NVIDIA GeForce GTX 680 im Test (3/21)
GPU Boost - dynamischer GPU Takt
Mit den letzen Generationen bei Grafikkarten hat das Begrenzen der
Leistungsaufnahme von GPUs eine zunehmend bedeutende Rolle erhalten. Damit die TDP der
Grafikkarte nicht überschritten wird - insbesondere bei Tools wie Furmark- haben sowohl AMD als auch NVIDIA ihre
Karten mit Sicherheitsmaßnahmen ausgerüstet, die Schaden von der GPU abhalten
sollen. Dazu wurden bisher die Karten heruntergeregelt, wenn die Leistungsaufnahme der
GPU zu hoch wurde.
Bei der neuen GeForce GTX 680 dreht NVIDIA nun den Spieß ein wenig um. Die
GPU besitzt ein "Power-Target", also eine maximale Stromaufnahme, so dass die
TDP nicht überschritten wird. Mit Hilfe verschiedene Games und Test-Tools wird
die Karte bei der Entwicklung getestet und aufgrund der Ergebnisse dieses Tests
wird dann die eigentliche Taktrate der GPU festgelegt.
Nun ist es so, dass unter realen Bedingungen eine GPU dieses Power-Target
eher seltener erreicht und die aktuelle Stromaufnahme der GPU von Anwendung zu
Anwendung unterschiedlich ist. So wird zum Beispiel unter Furmark das
Power-Target sehr schnell
erreicht und sogar die TDP der Karte deutlich überschritten. Bei normalen Games
ist das in der Regel aber nicht der Fall. Ganz im Gegenteil in vielen Fällen
wird die TDP hier bei weitem nicht erreicht.
Genau hinter diesem Aspekt verbirgt sich die Idee von GPU Boost. Wieso sollte
man die GPU nur herunterregeln wenn die TDP überschritten wird? Genauso gut kann man
die GPU aufdrehen, wenn zum maximalen TDP noch großer Spielraum
vorhanden ist.
Nichts anderes macht GPU-Boost. Es arbeitet im Hintergrund und kann ständig
die Taktrate der GPU ändern. Dazu wird in der Hardware die GPU mit
eingebauten Sensoren überwacht. Die Karte kennt also neben Taktrate und
Spannungen auch immer die aktuellen Temperaturen und die Leistungsaufnahme der
GPU. Sollte dies alles nun deutlich unter dem Limit liegen, kann GPU Boost die Taktrate
und Spannungen erhöhen, bis das Limit erreicht ist. Und das geschieht nicht etwa
in langsamer form, sondern bis zu 10x Pro Sekunde, denn die GeForce GTX 680 kann
alle 100 ms den Takt der GPU anpassen.
Da die erforderlichen Daten direkt von der Hardware ermittelt werden
arbeitet GPU-Boost komplett unabhängig von den genutzten Games. Sprich es sind
keine Profile oder der gleichen notwendig. GPU-Boost kann auch nicht
abgeschaltet werden wie zum Beispiel das Turbo-Boost Feature bei Intel
Prozessoren.
Die GeForce GTX 680 besitzt aus diesem Grund nicht wie ältere Karten nur eine Taktrate, sondern
gleich mehrere.
Eigentlich hat eine GeForce GTX 680 gar keine feste Taktrate sondern eher
mehrere Minimalangaben.
Zunächst wäre da die "Base Clock", die bei Standardkarten bei 1006 MHz liegt. Dabei handelt es
sich um die Taktrate, die die GPU unter Vollast auch in extremen Bedingungen
immer halten soll. Es ist damit quasi die
"Minimale 3D-Taktfrequenz". Die GeForce GTX 680 sollte wenn überhaupt nur unter äußerst
widrigen Umständen bei 3D Applikationen unter diese Taktrate fallen. Dies kann
zum Beispiel bei Furmark passieren, wobei der Takt dann aber auch massiv gesenkt
wird um Schaden an der Karte zu verhindern.
Die zweite Taktfrequenz ist die "Boost Clock" mit 1058 MHz. Dies ist die
minimale Taktrate, die jede GeForce GTX 680 im "Turbo Modus" erreicht. Das
bedeutet aber nicht, dass die Karte die ganze Zeit mit dieser Taktrate läuft.
Der eigentliche Takt kann deutlich über der Boost Clock liegen, er sollte aber
bei bei normalen 3D Anwendungen nicht dauerhaft darunter liegen. Da es viele Anwendungen gibt, bei denen es noch weiteren Spielraum
nach oben gibt, kann GPU-Boost den Takt also auch weiter über 1058 MHz anheben.
Solange die GPU unter ihrem Power-Target arbeitet kann GPU-Boost ständig
versuchen den GPU-Takt weiter zu erhöhen. So sind Taktraten möglich, die deutlich
über 1.1 GHz liegen.
Um das Verhalten von GPU-Boost zu demonstrieren haben wir im folgenden die
Taktraten der GPU aufgezeichnet während eines Durchlaufs der 4 Game-Tests des
3DMark11, die bekanntlich recht unterschiedliche Game-Typen simulieren. Wer
das Video des 3DMark parallel zu den Aufzeichnungen der Monitor-Software startet,
kann quasi sehen wie sich der Takt in Abhängigkeit der Szene verändert.
3DMark 11 Testlauf-Video für GPU-Boost
Auf dem Hardware-Monitor, der alle 100ms aktualisiert wird, kann man live
die Taktänderungen der GeForce GTX 680 ablesen. Angezeigt wird die Auslastung
der GPU in %, die aktuelle Power in % zum Power-Target, die Taktrate mit einem Minimum von 1006 MHz
unter das sie bei Last nie fallen sollte (wenn dann gelbe Linie) und die
Spannung der GPU.
GPU-Boost bei Stanard Settings [Sample 1]
Wie man sieht wird die Taktrate vor allem durch die aktuelle GPU-Power beeinfluss.
Wenn das Limit überschritten wird, wird der Takt der Karte abgesenkt. Dabei kann
es wie beim ersten Test von 3DMark zu ständigen Taktschwankungen kommen, so dass
man quasi keinen konstanten Takt mehr ausmachen kann. Bei den späteren
drei Tests
stabilisiert sich der Takt aber deutlicher.
GPU-Boost Powerlimit und Takt erhöhen
Wie auch AMD bietet Nvidia an das Power-Limit per Regler zu
erhöhen und zwar auf bis zu 132%. Nvidia sagt sogar, dass dadurch nicht
die Garantie verfällt! Erhöht man das Limit findet keine so
schnelle Drosselung von GPU-Boost mehr statt. Im folgenden sehen wir den
gleichen 3DMarkt-Durchlauf wie oben, nur dieses mal einem erhöhten Powerlimit von 130%.
GPU-Boost mit Powerlimit +30% [Sample 1]
Wie man sieht ist das Anheben des Power-Limit bei der GTX 680 quasi schon ein
wenig Overclocking. Aber natürlich gibt es für "echtes" Overclocking noch eine
weitere Option. So kann man mit speziellen Tools den Takt mit einem Offset nach oben befördern. Eine
feste
Taktrate wie früher kann man aber nicht mehr setzen. Steigert man den Takt um 100
MHz so heißt das nicht dass die Karte dann vom Baseclock 1006+100 also mit
1106 MHz taktet. Denn wir zuvor ändert sich der Takt ständig, nur auf einem um 100 MHz höheren Level, wobei hier auch wieder das Powerlimit
begrenzend Einfluss nimmt. Dies dürfte besonders spannend im Bezug auf eventuell
erscheinende ab Werk übertaktete Grafikkarten werden. Prinzipiell kann dort der
"Maximaltakt" auf dem gleichen Level landen wie bei einer Standard Karte.
GPU-Boost mit Powerlimit +30% und Takt-Offsett von 150
Bei allen Test fällt auf, dass der Takt offenbar über eine gewisse
Taktrate nicht hinausgeht, auch wenn die GPU-Power längere Zeit nur
bei 90% liegt. Jede GeForce GTX 680 besitzt also auch so etwas wie einen
"theoretischen" Maximaltakt. Um das noch einmal genauer darzustellen, haben wir
einen Benchmark von Farcry bemüht, der hohe Frameraten und zum Teil einen etwas
niedrigeren Load erzeugt. Wie man sieht, setzt sich hier der Takt auf einen
bestimmten hohen Wert fest und wird dann nicht weiter erhöht.
Farcry 2 Testlauf GPU-Boost
GPU-Boost in FarCry2
Besonders interessant an dieser Sache ist, dass genau dieser Takt nicht von
NVIDIA angegeben ist, denn er kann bei jeder GeForce GTX 680 Karte
unterschiedlich ausfallen! Sprich alle Karten haben zwar einen Minimaltakt von 1006 MHz
und Nvidia garantiert, dass jede Karte den Takt auf 1058 MHz über GPU-Boost
anhebt. Wo genau der Takt aber über 1058 MHz landet ist aber von der
jeweiligen Karte ab. Manche Karten takten bis 1080 MHz hoch, andere bis weit
über 1100 MHz.
Um diesen Effekt auch noch einmal nachzuprüfen haben wir uns verschiedene Samples der GTX 680
besorgt und beide mit dem GPU-Boost Monitor
überprüft. Das Ergebnis zeigen folgende Videos.
GPU-Boost bei Standard Settings [Sample 2]
GPU-Boost bei Standard Settings +30% Power [Sample 2]
Die eine der beiden Karten taktet zumeist bis 1124 MHz während die andere nur 1084 MHz erreichte. Daraus resultiert aber auch, dass
die GeForce GTX 680 Karte durchaus unterschiedlich schnell sein können, vor allem dann wenn man das Power-Limit
erhöht. Denn dann findet quasi eine Festsetzung des Takts auf den hohen Wert
statt. Sprich in unserem Fall taktet die eine Karte mehr oder weniger konstant
40 MHz höher als die andere.