čtvrtek 19. srpna 2010

Skutečná spotřeba nVidia GTX480 / GTX 470

Po delší době se podíváme na další legendu týkající se grafických karet nVidia Fermi s jádrem GF100, konkrétne GTX 470 a GTX 480. A tou slavnou legendou je jejich vysoká spotřeba a aféra, kdy výrobce nVidia neudává její pravdivou hodnotu.
Podíváme se tedy na trochu teorie, srovnání testů spotřeby grafických karet, metodiky jejího měření, podílu důležitých komponent na spotřebě a nakonec si spočítáme spotřebu jednotlivých modelů karet Fermi.
Vhodným napájecím zdrojům jsem se věnoval samostatně v jiném článku.

Zamyšlení
Upřímně řečeno, trochu mně hysterie ohledně spotřeby highendových grafických karet překvapuje.
Je nasnadě, že grafické karty v kategorii 8 000Kč (a více) si kupuje naprosté minimum uživatelů. Je to v podstatě stejná kategorie, jako luxusní sportovní vozy. U nich se nikdo nepozastavuje nad tím, že vysoký výkon je dle fyzikálních zákonů spojen s vysokou spotřebou.
Domnívám se tedy, že celý problém ve skutečnosti není problémem, ale jen záminkou pro ukájení ega některých zakomplexovaných jedinců.

Udávaná spotřeba
Tento údaj je poskytován výrobcem. Bohužel jeho přesná definice není nikde stanovena. Každá firma si ho může definovat libovolně. U procesorů firmy AMD a Intel je primárním ukazatelem spotřeby údaj o vyzářeném tepelném výkonu - TDP. Nicméně obě společnosti mají rozdílné definice, takže jsou obě čísla vzájemně neporovnatelná. Navíc tento údaj je pro přesné určení maximální spotřeby nedostatečný, protože se přidávají ztráty na napájecí kaskádě. Slouží pouze k dimenzování chladícího subsystému.
Komunita však termín TDP bez hlubší znalosti adoptovala a pak ho opět bez hlubší znalosti přejal i marketing, takže se s ním můžeme setkat i na některých materiálech s vlastnostmi grafických karet.
Opět jsme ale ve stejné situaci - údaje o spotřebě, ať už je budeme nazývat TDP nebo jinak, má každá společnost odlišně definovaný a nelze je srovnávat.

U grafických karet Fermi definici dle nVidie známe - jedná se o maximální běžně pozorovanou spotřebu během herní session. Z definice vyplývá, že se nejedná o spotřebu špičkovou, karta si za určitých okolností může vzít i více. S tím je nutné počítat, pokud hodláte například využívat kartu k matematickým výpočtům.
Udávaná spotřeba dle výše uvedené definicepro GTX 480 je 250W a pro GTX 470 je to 225W.

Měření spotřeby
Máme v podstatě dvě možnosti. Nejlepší metodou poskytující nejpřesnější výsledky je prostě měřit napětí a proud tekoucí napájecími přívody grafické karty. Ze vzorce P=U.I zjistíme příkon. Má to jeden zásadní háček, či spíše lodní kotvu: grafická karta čerpá energii i ze slotu sběrnice, ke kterému je připojena - a k němu nemáme potřebný přístup. Už podstatně menším problémem je fakt, že měříme relativně velké proudy a zároveň nesmíme způsobit úbytek napětí, který na každém odporovém ampérmetru vzniká. To se řeší nepřímým měřením Hallovými sondami nebo proudovými transformátory (klešťové ampérmetry).
Další metodou je prosté měření spotřeby celé sestavy, kde nám stačí wattmetr z Lídlu za pár stovek. Nezískáme sice ani zdaleka přesný údaj, ale můžeme spotřeby spektra grafických karet alespoň porovnávat mezi sebou, za předpokladu, že podmínky měření zůstanou stejné.

Výpočet spotřeby
Nejčastější metodou měření spotřeby komponent je měření celé sestavy. Podává dobré výsledky pro porovnání, nicméně pokud chceme zjistit odběr jednoho komponentu, musíme znát příkon všech ostatních. Máme naštěstí výhodu v tom, že známe příkon v klidu i v zátěži.

Musíme však pamatovat na to, že v zátěži grafickými testy spolupracují i procesor, paměti a chipset - jejich zvýšený příkon musíme z měření vyloučit.

Představu o tom, kolik potřebují (highendové silně přetakované) procesory použité v recenzích, si můžete udělat zde:

Test CPU na PCT

Opět se jedná o rozdílové měření. V tomto případě je to však zcela dostatečná informace, protože nás zajímá vlastně jen to, kolik si procesor (chipset, ram...) vezme v zátěži navíc, a to pak odečteme od rozdílu výkonu v testu grafických karet.

A zde je poslední zádrhel. K testování se používají téměř výhradně čtyřjádrové procesory. Použité syntetické benchmarky (Furmark, OOCT, Kombustor), které karty zatěžují nejvíce, však zatěžují obvykle jen jedno jádro procesoru. Nárůst spotřeby musíme náležitě snížit, můžeme si podle praxe dovolit jít na cca 40-50% maximální rozdílové spotřeby CPU. Spotřebu nelze dělit kupř. na čtvrtiny, musíme brát v úvahu společné pracující celky procesoru jako cache. Zde se zřejmě dopouštím největší chyby odhadu, nicméně na ověření teorie by to nemělo mít významný vliv.
Zásadně volím odhad spotřeby hodně nízko a měřeným kartám tak přitěžuji, pokud získám přesnější data, budu je integrovat. Správně by v recenzi měla být vždy uvedena spotřeba holé sestavy v klidu i v zátěži - bohužel jsem nenašel ani jednu. Mohu jen spekulovat, jestli se jedná o úmysl.

Nakonec je třeba vzít v úvahu, že měříme spotřebu na zásuvce, musíme tedy korigovat i účinnost zdroje, protože část energie se ztratí právě na něm. Budeme uvažovat dnes obvyklou účinnost 83%. Zde se dopouštím další chyby - rozdílná měření jsou získána na různých zdrojích s různou účinností, která se dokonce se spotřebou mění. Aby byly výsledky porovnatelné, recenzenti pracují na stále stejných komponentách (aspoň to tak má být), čili sestavách z doby cca 1-2 roky zpátky. V každém případě se zde dopouštím chyby řádově jednotek procent.

Odhad spotřeby pak vypočítáme následovně:
spotřeba karty ={ (spotřeba sestavy v zátěži) - (spotřeba sestavy v klidu) - (nárůst spotřeby CPU a platformy v zátěži) } * (absolutní účinnost zdroje) + (spotřeba GPU v klidu - přímé měření)

Výsledky měření jednotlivých recenzí GTX480


odkaz na recenzi
procesor Spotřeba cpu [W]
Spotřeba sestava idle [W]
Spotřeba sestava load [W]
Spotřeba gpu [W]
pozn.
PCTUNING I7 920 @ 3.6 55 205 433 185 furmark
PCTUNING I7 920 @ 3.6 55 205 370 133 hra
EHW I7 920 @ 4 55 191 551 295 furmark
EHW
60 191 460 215 hra
DIIT I7 920 @ 2.66 40 134 459 278 hra
Anandtech I7 920 @ 3.33 45 190 479 244 furmark
Anandtech
50 190 421 192 hra
Tomshardware i7 980E @ 3.3 65 146 450 240 furmark
HardOCP I7 920 @ 3.6 50 175 480 253 furmark
Bittech I7 965 @ 3.2 50 164 376 176 3dmark06
Hexus I7 965 @ 3.2 50 152 475 268 furmark
Legitreviews I7 975 @ ? 60 184 514 266 furmark
Techspot I7 965 @ 3.6 55 223 506 231 furmark
Guru3D I7 965 @ 3.8 55 209 463 207 furmark?
OClub I7 920 @ 3 45 206 424 185 furmark
HWCanucks I7 920 @ 4 55 209 392 148 3dmark06
Computerbase I7 965 @ 3.9 60 191 453 209 ?
CZC I7 930 @ 3.5 50 185 526 283 furmark


Referenční přímé měření xbitlabs:
Spotřeba v klidu: 42W Spotřeba v zátěži OOCT: 261W

Účinnost zdroje: 83%

Vyhodnocení měření
Podívejme se na jednotlivé výsledky. Na první pohled je zřejmé, že mezi recenzemi jsou rozdíly. V několika  případech je zjevné, ze jsou výsledky chybné.

Ze statistiky můžeme rovnou vyškrtnout měření Extrahardware, je vidět, že měli špatný kus - žádná GTX480 neměla v Kombustoru 105 st. C. Běžná teplota po ustálení je mezi 92-95 st.C, bez chlazení ve skříni max. 100 st. C. Před rokem jsem reklamoval GPU s podobnými příznaky - vysoké teploty, které během týdnů pomalu rostly.

Velmi podivné je i měření DIIT, kde je velmi nízká spotřeba bez zátěže - uvědomme si, že GTX480 bere v klidu okolo 42W, kolik pak zbývá na samotný systém? Porovnejte s ostatními měřeními, třeba Anandtech - stejná sestava, spotřeba v klidu se liší o cc 60W. Je možné, že DIIT ponechal zapnuté šetřící funkce procesoru - to ale v žádném případě nemůže způsobit takový rozdíl.

PCTuning se podle mně dopustil chyby při měření, když nepočkal na snížení taktu v klidu. Grafická karta je evidentně v slabém 3D režimu (poloviční takt), nikoliv ve 2D režimu. Zde nelze moji metodu kvůli neznámé hodnotě použít.

HWCanucks a Bittech ze srovnávacích důvodů testoval ve 3DMarku, který z GPU nevytáhne maximum (je to benchmark, nikoli zátěžový test.

Závěr
Pouze ve třech recenzích překračuje spotřeba GTX480 o víc jak cca 5% udávanou spotřebu 250W. Navíc se jedná o případy, které lze s úspechěm zpochybnit. Vzhledem k tomu, že jsem zvolil poměrně přísné podmínky, budou reálné hodnoty nižší. Jedná se pochopitelně o odhad, ale je i tak evidentní, že GTX480 svoji udávanou spotřebu významně nepřekračuje. Pohádky o spotřebě 300W můžeme s klidem zapomenout.