Comparatif : les Radeon R9 290 et 290X d'AMD, Asus, Gigabyte, HIS, MSI et Sapphire

Publié le 17/07/2014 par
Imprimer
Que représente la limite de 208W ?
Selon AMD, la limite de consommation de 208W représente l'enveloppe thermique du GPU, soit la consommation du seul GPU, mesurée après l'étage d'alimentation.

Le TDP, ou la consommation globale de la carte graphique, est donc plus élevé puisqu'il englobe les pertes liées au rendement de l'étage d'alimentation, la consommation des puces mémoire etc. Pour une Radeon R9 290 ou 290X, cette limite de consommation de 208W du GPU correspond à un TDP de +/- 285W. Une chiffre qu'AMD rechigne à communiquer, en partie parce que son approche fait qu'il n'est pas fixé précisément, la consommation maximale des cartes dépend du rendement de l'étage d'alimentation qui peut varier quelque peu d'un échantillon à l'autre et surtout suivant les températures.


AMD nous a expliqué lors du lancement des Radeon R9 290 que son système de gestion de la consommation était tellement rapide qu'il pouvait maintenir une consommation presque stable (il était alors question d'une limite de 207W et non de 208W). Nous étions plutôt sceptiques par rapport à une telle capacité puisqu'un système basé sur la mesure de la consommation réelle est censé agir à postériori, mais AMD nous avait alors assuré que c'était bel et bien le cas. Cela en nous confirmant à plusieurs reprises que l'algorithme du nouveau Powertune ne se servait plus de l'estimation de la consommation mais bien de la consommation mesurée.

Avec les Radeon R9 290 et 290X, AMD expose dans son API de monitoring (exploitée par exemple par GPU-Z) la consommation directement liée au GPU, mesurée avant et après l'étage d'alimentation. De quoi pouvoir observer le rendement de ce dernier. Il est par ailleurs possible de faire varier manuellement la limite de consommation Powertune avec un biais de -50% à +50%. De quoi cette fois pouvoir facilement tester chaque carte graphique avec une consommation GPU identique et réaliser des mesures en conditions normalisées ? Oui, mais pas tout à fait.


Ce que nous avons observé
En jouant simplement avec le paramètre de contrôle de la limite de consommation, nous sommes arrivés à peu près à forcer une consommation GPU identique sur toutes les cartes. A peu près, mais pas précisément. Nous nous attendions à une petite marge d'erreur puisque le contrôle ne peut se faire plus précisément que par étape de 1% (ce qui représente 2 à 2.5W selon les cartes). L'erreur était cependant plus importante que cela (3-5%) et progressait en cas de limite de consommation très faible ou très élevée comme c'est le cas sur les cartes partenaires qui peuvent l'avoir revue à la hausse. Nous nous sommes donc penchés de plus près sur Powertune de manière à essayer de gagner en précision mais surtout pour vérifier que nous testions bien ce que nous voulions tester.

Nous avons tout d'abord observé le comportement du mécanisme de gestion à travers la mesure de la consommation reportée par Powertune. Pour cela nous avons lancé une tâche qui pousse le GPU dans sa limite de consommation et observé les relevés de GPU-Z, en sortie d'étage d'alimentation :


Ce relevé de GPU-Z produit un résultat bien différent de ce que nous annonçait AMD, mais également bien plus logique. Où est passé le maintien d'une consommation stable ? Confronté à nos observations, AMD n'a pas voulu donner trop de détails mais s'est contenté de nous indiquer deux choses : la ligne VDDC n'est pas la seule qui alimente le GPU et Powertune exploite des valeurs filtrées/lissées. En d'autres termes, Powertune ne base pas ses réactions sur les mesures de consommation brutes.

Quand AMD nous expliquait que Powertune est capable de maintenir une consommation très stable car il est très réactif, il s'agissait d'un raccourci quelque peu trompeur. La réalité c'est que Powertune exploite des valeurs instantanées qui ne sont pas des mesures de consommation, mais plutôt des moyennes d'un certain nombre de mesures précédentes. C'est bien entendu beaucoup plus facile de maintenir stable une moyenne de mesures de consommation plutôt qu'une consommation instantanée… Cette dernière varie fortement en pratique, comme en témoigne notre graphe qui montre qu'elle évolue entre 137W et 205W avec une moyenne de 170W.

Nous pourrions penser qu'avec un maximum de 205W, Powertune s'est contenté maladroitement de ne pas dépasser l'enveloppe maximale de 208W, tombant la plupart du temps largement sous sa limite et réduisant par conséquent bien trop la fréquence GPU. Mais ce n'est pas le cas, la valeur maximale notée ici de 205W n'est qu'une coïncidence.

Avec les cartes de référence, la moyenne de 170W se retrouve dans toutes les situations limitées par la consommation GPU et c'est en fait cette moyenne de 170W que Powertune se charge de maintenir. Comme nous l'a indiqué AMD, l'enveloppe de 208W comprend cette consommation VDDC de 170W et autre chose.

Cette autre chose, qu'est-ce que c'est ? Nous ne le savons pas précisément, mais nous sommes par contre persuadés que cette partie n'est pas mesurée mais est simplement estimée par AMD. Grossièrement, Powertune mesure l'intensité et la tension VDDC, en déduit la consommation VDDC, en fait la moyenne sur une certaine période et y ajoute 38W (à +/- 1W près).

Cette part de 38W est-elle fixe ? Nous avons effectué de très nombreux tests pour essayer de déterminer de quoi elle dépend.

Si nous faisons varier la limite de consommation elle ne bouge pas. Par exemple en passant de 208W à 312W de limite (+50%), la limite VDDC moyenne ne passe pas à 255W (170W +50%) mais monte à 274W (312W – 38W). Vous noterez ainsi au passage que l'étage d'alimentation principal du GPU, qui produit le courant VDDC, voit le stress à son niveau augmenter plus que ce que ne laisse penser le paramètre Powertune (+50% -> +61%). Il en va de même en réduisant la limite de consommation, à -50%, la limite VDDC moyenne tombe à 66W et non à 85W.

Il semble dès lors évident que ces 38W sont destinés à prendre en compte, tout du moins en partie, la consommation indirecte du GPU, telle que celle issue de ses différents bus de communication qui sont alimentés via d'autres sources que le VDDC. L'utilisation de différentes sorties écrans ou résolutions n'a pas eu d'impact sur cette valeur de 38W, tout comme la norme PCI Express utilisée (1.0, 2.0, 3.0). Par contre un autre paramètre sur lequel nous pouvons jouer a bel et bien un impact sur les limites du système de contrôle de la consommation GPU : la fréquence de sa mémoire. Voici ce que nous avons observé :


Un lien semble évident entre la fréquence mémoire et la consommation VDDC moyenne autorisée par Powertune. Plus la première augmente, plus la seconde est réduite. En cas de situation dans laquelle la limite de consommation est atteinte, augmenter la fréquence mémoire a donc pour effet de réduire la fréquence GPU et donc potentiellement les performances.

Sur base de ces observations et de mesures similaires effectuées sur plusieurs cartes, il semble que la fréquence mémoire influence directement la part estimée de la consommation à hauteur de 50% lorsque les fréquences de références sont d'application. Un petit calcul rapide nous donne ainsi en première approximation que la consommation totale prise en compte par Powertune est égale à la consommation VDDC + 19W + (15 nW * fréquence mémoire). Nous avons ajouté en pointillés sur le graphique cette dernière part de cette formule approximative et force est de constater qu'elle est très proche de la réalité. Suffisamment pour l'utilisation que nous en avons.

Reste que nous ne savons pas si cette part de +/-38W (aux fréquences de référence), apparemment estimée par AMD, correspond bien à une consommation de 38W en pratique. Nous devons bien entendu supposer qu'AMD la surestime quelque peu par sécurité et qu'elle peut être variable d'une carte à l'autre. A consommation VDDC moyenne identique et à température similaire de l'étage d'alimentation, la consommation totale de plusieurs exemplaires de R9 290 et 290X de référence était cependant presque identique. De quoi nous laisser penser que cette part de la consommation ne varie pas autant que la consommation VDDC.

Pour tenter d'égaliser la consommation des différentes Radeon R9 290/290X, nous avions dès lors deux options : fixer une limite liée à l'enveloppe globale ou fixer une limite liée à la consommation VDDC. Compte tenu de nos observations, nous avons opté pour une valeur VDDC fixe de 150W (moyenne mesurée), quitte à légèrement désavantager les cartes dont la mémoire est overclockée (+1W de consommation GPU estimé par Powertune quand la mémoire passe de 1250 à 1350 MHz). Cela correspond à une consommation GPU totale estimée de 188W, mais qui en réalité est probablement quelque peu inférieure. C'est la puissance que devra directement dissiper le ventirad à travers sa base.


Que peuvent personnaliser les partenaires d'AMD ?
Les partenaires d'AMD ont la possibilité de personnaliser différents paramètres à commencer bien entendu par les fréquences. Ils peuvent également revoir à la hausse la limite de consommation pour donner plus de marge de manœuvre au GPU. Ils modifient alors la limite totale, mais la part estimée reste fixée de la même manière en valeur absolue par AMD. Par exemple, si un fabricant décide de passer la limite de consommation de 208W à 250W (+20%), les 42W de plus seront intégralement affectés à la limite de consommation VDDC qui progressera alors de +25%.

Les partenaires d'AMD ont enfin la possibilité de modifier le refroidissement avec une limite différente pour la vitesse maximale du ou des ventilateurs, mais pas pour la limite de température qui reste imposée à 95 °C. Plus radical, ils ont la possibilité de désactiver le contrôle avancé de la vitesse du ventilateur par Powertune pour le remplacer par une courbe de vitesse classique qui dépend uniquement de la température GPU. C'est ce que la plupart des fabricants ont décidé de faire, probablement pour pouvoir proposer facilement des cartes qui limitent la température GPU sans impacter les performances.

La température de 95 °C fixée par AMD semble élevée et pourrait inquiéter certains utilisateurs, même si rien n'indique qu'elle puisse être source de problème. AMD insiste avoir validé le GPU, son packaging et les composants environnants pour cette température. Alors pourquoi les fabricants de cartes graphiques s'imposent-ils une température GPU plus faible ? Très pragmatique, un responsable taïwanais nous a répondu franchement : "En fait, rien ne nous indique que 95 °C est un problème pour la fiabilité ou la durée de vie, je pense que 95 °C est très bien pour ce GPU. Mais si certains utilisateurs ont l'impression que c'est trop chaud, mes collègues des ventes veulent qu'on réduise la température GPU. Et la température GPU est un argument commercial important, ce serait un problème pour mettre en avant nos produits si toutes les cartes étaient à 95 °C."

Une fois le contrôle des ventilateurs par Powertune désactivé, voici comment se comporte une Radeon R9 290X aux fréquences de référence :

1. Le GPU monte à 1000 MHz
2. Il y reste si sa consommation ne dépasse pas la limite de 208W, sinon sa fréquence est réduite
3. Le ventilateur accélère suivant une courbe liée à la température GPU
4. Si le GPU atteint 95 °C, sa fréquence est réduite jusqu'à revenir à 94 °C

Il n'y a alors plus de fréquence qui peut être qualifiée de fréquence de base, la fréquence GPU peut descendre jusqu'à sa fréquence de repos. Sauf échauffement très rapide que Powertune ne peut compenser suffisamment vite, la vitesse du ventilateur n'ira jamais au-delà de la valeur en % attribuée par la courbe de ventilation à la température de 95 °C.

Il nous semble évident qu'il y a probablement nettement mieux à faire au niveau des cartes personnalisées si AMD pouvait trouver une manière efficace d'exposer un maximum de paramètres de Powertune à ses partenaires. Et mieux : les aider à configurer et optimiser le tout suivant leurs priorités. Ce n'est pas le cas à l'heure actuelle et grossièrement ils ont deux options : exploiter le mode avancé de Powertune tel quel, calibré pour les cartes de référence à ventilateur radial, ou le désactiver et se contenter d'un mode simple qu'ils peuvent contrôler.

Bien que ce phénomène n'ait été jugé primordial par aucun partenaire auquel nous en avons parlé, réduire la température permet dans certains cas d'augmenter légèrement les performances :


Plus un GPU est chaud, plus il consomme, notamment parce que les courants de fuite augmentent avec la température. Lorsque la consommation est le facteur limitant, cela veut dire que plus un GPU est chaud, plus sa fréquence est réduite.

C'est ce que nous avons illustré sur ce dernier graphique. La Radeon R9 290X atteint ici sa limite de consommation VDDC moyenne de 170W. La fréquence moyenne lorsque son GPU se situe entre 45 et 49 °C est de 906 MHz et descend progressivement jusqu'à 876 MHz lorsque le GPU atteint la température maximale de 94 °C. Les performances ont alors chuté d'un peu plus de 3%. Entre un GPU tout juste sous 75 °C et un GPU à 94 °C, une comparaison plus réaliste, le gain peut être de 2%. Ce n'est pas énorme mais il faut le signaler.
Vos réactions

Top articles