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Leistungsaufnahme: TDP, TBP und TGP bei Nvidia und AMD-Grafikkarten nachgerechnet samt Zerstörung einer PR-Folie | igorsLAB

Was steckt wirklich hinter den Angaben zu Thermal Design Parameter (TDP) bzw. GPU Power sowie Total Board Power (TBP) bzw. Total Graphics Power (TGP), bei den Grafikkarten von AMD und Nvidia und wer hält sich wie an die selbst gesteckten Vorgaben? Hier gibt es jetzt die Antworten...

Was steckt wirklich hinter den Angaben zu Thermal Design Parameter (TDP) bzw. GPU Power sowie Total Board Power (TBP) bzw. Total Graphics Power (TGP) bei den Grafikkarten von AMD und Nvidia?  Und wer hält sich dann wie an die selbst gesteckten Vorgaben? Artikel zum Thema gibt es mittlerweile ja schon einige, die sich mehr oder weniger tiefgehend mit diesem Thema befassen. Aber was ist da wirklich dran?

Auslöser für diesen Artikel war übrigens das zuletzt kursierende Bild eines Äpfel- und Birnenvergleichs aus Nvidias PR-Folien-Abteilung (den ich am Ende auch widerlegen werde). Aber immer schön der Reihe nach, denn zusammen- und abgerechnet wird ja wie immer erst am Schluss.

Spannungswandler auf einer GeForce RTX 2080 Ti (8 + 3 Phasen)

Ich messe die Leistungsaufnahme von Grafikkarten seit nunmehr über 5 Jahren immer weiter im Detail, sitze vor Launches oft stundenlang an Platinenanalysen und betreibe auch so einiges an „Reverse-Engineering“, weil entweder Unterlagen schlichtweg fehlen oder das Betreffende confidential ist. Vor allem Nvidia mauert diesbezüglich fast schon vorbildlich und es stellt jedes Mal auch eine kleine Motivation dar, hinter die Gedankengänge der Layouter und Entwickler zu steigen.

Spannungswandler auf einer Radeon VII (5 + 2 + 1 +2 Phasen)

Wenn wir beide Schaltungsbelegungen vergleichen, dann fällt natürlich auch auf, dass beide Hersteller sehr unterschiedliche Ansätze verfolgen und ein direkter Vergleich der einzelnen Teilbereiche eher schwierig als einfach ist. Doch dazu komme ich gleich noch.

 

Die Leistungsaufnahme der gesamten Karte (TBP und TGP)

Das ist noch recht einfach nachzumessen und zu überprüfen und ich habe ja auch zu dieser Thematik unzählige Artikel verfasst. Was allerdings Nvidia und AMD komplett unterscheidet, ist die Kontroll- und Regelwut bei Nvidia-Grafikkarten, bei denen das jeweilige Power Target  (Default Power Limit, Werksvorgabe) und das maximale Power Limit (Max Power Limit, Absolutwert) in der Firmware fest hinterlegt sind. Im ungünstigsten Fall sind Default Power Limit und Max Power Limit identisch, dann ist in den üblichen Übertaktungstools auch der Regler für die Power-Erhöhung nicht mehr verfügbar

Im Gegensatz zu AMD überwacht Nvidia nämlich alle 12-Volt-Eingänge penibel mittels eines speziellen Monitoring-Chips, der sowohl die Spannung hinter und vor dem Shunt (sehr niederohmiger Widerstand) misst und somit auch den Spannungsabfall längs über diesem Shunt auswertet (daraus errechnet man den Stromfluss). Da in jeder 12-Volt-Zuleitung solch ein Shunt sitzt, kann somit die exakte Leistungsaufnahme des Boards bei 12 Volt gemessen und auch für die interne Begrenzung der Leistungsaufnahme zugrunde gelegt werden. Wir sehen links einen Shunt mit Längsspule zur Eingangsglättung und rechts einen NCP45491 von On Semi fürs Monitoring der Spannungen und Ströme.

 

Genau dieser hier ermittelte Wert wird auch in der Praxis nie überschritten (werden können), dafür sorgt nämlich die sehr aufmerksame und schnell regelnde Firmware. Nvidia macht es sich damit zwar ein wenig leicht, weil man davon ausgeht, dass aktuelle Grafikkarten eh nur noch die 12-V-Schienen extensiv nutzen, aber diesen Umstand machen sich dann gewissen Grafikkartenhersteller wieder zunutze, um faktisch mit der Versorgung einzelner Schaltungsblöcke über die 3.3-Volt-Schiene mehr Luft für die GPU zu lassen. Und wenn es, wie bei der MSI GeForce GTX 1650 Gaming X, etwas unter 5 Watt sind, weil man Dinge wie RGB und Gedöns nicht der Grafik zur Last legen möchte. Aber Kleinvieh macht auch Mist.

Was viele nämlich nicht bedenken: in diese Berechnung fließen auch Lüfter, RGB-Flutlicht, Mikrocontroller und Displays mit ein. Je bunter und schriller so ein Gaming-Protz daherkommt, umso weniger Leistung steht dann der GPU zur Verfügung! Wer dann noch 10 Watt (und) mehr in die voll heulenden Lüfter investiert, der gewinnt vielleicht einen Boost-Step durch die dann niedrigere Temperatur hinzu, raubt aber genau diese Power damit auch unbewusst der GPU. Man merkt das sehr schön bei wassergekühlten Karten (Custom), die jeglicher Kühlung und Beleuchtung beraubt wurden. Ich habe da stellenweise über 15 Watt Ersparnis messen können, die dann natürlich der GPU zugutekommen, ohne dass man das Power Limit händisch anheben müsste. Das ist wie die Heizung im E-Auto: Wer friert, rollt länger.

Bei AMDs Radeon-Karten gibt es eine derartige Limitierung nicht. Der Regler für das Power-Limit (prozentual) bezieht sich hier auf die GPU und deren Leistungsaufnahme und der ganze periphere Ballast bleibt schön außen vor. Das kann man jetzt sehen wie man möchte, aber es lässt zumindest mehr Freiraum für den Endanwender und die Fraktion der Beleuchtungsfetischisten und Lüfter-Anbeter.

Radeon VII und gähnende Leere. Keine Shunts, dafür ein LC-Glied zur Eingangsglättung

Wir sehen bereits jetzt anhand der Handhabung der TBP, dass es diese für die Radeon-Karten eigentlich gar nicht so eng gefasst gibt, wie bei Nvidia. Bleibt die Peripherie einschließlich Lüfter sparsam, dann darf sich die GPU bei Nvidia auch mehr schnappen, sonst jedoch nicht. Bei AMD wird die GPU selbst (eher großzügig) überwacht und der Rest der Platine darf am Stromkabel saugen, wie es den kleinen Säugern eben beliebt. Jesuiten-Internat vs. Waldorfschulverein.

Die Restriktionen und die Folgen sieht man sehr schön beim Stresstest. Bei den Nvidia-Karten erfolgt die Regelung sichtbar schneller, aber auch viel restriktiver.  Wir sehen den Strom ansteigen, der ab einem bestimmten Schwellwert dann schlagartig und extrem eingebremst wird. Auch das Valley ist einen Tick länger als bei der Radeon 7. Wir sehen auch, dass bei der GeForce sogar der Mainboardslot (rote Kurve) vom Eingriff betroffen ist.

Die Regulierung bei der Radeon VII erfolgt etwas zaghafter. Zunächst erfolgt eine leichte Absenkung und wenn das immer noch nicht hilft, weil die Last beim Stresstest nun mal konstant anliegt, wird  dann kurzzeitig abgeregelt. Der Mainboardslot bleibt faktisch unberührt, da AMD die GPU der Radeon VII nur von den beiden 8-pin Buchsen aus speist.

Doch auch bei den Spannungswandlern kennt Nvidias Kontrollzwang kein Ende und so werden die größeren GeForce RTX lückenlos mit einem fast schon perfekten Monitoring überzogen.  Doch das gibt es jetzt auf der nächsten Seite.

 

 

 

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Igor Wallossek

Chefredakteur und Namensgeber von igor'sLAB

Computer-Nerd seit 1983, Audio-Freak seit 1979 und seit über 50 Jahren so ziemlich offen für alles, was einen Stecker oder einen Akku hat.