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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.

Inhaltsverzeichnis:

Übersicht der Benchmarks in diesem Artikel:


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