Nvidia GeForce GTX 980 et GTX 970 : le GM204 Maxwell et les Gigabyte G1 Gaming en test

Overclocking et GM204

Avant d'observer les capacités d'overclocking directes des 3 GTX 900 que nous avons testées, nous avons voulu nous pencher de plus près sur l'influence de l'overclocking du GPU et de la mémoire sur les performances du GPU GM204. Est-il plutôt limité par sa puissance de calcul ou par sa bande passante mémoire ? Pour cela nous sommes partis de fréquences de 1250 MHz pour le GPU et de 1750 MHz pour la mémoire, ce quoi correspond à peu près aux fréquences turbo d'un modèle cadencé aux fréquences de référence. Nous avons ensuite poussé ces valeurs dans chaque cas de 14% (le maximum stable pour la mémoire) :


[ Pourcents ] [ FPS ]

Dans le cas d'Anno 2070 par exemple, seule la fréquence GPU compte, les gains liés à l'overclocking de la mémoire étant minimes.

Par contre Batman Arkham Origins et Battlefield 4 affichent tous les deux des gains similaires avec l'overclocking du GPU ou de la mémoire et un gain combiné qui profite clairement des deux. Pour ces jeux, il faut en conclure que, sur GM204, à peu près la moitié du temps de calcul d'une image est limité par la puissance de calcul alors que l'autre moitié est plutôt limitée par la bande passante mémoire. Il est donc important d'overclocker ces deux éléments.

Overclocking des GTX 980 et GTX 970

Comme toutes les cartes graphiques, les GeForce GTX 900 peuvent être overclockées. Elles reprennent pour cela les mêmes interfaces que pour les GeForce GTX 700. Il est donc possible de modifier manuellement :

- la fréquence GPU
- la fréquence mémoire
- la tension GPU maximale
- la limite de température
- la limite de consommation

Les partenaires de Nvidia sont libres de proposer eux aussi des modèles overclockés d'usine, il n'y a que la limite de température par défaut de 79 °C à laquelle ils ne peuvent pas toucher. Ils peuvent par ailleurs décider d'étendre les plages de modifications pour l'overclocking et pour la limite de consommation. La plage de température n'est par contre pas modifiable et le maximum a été fixé par Nvidia à 91 °C.

Nvidia nous a par ailleurs indiqué qu'ils devaient conserver un même ratio entre les fréquences de base et GPU Boost sur lesquelles ils communiquent. Ainsi, un fabricant ne peut pas se contenter de sélectionner les exemplaires qui montent le plus haut en fréquence, ne rien changer et annoncer une fréquence GPU Boost énorme sans toucher à la fréquence de base. Par contre, rien ne les empêche de faire l'inverse, c'est-à-dire sélectionner les échantillons dont la fréquence turbo réelle est la plus faible pour proposer un très gros overclocking d'usine officiel, sans atteindre la limite d'instabilité au niveau de la fréquence maximale réelle.

La limite de température fixée à un niveau relativement bas par défaut, 79 °C, est un élément qui peut être relevé pour gagner quelques points de performances, principalement sur les cartes de référence mais également sur certains modèles dont le ventirad serait peu efficace. En contrepartie cela augmente la vitesse de ventilation et donc les nuisances sonores. A noter que si la limite est poussée à 91 °C, une fois celle-ci atteinte, le ou les ventilateurs montent instantanément à 100% et reviennent à un niveau normal dès que la température GPU a chuté de quelques degrés. Mieux vaut donc en pratique éviter d'atteindre cette limite et se contenter de 85 °C voire 90 °C au maximum.

Augmenter la limite de consommation est également utile dans le cas où la limite de température n'est pas atteinte (sinon cela ne fait aucune différence). L'intérêt dépend également du niveau de base spécifié par le fabricant. Par exemple sur une GTX 980 de référence dont le TDP est fixé à 180W, le pousser à son maximum, 225W (125%), a plus de sens que sur une GTX 980 de Gigabyte dont le TDP par défaut est déjà fixé à 300W, valeur supérieure à la consommation observée dans les jeux les plus gourmands. Le pousser manuellement à 336W (112%) n'apportera pas d'avantage, ni de désavantage d'ailleurs, excepté peut-être un stress supplémentaire dans certaines applications telles que Furmark.

La fonction d'overvoltage (OV) ou d'augmentation de la tension GPU reste similaire à ce que nous avons pu observer sur les GTX 700 si ce n'est que la plage semble être un peu plus élevée. Il ne s'agit pas d'une augmentation directe de la tension ni d'un offset comme sur les Radeon mais bien d'un allongement de la courbe des tensions/fréquences. Un ou deux points en plus sur cette courbe qui permettra de gagner 13 ou 26 MHz quand les limites de consommation et de température ne sont pas atteintes. Lorsqu'elles le sont l'OV n'a aucun impact. Voici l'impact de l'OV sur nos 3 cartes :

GTX 980 de référence : max 1265 MHz @ 1.225V -> max 1278 MHz @ 1.243V
GTX 980 Gigabyte : max 1380 MHz @ 1.225V -> max 1393 MHz @ 1.250V
GTX 970 Gigabyte : max 1354 MHz @ 1.206V -> max 1380 MHz @ 1.250V

A noter que l'algorithme GPU Boost bloque l'accès au dernier ou aux deux derniers points de la courbe de tensions/fréquences lorsque certaines conditions sont rencontrées. Nous n'avons pas encore pu les déterminer précisément mais elles semblent liées à la charge et à la température GPU, même quand les limites à ce niveau ne sont pas atteintes. Un mécanisme probablement mis en place par Nvidia pour contenir l'augmentation des nuisances avec un impact négligeable sur les performances.

Augmenter la fréquence GPU sur GTX 900, tout comme sur les GTX 600 et 700, revient à appliquer un offset. C'est-à-dire que la fréquence est relevée sur tous les points de la courbe utilisée par GPU Boost. Vu sous un autre angle, cet offset revient à réduire la tension GPU appliquée à chaque niveau de fréquence. Ainsi, même si votre carte se retrouve limitée par sa température ou sa consommation et n'atteint pas sa fréquence maximale, l'overclocking GPU reste utile ! A noter que nous testons la stabilité d'un overclocking à différents niveaux de charge de manière à vérifier cette stabilité à différents points de la courbe des fréquences/tensions.

En plus du petit gain lié à l'OV, voici les overclockings GPU que nous avons pu obtenir, en évoluant par pas de 26 MHz pour nous adapter aux étapes de 13 MHz de la courbe de fréquences mise en place par Nvidia :

GTX 980 de référence : +208 MHz -> max 1486 MHz @ 1.243V
GTX 980 Gigabyte : +130 MHz -> max 1522 MHz @ 1.250V
GTX 970 Gigabyte : +104 MHz -> max 1484 MHz @ 1.250V

Atteindre 1.5 GHz est donc relativement aisé pour le GPU GM204, même si toutes les cartes n'y arriveront pas de manière totalement stable.

Au niveau de la mémoire, nous avons également cherché l'overclocking maximum en évoluant par pas de 25 MHz en fréquence réelle soit par pas de 50 MHz au niveau de la fréquence affichée par Afterburner :

GTX 980 de référence : +"300" MHz -> 1900 MHz
GTX 980 Gigabyte : +"500" MHz -> 2000 MHz
GTX 970 Gigabyte : +"500" MHz -> 2000 MHz

A noter que sur la carte de référence, la mémoire est stable à 2000 MHz mais uniquement pendant quelques minutes, probablement le temps que sa température ou celle de son étage d'alimentation monte. Nous avons dû redescendre à 1900 MHz pour stabiliser la carte dans la durée.

Voici les gains de performances que nous avons pu observer tout d'abord en poussant les limites de consommation et de températures à leur maximum, ensuite en appliquant l'overclocking. Au niveau des températures, bien que la limite soit poussée à 91 °C pour donner un maximum de marge, en pratique la carte de référence se contente de 82 °C dans Anno sans overclocking et de 83 °C avec. Les cartes de Gigabyte restent à 70 °C et 72 °C, soit très loin de la limite.


[ FPS ] [ Pourcents ]

Fort logiquement, seule la carte de référence profite d'une simple revue à la hausse de ses limites, celles-ci n'étant pas atteintes sur les cartes de Gigabyte. C'est également en partie ce qui lui permet d'afficher un plus gros global.

Ce gain plus faible sur les cartes Gigabyte s'explique également en partie par le fait que l'overclocking d'usine puise dans les capacités d'overclocking manuel. Il reste donc moins de marge supplémentaire pour l'utilisateur.

Au final, suivant les jeux, nous obtenons après overclocking un gain de 19 à 23% sur la GTX 980 de référence, de 11 à 15% sur la GTX 980 G1 Gaming de Gigabyte et de 7 à 13% sur la GTX 970 G1 Gaming de Gigabyte.

Quel impact sur la consommation ?

Nous avons mesuré la consommation sous Anno 2070 et Battlefield 4 avant et après overclocking :


[ Watts ] [ Pourcents ]

Fort logiquement, c'est sur la GTX 980 de référence que la consommation progresse le plus avec +43% dans Anno 2070, ce qui est logique puisque par défaut sa température maximale est atteinte ce qui limite sa consommation dans les jeux les plus gourmands. A noter que même relevée de 25%, sa limite de consommation (225W) est atteinte et sa fréquence GPU est réduite de 1473 à 1424 MHz.

Toujours dans Anno, les GTX 980 et 970 G1 Gaming sont 20% plus gourmandes après overclocking, pour une consommation qui dépasse les 250W pour la première.

Dans un jeu moins lourd tel que Battlefield 4, toutes les cartes restent sous les 200W une fois overclockées, ce qui permet à la carte de référence de rester à sa fréquence maximale.