 v28.5 gewählt, wie schlimm sind die Peak-Ströme in diesem, und kann der Prozessor bei einem Stabilitätstest wirklich degenerieren? Wie schlimm sind hier die ominösen 400 Watt Leistungsaufnahme zu werten? Von Incredible Alk habe ich gelernt, dass hohe Temperaturen nicht wirklich degenerierend wirken: [url]http://extreme.pcgameshardware.de/prozessoren/240014-prime95-schadet-ivy-bridge.html#post4619428"[/url]
Die Antwort von Stephan Wilke (Fachbereich Overclocking):
"Gerade im Rahmen eines PCGH-Tests empfinde ich es als wichtig, auch bewusst sehr stark fordernde Tests zu verwenden. So lassen sich etwaige Schwächen eher aufdecken und das erwarten die Leser natürlich auch von uns. Wir haben keinen Defekt oder eine Verschlechterung der OC-Eigenschaften feststellen können. Nüchtern betrachtet ist Prime 95 (egal welche Version) auch nur eine Anwendung, die ein Prozessor fehlerfrei verkraften muss. Ein etwaiger Schaden entsteht bei der Nutzung von Stresstests zum Prüfen der Stabilität im Normalfall im Zusammenspiel mit Overclocking, also dem bewussten Betrieb außerhalb der Herstellervorgabe.
Dass die Spannung grundsätzlich das größere Risiko für eine CPU darstellt, ist auf jeden Fall korrekt. Zum Beispiel kommt es auch beim extremen Übertakten mit flüssigem Stickstoff, der -192 °C kalt ist, zu CPU-Defekten, weil bei Rekordversuchen oft mit massiver Überspannung gearbeitet wird. Die Temperatur selbst beeinflusst aber auch die Stabilität. Es ist also durchaus möglich, dass der gleiche Prozessor einen bestimmten Takt bei einer identischen Spannung verkraftet, wenn man einen leistungsfähigeren CPU-Kühler verwendet. Dafür muss es kein flüssiger Stickstoff sein, der Effekt lässt sich oft schon mit einem besseren Luftkühler beobachten.
Generell ist es natürlich so, dass ein Programm wie Prime 95 28.5 ein höheres Risiko für einen Prozessor darstellt als ein Programm, das weniger Kerne und/oder Instruktionen nutzt. Wenn man aber vernünftige UEFI-Einstellungen wählt und bei der Spannung nicht übertreibt, dauert es normalerweise sehr lange, bis sich die OC-Eigenschaften aufgrund von Elektromigration spürbar verschlechtern. Soll heißen: Wenn die UEFI-Einstellungen den Ausschlag dafür geben, welchen Stabilitätstest man verwendet, dann sind es die falschen Einstellungen.
Daher zwei meines Erachtens wichtige Tipps für langfristig stressfreies CPU-Übertakten:
-Einen sinnvollen Kompromiss aus Spannung und Takt ausloten, nichts mit der Brechstange versuchen: Ab einer gewissen Taktrate benötigen CPUs für relativ geringe Taktsteigerungen deutlich höhere Kernspannungen. Ich habe es selten erlebt, dass sich Spannungserhöhungen über 10(-15 %) im Alltag wirklich lohnen. Leistungsaufnahme, Hitzeentwicklung und Defektrisiko legen aber immer zu, wenn die Spannung angehoben wird.
-Immer ein wenig Spielraum zwischen dem ausgetesteten stabilen Maximaltakt und der Alltagseinstellung lassen: Wenn man das System nicht am Anschlag betreibt, gibt es eher Reserven für warme Sommertage und für den Fall, dass sich das OC-Potenzial der CPU mit der Zeit verschlechtert. Tests wie Prime 95 stellen außerdem nicht sicher, dass eine Einstellung hundertprozentig stabil ist; sie können nur Instabilität belegen. Oft wird zum Beispiel vergessen, dass im Spielbetrieb die Grafikkarte viel Hitze freisetzt (CPU-Temperatur steigt) und Instabilität durch Lastwechsel (Turbo-Modus bei Single-Thread-Last etc.) verursacht werden kann."
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Die ganze Thematik ist auch erst so richtig mit den zunehmend kleineren Fertigungsstufen akut gewurden. Z.B.: TDDB ist hauptsächlich durch die hohen Feldstärken im Gateoxid durch die zunehmende Miniaturisierung zum Problem gewurden, da die Versorgungsspannung nicht mehr so stark gesenkt werden kann. (Was ja auch irgendwo klar ist, bei Versorgungsspannungen um 1V ist da nicht mehr so viel Spielraum, auch im Zusammenhang mit der Schwellspannung, das diese auch nicht beliebig klein werden kann um den Sperrstrom des Transistors nicht zu groß werden zu lassen.) 
Ich hatte die spannungsinduzierten Defekte (ohne Schaltung/Stromfluss) bisher für vernachlässigbar gehalten - bedanke mich aber für den ausführlichen Post von dir in aller Form, wieder was gelernt.
TDDB (time-dependent dielektric breakdown) --> Time-dependent gate oxide breakdown - Wikipedia, the free encyclopedia tritt dadurch auf, dass das Gateoxid durch den bei angelegter Gatespannung fließenden Tunnelstrom (direktes Tunneln, Fowler - Nordheim Tunneln, Trap assisted Tunneling) in der Art geschädigt wird, das in diesem Schadstellen entstehen (Traps --> entstandene Schadstellen begünstigen das Tunneln --> Trap assisted Tunneling), und wenn die Schadstellen einen leitfähigen Pfad durch das Oxid bilden, kommt es zum Durchschlag (Hardbreakdown) --> theory of Percolation. Also der Lekstrom des Transistors steigt mit der Zeit bei koinstanter Spannung immer mehr an, bis das isolierende Oxid versagt und der Transistor (und damit der gannze Chip) kaputt sind. Die Zeit die dafür benötigt wird, hängt sehr stark von der über dem Gateoxid anliegenden Spannung ab (für Oxidschichten unter 4nm wird das Voltage Power Law angewendet, bei dem die Spannung mit etwa der 40. Potenz eingeht). Die Temperatur beeinflusst den Exponennten, also je kälter es wird, desto mehr sinkt dieser ab. Aber der Exponent wird ebenfalls durch die Spannung beeinflusst und steigt mit dieser wieder an. Die über dem Oxid anliegende Spannung wird aber auch von der Größe der Verarmungszone (Depleation zone) im Transistor beeinflusst sowie von der Halbleiterarbeitsfunktion. Diese liegen in Reihe zu der Gatespannung. Die Spannung über der Verarmungszone steigt mit höherer Spannung an, da sich auch die Verarmungszone ausbreitet. In wie weit die Halbleiterarbeitsfunktion beeinflusst wird weiß ich leider nicht.
BTI (bias - temperature instabilety) gibt es einmal für PMOS - Transistoren (NBTI - negative bias temperature instabilety) und seit der Einführung von High K- Materialien auch bei NMOS Transistoren (PBTI - Positive Bias temperature Instabilety). Durch das elektrische Feld im MOS-Transistor können unter anderem Si-H - Bindungen aufgebrochen werden und oder Ladungsträger in das Oxid tunneln (dabei aber nicht zwangsweise eine Schadstelle erzeugen), wodurch eine Ladung im Transistor erzeugt wird und dadurch die Schwellspannung des Transistors derart verändert wird, das dieser langsamer schaltet. Dieser Effekt ist teilweise umkehrbar und wird bei niedrigen Temperaturen scwächer (und die Erhohlung geht etwas schneller).
Si - Surface inversion --> oder auch Mobile Ions, dies sind Verunreinigungen im Silizium in Form von einzellnen Ionen die durch elektrische Felder wandern können und dadurch die elektrische Characteristik der Transistoren verändern können. Die Geschwindigkeit mit der die Ionen wandern steigt mit höherer Spannung und sinkt mit niedrigerer Temperatur.
HCI - Hot carrier injection --> das Eindringen von Ladungsträgern in das Oxid des Transistors (welches nicht immer unbedingt das Gateoxid sein muss, es können auch die setlichen begrenzenden Oxidschichten sein), welche die elektrische Charackteristik des Transistors beeinflussen. Wieder wird der Effekt mit steigender Spannung begünstigt. Bei der Temperaturabhängigkeit wirds hier etwas schwerer, da es dort scheinbar widersprüchliche Angaben gibt. Oftmals wird davon ausgegangen, dass sich HCI mit sinkender Temperatur verschlimmert, doch das ist an weitere Parameter gekoppelt. Bei niedrigen Spannungen steigt HCI mit höheren Temperaturen an, wobei die Höhe der Spannung ab der dies geschieht von der Größe des Fertigungsprozesses abhängt und mit kleineren Prozessen ansteigt.
Abseits davon gibt es neben der Elektromigration (EM) auch noch die Streßmigration (SM) die ähnlich abläuft, aber nur durch die Temperatur beeinflusst wird und auch im ausgeschaltetem Zustand abläuft. Der Effekt ist aber eher für Hochtemperaturanwendungen interessant, da die anderen Effekte im Einsatzbereich von PC - Hardware wahrscheinlich deutlich überwiegen.
Siehe auch z.B.: http://www.sematech.org/d... oder http://www.semicon.panaso... , wobei hier auch andere Modelle (E - Modell / 1/E - Modell, ..) zur Berechnung herangezogen werden.
Leider sind die Ergebnisse die Google zu dem Thema liefert oftmals recht unzusammenhängend, da die zugänglichen Veröffentlichungen teils doch schon etwas älter sind oder sich mit speziellen Dingen (High - K - Gateoxide usw.) beschäftigen. Auserdem beziehen sich die meisten Texte auch auf Bulktransistoren und nicht auf FinFets usw.
Nice...4,8 bei knapp 1,2xx Vcore..
Aber ich kann dir meinen Ex-3770k zeigen,der immer noch lebt,das Teil war echt ne Megahammer-Cpu vom feinsten.... klickst du