Nvidia GeForce GTX Titan Z : la carte graphique à 3000€ en test

Spécifications

* Le débit de triangles affichés (5/cycle) sur le GK110 est inférieur au débit de triangles traités (7.5/cycle).

La GeForce GTX Titan Z est une double GeForce GTX Titan Black. Elle est basée sur 2 GPU GK110 B1 identiques en tous points, en dehors de leur fréquence qui a été revue de manière à s'accorder avec le TDP qui ne progresse que de 250 à 375W (+/- 400W en réalité). Impossible bien entendu dans ces conditions, et avec un refroidissement à air, de proposer un même niveau de fréquence, même si Nvidia a probablement fait en sorte de sélectionner les meilleures puces GK110, c'est-à-dire celles dont la consommation relative est plus faible.

La fréquence est contrôlée par GPU Boost qui fait en sorte de ne pas dépasser les limites de température (83 °C) et de consommation (voir détails plus bas). Si une de ces limites est atteinte, la fréquence GPU est réduite progressivement, jusqu'à la fréquence de base. Une fois celle-ci atteinte, GPU Boost laisse la température GPU (et la vitesse du ventilateur) progresser. Nvidia a spécifié cette fréquence de base à un niveau relativement faible dans le cas de la GeForce GTX Titan Z de manière à ne pas rentrer trop vite dans ce cas critique.

Nvidia parle d'une fréquence GPU Boost de 876 MHz, mais rappelons qu'elle ne correspond techniquement à rien. Nvidia a besoin d'une telle fréquence en terme de communication et la définit au cas par cas suivant des critères qui ne sont pas communiqués. La seule chose dont nous sommes sûrs c'est qu'aucun échantillon d'une carte graphique ne sera équipé de GPU incapables de monter au moins à cette fréquence dans des conditions avantageuses (charge faible et GPU froid).

En réalité, la fréquence turbo maximale de ces GPU est similaire à celle de ceux qui équipent les GeForce GTX Titan Black, et peut ainsi monter jusqu'à +/- 1.1 GHz dans le cas des meilleurs échantillons (1071 MHz dans notre cas). La GeForce GTX Titan Z n'est bien entendu pas capable de maintenir ces fréquences maximales dans les jeux, la limite de consommation est rapidement atteinte et la température quelques temps après. Suivant les jeux, après quelques minutes de charge, notre carte tournait ainsi entre 706 et 863 MHz.

Par défaut, la double précision est désactivée. Il faut passer par le panneau de contrôle Nvidia pour l'activer, ce qui augmente quelque peu la tension relative et réduit par conséquent légèrement la fréquence maximale, probablement parce que ces unités de calcul spécifiques sont plus capricieuses. C'était déjà le cas sur la première GeForce GTX Titan, mais pour cette dernière la baisse de fréquence était très importante (par exemple de 1006 à 850 MHz). Dans le cas de la GTX Titan Z, et nous le supposons de la GTX Titan Black, la baisse de la fréquence maximale est bien plus faible (de 1071 à 1032 MHz).

Au final, la GTX Titan Z affiche une puissance de calcul d'un peu plus de 10 Tflops à 876 MHz (et de plus de 12 Tflops si ses GPU ne sont pas limités par leur consommation ou par le ventirad et tournent à leur fréquence maximale). Là où elle se démarque de la Radeon R9 295 X2, c'est bien entendu sur la puissance de calcul en double précision avec 3.3 Tflops contre 1.4 Tflops (et presque 4 Tflops à fréquence maximale !).

La GTX Titan Z affiche une bande passante mémoire similaire à la R9 295 X2, profitant d'une mémoire GDDR5 cadencée à 1750 MHz pour compenser les bus mémoire plus étroits de ses GPU. Chacun de ceux-ci dispose de sa propre mémoire de 6 Go, contre 4 Go du côté de la Radeon.

GeForce GTX Titan Z de référence

La GeForce GTX Titan Z de référence reprend le design qui, depuis la GTX 690, est devenu habituel pour les solutions haut de gamme Nvidia. Ce design fait la part belle aux matériaux de qualité et est extrêmement bien fini en plus d'être travaillé dans le détail à tous les niveaux de manière à gagner quelques points d'efficacité.

Pour cette nouvelle variante bi-GPU de son ventirad, Nvidia a opté pour une épaisseur de 2.5 slots qui permet d'exploiter des radiateurs plus volumineux et un ventilateur plus épais et performant. En pratique cela correspond évidemment à un encombrement de 3 slots au niveau des équerres PCI. Un petit espace supplémentaire qui permet de garantir une alimentation suffisante en air frais.

Plus spécifiquement, le PCB est recouvert d'une plaque en aluminium en contact avec les puces mémoire de la face avant et les composants sensibles de l'étage d'alimentation. Au-dessus de celui-ci, un radiateur est intégré à cette plaque et est surmonté par le ventilateur. De chaque côté de ce dernier prennent place les blocs chambres à vapeur et radiateur de chaque GPU. L'air chaud sera ainsi expulsé via les 2 extrémités de la GTX Titan Z, ce qui signifie que seule la moitié de cet air chaud sera dirigée vers l'extérieur du boîtier.

A l'arrière de la carte, une seconde plaque en aluminium recouvre également le PCB. Celle-ci n'est pas simplement là pour des raisons esthétiques et pour protéger la carte mais également pour faire office de dissipateur pour d'autres composants de l'étage d'alimentation, ainsi que pour l'autre moitié des modules mémoire.

Au niveau de la connectique, Nvidia propose 2 sorties DVI Dual-Link, une sortie HDMI et une sortie DisplayPort. Deux connecteurs PCI Express 8 broches sont nécessaires et un connecteur SLI est présent pour pouvoir associer ensemble deux de ces cartes.


Le PCB de 28 cm est plutôt compact pour une carte de ce type (30.5 cm pour la Radeon R9 295 X2). A noter que nous avons évité de démonter complètement notre échantillon et que cette dernière photo est la photo officielle de Nvidia sur laquelle le marquage de GK110-350-B1 est masqué.

Nous pouvons y observer le switch PCI Express 3.0 de PLX (PEX8747) ainsi que les différents circuits d'alimentation : 2x 6 phases pour les GPU et 2x 2 phases pour leur mémoire dédiée. Nvidia indique que le design de ces circuits d'alimentation des GPU est très complexe : pour la première fois ils ont été liés de manière à pouvoir faire du load balancing. Dans certains cas le circuit d'alimentation d'un GPU peut venir aider l'autre. Nous ne savons pas si cette possibilité est exploitée en pratique, ni dans quelle situation c'est le cas, ni comment cela fonctionne (une phase de l'un attribuée à l'autre ?).

Sur ce PCB, Nvidia a mis en place 5 petits circuits de mesure de la consommation issue du 12V. Pourquoi 5 ? Probablement pour pouvoir assurer différentes protections sur chacun des canaux d'alimentation. Nous supposons que trois de ces circuits sont dédiés à chaque entrée 12V de la carte, les 2 connecteurs 8 broches et le bus PCI Express. Nvidia peut ainsi s'assurer que la limite de 5.5A pour le 12V du bus n'est pas dépassée tout comme celle des 12.5A des connecteurs 8 broches (en pratique Nvidia vise probablement une limite légèrement plus élevée au niveau de ces derniers). Ensuite, il semble que deux mesures supplémentaires soient effectuées juste avant l'entrée 12V des étages d'alimentation de chaque GPU (GPU + mémoire). De quoi cette fois pouvoir protéger chaque GPU d'une surconsommation.

Un rapide aperçu des bios de la GTX Titan Z montre une limite de 189W par GPU (avec sa mémoire donc), ce qui nous donne une consommation totale de 378W + les extras en 12V (switch PCI Express) + le 3.3V. La consommation totale de la carte est ainsi plutôt de 400W et non de 375W comme annoncé par Nvidia. A 100% de consommation pour chaque GPU, et avant que la limite de température ne soit atteinte, nous avons d'ailleurs noté 399.4W. Il est possible de pousser la limite de consommation jusqu'à 120% ce qui correspond à 227W par GPU soit à peu près à 475W pour la carte dans son ensemble.

Nous n'avons pas observé de limite de consommation plus élevée lorsque le multi-GPU n'est pas utilisé (faute de profil adapté) ou lorsqu'il est désactivé manuellement dans les pilotes et qu'un seul GPU est alors exploité. Dans ce dernier cas, la fréquence maximale du premier GPU a par contre progressé de 13 MHz, passant de 1071 MHz à 1084 MHz.

Par défaut, avec le SLI activé, la fréquence appliquée est toujours identique pour les 2 GPU, ce qui veut dire que c'est le moins doué des GPU qui définit la fréquence. Dans notre cas, avec SLI actif, le GPU1 pouvait monter à 1071 MHz alors que le GPU2 le limitait à 1058 MHz bien qu'en pratique, à de rares et brèves exceptions, la fréquence maximale observable était plutôt de 1045 MHz.

Nous avons observé de fortes augmentations de tension pour les niveaux de turbo les plus élevés :

GPU1 @ 1.2000V : 1084 MHz
GPU1 @ 1.1750V : 1071 MHz
GPU1 @ 1.1375V : 1058 MHz
GPU1 @ 1.1000V : 1045 MHz
GPU1 DP @ 1.1750V : 1032 MHz
GPU2 @ 1.1875V : 1058 MHz
GPU2 @ 1.1500V : 1045 MHz
Repos pour les 2 GPU : 0.8625V