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Desktop, mobile et en box : la GTX 1080 dans tous ses états
Cartes Graphiques
Publié le Lundi 29 Mai 2017 par Damien Triolet

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Page 1 - Introduction

La GeForce GTX 1080 offre-t-elle une prestation similaire sous toutes ses formes ? Intégrée au PC, qu'il soit desktop ou portable, ou encore exploitée en boîtier externe Thunderbolt ? C'est ce que nous allons vérifier dans ce dossier.

L'été dernier, Nvidia a lancé la GeForce GTX 1080 dans le monde mobile avec une promesse : offrir aux joueurs au moins 90% des performances de la GTX 1080 Founders Edition. Une petite révolution pour les portables qui ont souvent dû se contenter de nomenclatures similaires aux cartes desktop mais avec des performances nettement moindres.

C'est évidemment la très bonne maîtrise de la consommation des GPU Pascal qui a permis à Nvidia d'évoluer dans cette direction, mais également un marché des portables gamers qui se porte plutôt bien avec une demande réelle pour des machines plus musclées sur le plan graphique. Nous avons voulu constater par nous-mêmes que le niveau de performances était bien celui annoncé.

Après réflexion, nous avons cependant décidé qu'un autre aspect important devait prendre part à ce dossier : la possibilité d'exploiter un GPU externe. Si diverses initiatives ont tenté d'exister par le passé mais sans succès, le Thunderbolt 3 et son mode eGFX semblent enfin rendre l'approche réaliste en offrant aux boîtiers externes une connexion PCI Express 3.0 x4. AMD et Nvidia en proposent un support officiel depuis plus d'un an avec la promesse d'une expérience simplifiée pour l'utilisateur.

De quoi permettre aux joueurs de se contenter d'un portable plus compact associé à un boîtier graphique externe au détriment des gros portables gamers ? Comme nous allons le voir, ce n'est pas aussi simple…

Page 2 - Asus ROG G701VI et XG Station 2

Pour ce dossier, Asus nous a fourni un portable musclé, le G701VI, ainsi que sa box pour GPU, la XG Station 2.

Asus ROG G701VI

Le ROG G701VI est un portable gamer haut de gamme, entendez par là qu'il ne s'agit ni d'une machine compacte ni d'une machine légère avec une diagonale de 17.3" et 3.6 Kg au compteur, sans compter l'énorme bloc d'alimentation qui ajoute 1.3 Kg.

C'est la version G701VI-BA010T qu'Asus nous a fournie. Elle est proposé à un peu plus de 3000€, rien que ça ! Elle est équipée d'un Core i7 6820HK (4 coeurs, 8 threads, turbo à 3.6 GHz, 8 Mo de L3 et TDP de 45W), de 16 Go de DDR4 2400 MHz et d'une GeForce GTX 1080.

Cette dernière est configurée avec une fréquence de base de 1582 MHz et une fréquence turbo communiquée de 1771 MHz. En pratique la fréquence turbo maximale était de 1886 MHz sur notre échantillon. C'est respectivement un peu moins et un peu plus que la GeForce GTX 1080 Founders Edition qui a des fréquences GPU de 1607/1733 MHz. Coïncidence, la fréquence maximale de notre échantillon de GTX 1080 FE est également de 1886 MHz.

Asus semble avoir conservé un TDP de 180W pour la GTX 1080 du GV701VI. Evidemment, il sera limité à une consommation inférieure au bout de quelques minutes, voire dizaines de secondes, par sa capacité de dissipation. C'est également le cas sur la GTX 1080 FE dont le ventirad autorise une consommation de +/- 150W. Alors que la limite de température de la GTX 1080 FE est de 83°C, elle est poussée à 88 °C sur la GTX 1080 mobile.

Au niveau de l'affichage, Asus se contente d'une dalle 17.3" en 1080p mais compatible G-Sync et 120 Hz, ce qui est plutôt bien adapté au jeu vidéo même si la GTX 1080 est capable de monter en 1440p dans pas mal de jeux.

A noter qu'Asus propose sur son portable un mode Extreme qui pousse la fréquence GPU à 4 GHz et celles du CPU de 40 MHz. Nous ne l'avons pas utilisé pour les tests qui vont suivre. Par ailleurs, Asus commercialise depuis peu la G701VI-XB78K avec un Core i7 7820HK et de la DDR4 2800 MHz, mais en conservant le même châssis et la même GTX 1080.

Asus XG Station 2

Il aura fallu beaucoup de temps à Asus pour finaliser la XG Station 2, annoncée en janvier 2016 et que nous avions pu observer lors du Computex au printemps dernier. Notez qu'Asus parlait alors d'un connecteur propriétaire qui augmenterait la bande passante du lien Thunderbolt de 15% par rapport à la concurrence. Aucune trace de celui-ci sur le produit final malheureusement. La XG Station 2 est commercialisée en France à 550€. Pour ce prix que nous propose Asus ?

La XG Station 2 fait partie de la gamme ROG et en arbore le design et les couleurs avec du noir et du rouge. Visuellement le design est relativement sympathique avec une fenêtre teintée et un tube avec effet plasma rouge pour éclairer la façade.

La finition est par contre approximative avec pas mal de jeu au niveau de la fermeture du boîtier. Le plus gros défaut de ce design est cependant sa taille avec 46 x 16 x 28 cm et un volume de 20L. Un format dans lequel il est également possible de concevoir un mini-PC avec une carte graphique de 30 cm.

Au niveau de la connectique, Asus propose un Thunderbolt 3 40 Gbps, un gigabit ethernet et un hub USB 3.0. Le câble Thunderbolt 3 certifié 40 Gbps fourni par Asus est très court avec seulement 50 cm. Etant donné que le connecteur se situe à l'arrière d'un boîtier long de 46 cm, les possibilités de positionnement de la XG Station 2 seront pour le moins limitées !

Une fois ouverte, la XG Station 2 propose un port PCI Express 16x câblé en 4x selon nos observations. Asus parle étrangement de 1x sur la page produit de la XG Station 2, pour coller aux résultats pratiques qui vont suivre ?

Ce boîtier Asus peut accueillir des cartes graphiques 2.5 slots avec jusqu'à 31cm de long. L'alimentation acceptera les modèles les plus gourmands puisqu'il s'agit d'un bloc 80 Plus Gold de 680W avec jusqu'à 672W en 12V. 2 connecteurs 6+2 broches sont proposés avec un système de range câble pour une installation propre suivant la position des connecteurs sur la carte graphique.

Le refroidissement est assuré par 3 petits ventilateurs placés en extraction sur le dessus du boîtier. Plusieurs séries de LED sont chargées de l'éclairage intérieur. Rouges par défaut, elles peuvent être synchronisées avec une carte graphique Asus qui supporte Aura.

Pour utiliser la XG Station 2, il suffit d'y installer une carte graphique, de la démarrer via un bouton interne (elle peut ensuite le rester en permanence) et de la connecter au PC via un connecteur Type-C compatible Thunderbolt 3. L'affichage doit alors se faire sur un écran externe connecté sur la carte graphique présente dans la XG Station 2. Il n'est pas possible de rediriger l'affichage vers une autre sortie vidéo ou vers l'écran d'un portable, ce qui pourra être ennuyeux pour certains utilisateurs. Attention donc à ce détail.

En principe, le tout doit ensuite être transparent : Windows 10 assisté par les pilotes AMD ou Nvidia se charge de basculer automatiquement vers la carte graphique de la XG Station 2 dès qu'elle est connectée. En pratique ce n'est pas toujours le cas et il nous est arrivé plusieurs fois de devoir redémarrer le système. La première installation peut également nécessiter plusieurs tentatives.

Certains jeux peuvent ne pas fonctionner correctement avec la XG Station 2. Nous pensons par exemple à Doom en mode Vulkan qui par défaut exploite la première carte graphique du système (celle du portable) mais se sert de la sortie vidéo de celle du boîtier externe avec une latence plus élevée. La seule parade qui a fonctionné dans notre cas pour ce jeu a été de désactiver l'autre carte graphique dans le gestionnaire des périphériques.

Page 3 - Performances 3DMark et jeux

Nous avons mesuré les performances sur notre protocole de test habituel avec les pilotes GeForce 378.66 et un niveau de qualité maximal en 1080p.

Nous avons configuré le Core i7 5960X de notre système de test de manière à nous rapprocher autant que possible du Core i7 6820HK, mais il reste évidemment une différence notamment sur le plan thermique.

Par ailleurs, pour aller plus loin dans les tests de la XG Station 2, nous l'avons également connectée à notre banc de test classique via la carte Asus ThunderboltEX 3 que nous avons pu positionner via différents ports PCI Express.

Pour commencer, nous avons lancé quelques tests sous 3DMark :


[ Fire Strike ] [ Fire Strike Extreme ] [ Time Spy ]

Première constatation, la GeForce GTX 1080 mobile est très proche de la GTX 1080 FE, avec 97% des performances de cette dernière. Rappelons cependant que 3DMark est un cas avantageux pour l'une comme l'autre de cette solution puisqu'il ne permet pas une mesure de performances à température et fréquences stabilisées.

La seconde observation concerne les performances de la GTX 1080 FE en boitier externe. Elles correspondent à +/- 80% des performances d'une carte graphique interne au système dans Fire Strike à près de 90% dans les 2 autres tests. 3DMark est là aussi un mauvais exemple puisqu'il tourne à très faible niveau de fps, ce qui limite les échanges PCI Express et aide donc les boitiers externes. Il est cependant intéressant de vous montrer ces résultats qui permettent de comprendre pourquoi certaines annonces ou tests expéditifs peuvent différer des résultats qui vont suivre.

Enfin, la GTX 1080 de G701VI a beaucoup de mal sur batterie avec des résultats catastrophiques. Les performances peuvent chuter de plus de moitié par rapport à ce que nous mesurons sur secteur. Nous expliquerons pourquoi sur la page suivante.

Passons ensuite aux performances obtenues en pratique dans les jeux :


[ Indice ] [ Anno 2205 ] [ Ashes of the Singularity ] [ Battlefield 4 ] [ Crysis 3 ] [ DiRT Rally ] [ DOOM ] [ Dying Light ] [ Fallout 4 ] [ Far Cry Primal ] [ Grand Theft Auto V ] [ Hitman ] [ Project Cars ] [ Rise of the Tomb Raider ] [ Star Wars Battlefront ] [ The Division ] [ The Witcher 3 ]

La GeForce GTX 1080 du G701VI obtient tout juste les 90% de performances de la GTX 1080 FE promis par Nvidia, et ce alors que quelques jeux sont limités par le Core i7 6820HK. C'est principalement le cas de Project Cars dans lequel le G701VI se contente de 71% des performances de notre banc de test. Un très bon résultat donc à la hauteur des annonces de Nvidia.

Il en va tout autrement pour les performances obtenues par la GTX 1080 FE en boîtier externe. Elle obtient seulement 71% des performances de la même carte graphique directement intégrée dans le système. Un surcoût énorme qui varie suivant les jeux avec seulement 55% des performances dans Far Cry Primal et un plus honorable 82% dans GTA V.

Enfin ces tests confirment les performances désastreuses du G701VI sur batterie, d'autant plus que ces chiffres ne montrent pas qu'il y a d'énormes saccades qui rendent cette solution inutilisable.

Page 4 - Fréquences, consommation et nuisances sonores

# Fréquences

Nous avons mis en tableau les fréquences GPU moyennes relevées sur les différentes GTX 1080 :

Notre échantillon de GTX 1080 mobile tourne à une moyenne approximative de 1658 MHz contre 1718 MHz pour notre GTX 1080 FE. Une faible différence qui témoigne de l'excellent travail réalisé par Nvidia sur ses derniers GPU, mais également de l'utilisation par Asus d'un système de refroidissement costaud pour la G701VI.

Placée en XG Station 2, la GTX 1080 FE ne voit sa fréquence GPU que très peu impactée. C'est négligeable par rapport à l'énorme chute de performances constatée.

Nous n'avons pas intégré le G701VI sur batterie dans ce tableau, les fréquences moyennes n'ayant aucun sens compte tenu de la situation. Quand il est sur batterie, les fréquences de la GTX 1080 sont revues à la baisse, ce qui est normal. La tension du GPU est limitée à 0.9V, ce qui se traduit mécaniquement par une fréquence turbo maximale de 1658 MHz au lieu de 1886 MHz. Par ailleurs, la fréquence de la GDDR5X passe de 1250 MHz à 750 MHz. De quoi réduire quelque peu les performances mais certainement pas autant que ce que nous avons pu mesurer.

En regardant de plus près les fréquences pratiques, nous comprenons un petit peu mieux ce qui se passe : la carte graphique passe son temps à jouer au yoyo entre ce mode batterie et ce qui semble être un mode de protection dans lequel la mémoire est limitée à 200 MHz alors que le GPU repasse en fréquence et consommation maximale !

Dès que c'est le cas les performances chutent drastiquement, causant d'énormes saccades avant de revenir à la normale puis de rechuter et ainsi de suite. Notre supposition est qu'Asus a très mal calibré les limites de consommation et de température voire a confondu les limites cibles et de sécurité.

Ce problème reste présent quand l'option Battery Boost de Nvidia est activée. Celle-ci permet cependant d'espacer un peu plus les périodes de grosses saccades en limitant le GPU à 30 fps et donc son échauffement. En pratique peu importe le mode, le G701VI que nous avons testé est inutilisable en jeu sur batterie.

Consommation

Nous avons brièvement observé la consommation à la prise des différentes solutions. La XG Station 2 en elle-même consomme une vingtaine de watts auxquels s'ajoutent quelques-uns de plus au niveau du portable, probablement liés au contrôleur Thunderbolt 3. La consommation se stabilise à un peu plus de 170W quand une GTX 1080 FE y est installée.

Lorsque nous lançons Furmark sur le G701VI, la consommation totale à la prise monte tout d'abord à 261W avant de se stabiliser à 201W. Si nous nous basons sur un rendement approximatif de 90% pour son bloc d'alimentation, nous obtenons respectivement 234W et 181W. Un premier chiffre qui semble compatible avec un TDP configuré à 180W pour la GTX 1080 mobile et qui pointe vers une capacité de dissipation du G701VI de +/- 130W, ce qui peut varier d'un jeu à l'autre suivant l'échauffement du CPU. C'est moins que les 150W observés sur la GTX 1080 FE, mais suffisant pour obtenir 90% de son niveau de performances, probablement avec l'aide de puces triées à cet effet.

Nuisances sonores

Il ne nous a malheureusement pas été possible d'obtenir des mesures de bruit comparatives pour le G701VI étant donné que le refroidissement est partagé entre le CPU et le GPU, ce qui s'adapte mal à notre protocole de test. En pleine charge comme vous pouvez vous en douter les 2 ventilateurs du portable tournent à une vitesse très élevée et l'ensemble est très bruyant.

La XG Station 2 n'est pas non plus ce qui se fait de plus discret. Nous avons cette fois pu en mesurer les nuisances comme pour nos tests habituels. Après avoir placé notre GTX 1080 FE dans le boîtier externe, nous avons mesuré 33.5 dBA au repos et 44.4 dBA en charge. C'est nettement plus que les 22.8 dBA au repos et 37.1 dBA en charge obtenus avec la même GTX 1080 FE placée dans notre système de test classique !

Page 5 - XG Station 2 et influence du bus PCI Express

Face aux performances plus que décevantes de la XG Station 2, nous avons exécuté quelques séries de tests supplémentaires pour mieux comprendre ce qu'il se passe. Nous pensions au départ que notre échantillon était défectueux ou que le câble Thunderbolt 3 était endommagé et limitait le débit, mais il n'en était rien. Nous pensions ensuite que le contrôleur Thunderbolt 3 n'était peut-être pas implémenté de manière optimale en passant par exemple par le chipset ou avec un lien PCI Express réduit, mais il n'en était rien non plus. Nous avons également vérifié si le problème ne venait pas de Nvidia, mais avons obtenus des résultats similaires avec une Radeon.

Parmi les tests supplémentaires, nous avons tout d'abord observé les performances dans 3DMark, Battlefield 4 et The Witcher 3 en limitant la GTX 1080 FE en PCIE 4x et 1x ainsi qu'en connectant le contrôleur Thunderbolt 3 (via la carte PCIE Asus) sur différents ports PCI Express : 4x au CPU, 4x au chipset et 1x au chipset :


[ Fire Strike ] [ Fire Strike Extreme ] [ Time Spy ]

Nous ne nous attarderons pas sur les résultats sous 3DMark qui sont peu impactés par la bande passante PCI Express même si des écarts significatifs sont déjà visibles. Passons aux jeux :


[ Battlefield 4 ] [ The Witcher 3 ]

Si le PCI Express 4x n'a qu'un impact limité pour la GTX 1080 FE, le PCI Express 1x réduit nettement les performances sous ces 2 titres.

Exploitée dans les meilleures conditions possibles, soit avec un contrôleur Thunderbolt 3 connecté directement au PCI Express en 4x, la GTX 1080 FE dans la XG Station 2 obtient à peu près les mêmes mauvaises performances que quand elle est connectée directement en PCI Express 1x. C'est évidemment encore moins bien quand la connexion passe par le chipset et dramatique en combinaison avec un lien 1x.

Enfin, nous avons mesuré le débit PCI Express via l'utilitaire CUDA de Nvidia :


[ Bande passante PCIE - Host to Device ] [ Bande passante PCIE - Device to Host ] [ Bande passante PCIE - Bidirectionnelle ]

La bande passante du système vers la carte graphique est nettement inférieure à ce qui était attendu avec Thunderbolt 3 puisque nous sommes plutôt au niveau du PCIE 2x que du 4x. C'est mieux dans l'autre direction, de la carte graphique vers le système, où nous nous approchons du 4x. C'est évidemment le premier cas de figure, le plus mauvais, qui se retrouve majoritairement en jeu.

Bien que n'étant pas extraordinaires du tout, ces résultats au niveau de la bande passante ne permettent pas seuls d'expliquer les mauvaises performances que nous avons relevées en jeu. Nous supposons donc qu'il y a également un gros impact au niveau de la latence et/ou du surcoût dans le flux de données transmises à cause de la double conversion du protocole PCIE vers Thunderbolt.

Page 6 - Conclusion

Commençons cette conclusion par le positif. Comme nous l'avait promis Nvidia, la GeForce GTX 1080 intégrée dans un portable obtient des performances du même ordre que la Founders Edition sur un PC desktop, tout du moins lorsqu'elle est associée à un système de refroidissement costaud comme c'est le cas sur le G701VI d'Asus.

Les avancées obtenues par Nvidia au niveau du rendement énergétique ont évidemment contribué à rendre possible cette prouesse inimaginable il y a quelques années. Il existe donc une solution efficace pour les joueurs les plus exigeants. A condition bien entendu de mettre le prix et d'accepter un format qui se moque de la compacité.

Petit ou gros bémol pour ce G701VI, suivant l'utilisation qui en sera faite, une fois sur batterie, il est inutilisable en jeu dans la configuration que nous a fournie Asus. Le fabricant taiwanais semble s'être emmêlé les pinceaux dans la configuration de la GTX 1080 mobile. Ses fréquences jouent au yoyo et des énormes saccades rendent l'expérience de jeu plus que désagréable.

De quoi en arriver à la XG Station 2 et plus globalement aux boîtiers externes pour GPU, qui représentent la grosse déception de ce dossier. Cela fait plus de 10 ans que ces boîtiers reviennent régulièrement sur le devant de la scène avec de nombreuses promesses mais sans grand succès au final. Thunderbolt 3 et son mode eGFX semblaient enfin pouvoir rendre cette solution réaliste et efficace, mais nous sommes de toute évidence encore très loin du compte. La bande passante limitée et les surcoûts induits par la double conversion PCI Express vers Thunderbolt 3 ont un impact non négligeable sur les performances en jeu, ce qui nuit à l'intérêt d'une telle solution.

Pour résumer la situation, une XG Station 2 + une GeForce GTX 1080 premier prix reviennent à +/- 1100€ et offrent la prestation d'une GeForce GTX 1070 à 400€ sur le plan des performances ! Ce à quoi il faut ajouter des nuisances sonores trop importantes au niveau du boîtier Asus, un encombrement de l'ordre d'un mini-PC et une mise en place compliquée avec un câble Thunderbolt 3 très court et un connecteur placé à l'arrière. Autant être clairs, pour la majorité d'entre vous, la conclusion qui s'impose est de passer votre chemin.

Evidemment pour une poignée d'utilisateurs et d'usages spécifiques il est toujours possible de justifier une telle solution. Par exemple un portable exploité dans un cadre professionnel et qui aurait besoin d'avoir accès aux pilotes Quadro. Ou encore un utilisateur qui ne regarde pas à la dépense et veut absolument jouer sur son ultra-portable équipé d'un CPU véloce mais d'aucun GPU dédié. Mais même dans ces quelques cas, malheureusement pour Asus, il serait malvenu de ne pas jeter un coup d'oeil aux boîtiers similaires proposés par d'autres marques avec une note moins douloureuse.

L'histoire du GPU externe ne s'arrêtera probablement pas là, rendez-vous dans quelques années pour une nouvelle tentative !

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