Снижаем напряжение питания AMD Radeon R9 Fury с целью повышения эффективности – THG.RU

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Введение

Компания Sapphire недавно отправила нам образец видеокарты Radeon R9 Fury под лейблом Nitro, что оказалось весьма кстати. Несколько недель назад AMD открыла для этих видеокарт возможность корректировки напряжения, что побудило нас воспользоваться этим с не совсем обычной целью. В этой статье мы не будет анализировать возможности разгона, там и так уже все на пределе. Напротив, мы попробуем поставить карту в более разумные рамки.

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | MSI Afterburner

Набор инструментов MSI Afterburner, который по-прежнему базируется на RivaTuner, теперь позволяет регулировать напряжение некоторых видеокарт AMD, которые не могли похвастаться данной возможностью раньше. Сколько милливольт нам удастся убрать до того момента, как карта потеряет стабильность? Как это повлияет на производительность? Сколько при этом энергии нам удастся сэкономить?

Процесс понижения напряжения питания зарубежные оверклокеры называют “undervolting”. Однако мы предпочитаем более точное описание, поскольку фактически напряжение не меняется. Вместо этого происходит смена логики работы в прошивке, в результате которой управление питанием на основе телеметрических данных работает чуть по-другому.

Чтобы анализ был более показательным мы сравним Sapphire Radeon R9 Fury Nitro с GTX MSI 980 Gaming 4G. Эти две видеокарты имеют близкий уровень производительности. Перед началом эксперимента мы загрузили и установили последнюю версию MSI Afterburner, которая выглядит так:

Первый регулятор нам как раз и нужен: он корректирует смещение напряжения. Не удивляйтесь, если цифра изменится, как только вы на него нажмете. Значения должны быть кратны шести. Это означает, что величина -100 мВ не может быть установлена и придется выставить -96 мВ (-6 мА x 16).

Примечание: Каждый GPU уникален. Это означает, что самое низкое значение напряжения, с которым процессор все еще работает без ошибок, может не подойти для другого образца процессора. К тому же, ошибки не всегда проявляются сразу. Чтобы определить, что выбранная конфигурация работает стабильно, необходимо проверить все компоненты видеокарты в течение длительного периода времени.

Карты AMD первых из серий очередного производственного цикла особенно склонны к возникновению проблем после понижения напряжения. Эти графические процессоры превратились в Fury только благодаря смелой разблокировке. Понизить напряжение новых чипов намного легче. Однако даже с ними результаты могут отличаться.

Наш образец карты устойчиво работал при снижении напряжении на -96 мВ, за исключением одного случайного «падения» при экстремальной нагрузке. Значения от -48 мВ до -72мВ должны подойти для любого нового GPU. Однако старые видеокарты, данные по которым мы получили с помощью участников форума, и которые были приобретены сразу после анонса, таких показателей достичь не могут.

Энергопотребление – Metro Last Light в UHD (3840 x 2160), Вт (меньше – лучше)

Влияние изменений в напряжении проще увидеть при сравнении с GTX MSI 980 Gaming 4G, например, в тесте на базе Metro: Last Light в разрешении 4K. Энергопотребление Sapphire Radeon R9 Fury X Nitro резко падает с 279 Вт до 213 Вт. Конечно, это сработает только в случае, если ваш GPU готов работать при таком низком напряжении.

Если вы хотите увидеть аналогичный прирост эффективности на графическом процессоре Nvidia, вас ждет разочарование. Понижение напряжения GPU для таких карт не подходит, потому что достигается за счет уменьшения целевой мощности. Поскольку GPU Boost – это очень хрупкая система, даже небольшое снижение негативно воздействует на тактовую частоту, что, в свою очередь, сильно бьет по производительности. Вряд ли можно жаловаться на сложившуюся ситуацию. Просто Nvidia оптимально сбалансировала механизм, поэтому что-то еще улучшить тут сложно. Как следствие MSI Afterburner даже не имеет возможности понижения напряжения. Его можно только увеличить.

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Энергопотребление в играх

Мы используем нашу стандартную систему для тестов графических карт:

Так как кривая на графике выше показывает энергопотребление на всем доступном диапазоне напряжений, мы ограничиваем последующие тесты показателями при максимальном понижении -96 мВ, среднем -48 мВ и при штатном значении, а также добавим базовые значения карты Nvidia. Мы провели тесты всех этих вариантов настроек в девяти играх с различными аппаратными требованиями.

Игры в UHD – энергопотребление, Вт (меньше – лучше)

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Производительность в играх

Игры в UHD – производительность, кадр/с (больше– лучше)

Сравнение двух конкурирующих видеокарт показывает близкую производительность в разрешении 4K. Фактически Sapphire Radeon R9 Fury Nitro обгоняет решение Nvidia, но разница очень мала, за исключением The Witcher 3, Shadow of Mordor и Thief.

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Эффективность

Игры в UHD – эффективность, Вт/кадр/с (меньше – лучше)

GPU от AMD может быть почти таким же эффективным, как Nvidia, когда компания не выжимает из него все соки. Fiji даже обходит GM204 в The Witcher 3 и Thief. Результат более чем приемлемый. Обогревателем карту уже не назовешь.

GeForce Nvidia GTX 980 обгоняет Radeon R9 Fury в разрешении Full HD. Однако энтузиасты, покупающие такие видеокарты, скорее всего, будут использовать их для более высоких разрешений. Поскольку графический процессор AMD начинает отрываться от соперника в разрешении QHD и WGHD, наши измерения должны отражать результаты, которые будут видны на практике. Исключения будут составлять игры с не очень хорошей оптимизацией драйверов.

Обязательно необходимо подобрать инструмент, подходящий для понижения напряжения. Тенденцию AMD к установке очень высокого напряжения для карт уже можно считать стандартом. Такая стратегия повышает число пригодных графических процессоров, особенно в начале производственного цикла, и она увеличивает прибыль. С другой стороны, это вредит имиджу компании по отношению к покупателям, поскольку им приходится мириться с высоким энергопотреблением и тепловыделением.

В следующем разделе мы более подробно рассмотрим понижение напряжения и его последствия. Анализ приводит к интересным выводам. Мы очень рекомендуем прочесть эту статью, чтобы лучше понять и оценить полученные данные, даже несмотря на то, что мы уже пробежались по результатам. Поверьте, это стоит вашего внимания!

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Параметры напряжения, энергопотребления и температуры

Почему мы не можем “снизить напряжение” на самом деле

А нельзя просто скорректировать напряжение GPU? PowerTune не был бы PowerTune, если бы все было так просто. Программа следит за здоровьем GPU, управляя всеми электрическими параметрами. Вероятно это одна из причин, почему AMD так трудно далось решение о разблокировки целевого напряжения.

VDDC – сглаженный график разогрева карт в игре Metro Last Light, Вольт

Если присмотреться к показателям поближе, первое, что бросается в глаза, это большое расхождение в значениях. Сравнивая красную кривую, которая представляет результаты при целевом значения по умолчанию, с синей кривой, которая представляет результаты при скорректированном целевом напряжении, то мы увидим, что среднее напряжение (VDDC) 1,10 В фактически немного увеличивается до 1,12 В! Однако после пика на 1,2 В напряжение падает до 1,1375 В – это очень большие колебания. На синем графике колебания намного меньше, и кривая, в целом, более гладкая.

Два резких проседания на графике показывают, что понижение напряжения подводит GPU близко к его пределам. Если снизить его еще немного есть риск потери стабильности процессора. Даже несмотря на небольшое увеличение напряжения, средняя сила электрического тока значительно уменьшилась, приводя к более низкому потреблению энергии.

Как более плавная кривая влияет на энергопотребление графического процессора AMD? Давайте посмотрим на три графика ниже. Первый график показывает 60-секундное окно потребления энергии для видеокарты при заводских параметрах. На следующем графике показана нагрузка на карту, представленная в виде времени рендеринга кадров.

Sapphire Radeon R9 Fury Nitro при заводских настройках: обзор потребляемой мощности на всех шинах (1 минута измерений в высоком разрешении с помощью осциллографа), Вт (меньше – лучше)

Мы видим, что карта постоянно работает при максимальной мощности, и между сценами едва ли прослеживается разница. Давайте посмотри на время кадров и затем перейдем к следующему графику.

Metro Last Light в UHD: время рендеринга отдельных кадров по отношению к среднему значению по тесту

Показатели энергопотребления очень хорошо объясняют происходящее. Кроме уменьшенного потребления энергии снизились и скачки мощности. Даже такому результаты мы были бы рады. Но в дополнение ко всему, технология PowerTune теперь может реагировать на изменения в нагрузке и требованиях к питанию намного точнее.

Sapphire Radeon R9 Fury Nitro -96 мВ: обзор потребляемой мощности на всех шинах (1 минута измерений в высоком разрешении с помощью осциллографа), Вт (меньше – лучше)

Полученные результаты подтверждают, что фактически перманентного снижения напряжение на какое-то фиксированное значение нет. Вместо этого мы увеличили значение Power Estimation Engine в общем процессе стабилизации средствами телеметрии. Мы видим более низкое значение напряжения в MSI Afterburner только потому, что избавилось от резерва, который AMD закладывала в первых GPU Fiji. На сегодняшний день, резерв, кажется, изжил себя.

Стал ли GPU на самом деле холоднее?

Все вышеупомянутое должно означать, что рабочая температура GPU должна существенно понизиться, ведь лишнего тепла стало гораздо меньше. К сожалению, в этой логике есть недостаток. Арбитр видеокарты также управляет скоростью вращения вентиляторов карты. В зависимости от настроек прошивки видеокарта AMD распознает более низкие температуры GPU и снижает скорость вращения вентиляторов.

Скорость вращения вентилятора Sapphire R9 Nitro – процесс нагрева, температура окружающей среды 20 градусов Цельсия, об/мин (меньше – лучше)

Это означает, что в итоге GPU нагревается сильнее. Проблема не слишком серьезная, так как целевая температура Radeon R9 Fury Nitro составляет 85 градусов Цельсия. Если вы задаетесь вопросом, почему температура поднимается, посмотрите, как арбитр ресурсов регулирует скорость вращения вентилятора. В процессе участвует много различных факторов. Кроме температуры самого GPU, стоит также учитывать токи схемы стабилизатора напряжения. Это необходимо учитывать, чтобы удостовериться, что VRM и остальная часть платы хорошо охлаждаются, даже если на регуляторы напряжения ложиться дополнительная нагрузка. Так что потребляемая мощность берется в качестве индикатора количества лишнего тепла.

Так как “понижение напряжения” в действительности является уменьшением тока, и датчик GPU показывает меньшую нагрузку, в итоге мы получаем менее агрессивную кривую скорости вращения вентилятора. Результат можно посмотреть на графике температуры:

Изменение температуры Sapphire R9 Fury Nitro в процессе нагрева, градусы Цельсия (меньше – лучше)

Когда карта потребляет максимальное количество энергии в стресс-тесте, ее вентиляторы делают все возможное, чтобы сохранить приемлемую температуру GPU. После “снижения напряжения” вентиляторы успокаиваются и температура GPU вместе с соответствующими компонентами поднимается выше уровня, который был достигнут до изменений. Парадоксальный результат работы арбитра ресурсов означает также более тихую работу.

Нагрев в инфракрасном спектре во время теста Metro Last Light (4K): Sapphire R9 Nitro при штатных настройках, градусы Цельсия (меньше – лучше)

В самом горячем месте разница между картой на заводских параметрах и версией с “пониженным напряжением” меньше одного градуса Цельсия и не выходит за пределы погрешности измерения.

Нагрев в инфракрасном спектре во время теста Metro Last Light (4K): Sapphire R9 Nitro – 96 мВ, градусы Цельсия (меньше – лучше)

Если вы хотите снизить температуру, а не только уровень шума, нужно настроить кривые работы вентиляторов.

Снижаем питание AMD Radeon R9 Fury | Заключение

У затеи с понижением целевого напряжения действительно нет недостатков. Оно позволяет сэкономить деньги на электричестве, наносит меньший вред окружающей среде и вашим ушам. Хотя внешне процесс похож на понижение вольтажа, на самом деле корректируется работа технологии PowerTune. Нам удалось снизить скачки напряжения и обуздать чрезмерное регулирование. Степень корректировки PowerTune будет зависеть от возможностей конкретного экземпляра графического процессора.

Мы рекомендуем начать с -48 мВ и дать карте немного поработать в таком режиме. Если все работает отлично, то следующим шагом можно выставить параметр -72 мВ, и только потом пробовать максимальное значение. Любопытно, что эта функция теперь доступна для многих других видеокарт AMD, так что их владельцы тоже могут повысить эффективность. Со своей стороны, мы проведем эксперименты на других картах и обновим статью, либо опубликуем результаты в отдельном материале.