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Nvidia GeForce RTX 2080 Ti – Interne Details zur Spannungsversorgung, abweichenden Komponenten und wo die Spikes geblieben sind!

Wer sich noch nicht so sehr mit der Materie auskennt, dem empfehle ich zum Einstieg und besseren Verständnis unbedingt erst einmal meinen Grundlagenartikel „Grundlagen GPUs: Leistungsaufnahme, Netzteilkonflikte & andere Mythen“ lesen (geht in einem neuen Tab/Fenster auf), der die wichtigsten Informationen für das nun Folgende bereithält. Im Einstiegsartikel zu Turing „Nvidia GeForce RTX 2080 Ti und RTX 2080 vorgestellt – was sich hinter Turing wirklich verbirgt „ habe ich ja bereits kurz auf die Spannungsversorgung verwiesen. Nun also gibt es die genaue Erklärung.

 

Begriffserklärung: Phase, gedoppelte Phasen und Parallelschaltung

Die GeForce RTX 2080 Ti FE hat insgesamt 13 Phasen und 3 davon stehen dem Speicher zur Verfügung. / Die Geforce RTX 2080 Ti nutzt 13 VRM-Phasen… (Pressezitate)

Fangen wir erst einmal an, uns mit den wesentlichen Dingen der Spannungsversorgung so einer GeForce RTX 2080 Ti FE zu beschäftigen, denn in vielen Launchartikeln können wir schlichtweg viel Falsches oder zumindest arg Oberflächliches lesen. Der erste Punkt dabei ist der, dass nicht alles, was ein Spannungswandler(-Kreis) ist, automatisch auch eine eigene Phase darstellt (und umgekehrt). In der Regel ist das bei einfacheren Schaltungen zwar so, aber man kann durchaus auch eine Phase entweder mit einem passenden Chip doppeln (Doubler), oder etwas zusammenschalten und beides mit Hilfe eines geeigneten Chips sehr einfach realisieren.

Wie das dann im Detail genau funktioniert, würde aber bereits zu weit führen, deshalb versuche ich mich einfach mal so allgemein wie möglich zu halten. Fakt ist, dass man dann z.B. 6 Phasen in 12 einzelnen Spannungswandlerkreise aufteilt, die natürlich auch die jeweils fließenden Ströme aufzuteilen helfen. Das entzerrt die thermischen Hotspots ungemein. Der Nachteil ist, dass fast alle dieser sogenannten Doubler-Chips die direkte Kommunikation zwischen dem PWM Controller, der quasi als Supervisor alles kontrolliert und die Phasen generiert, und den jeweiligen Regelkreisen unterbinden bzw. verhindern. Doch es geht ja auch simpler.

Die zweite, viel einfachere Möglichkeit ist nämlich, einfach zwei Regelkreise mit einer Phase parallel anzusteuern und gemeinsam zu regeln. Das ist dann symmetrisch und bringt den gleichen Effekt. Es hat aber auch den Nachteil, dass man dann über weniger echte Phasen bzw. gedoppelte Phasen verfügt und zusehen muss, dass die Qualität der ausgehenden Ströme möglichst hoch bleibt (z.B. Noise). Und egal, was die Fachpresse vielleicht schreiben oder per Video verkünden mag: es sind und bleiben ganze acht Phasen für die GeForce RTX 2080 Ti!

Im Übrigen ist es für die Qualität der Versorgung wirklich bedeutend, ob es nun 6, 7 oder 8 Phasen für die VDCC sind (z.B. Noise), aber oberhalb von 8 Phasen und mehr wird es dann bereits komplett uninteressant! So gesehen bietet also eine Versorgung mit echten 10 (oder mehr)  Phasen elektrisch gesehen keinerlei Vorteile mehr, sondern es gibt lediglich weniger Hotspots, weil sich die fließenden Ströme besser aufteilen lassen. Der Rest ist eine urban legend und fast immer nur pures PR-Gefasel.

So sieht Nvidia diese Karte übrigens im Vergleich zu herkömmlichen Designs mit n-Phasen. Es ist zwar nur eine PR-Folie, aber wir wollen natürlich schauen, ob da was dran ist (oder vielleicht auch nicht):

 

Gleiche Karte, unterschiedliche Controller!

Einen Grund für die Irreführung mag man allein schon an der Tatsache festmachen können, dass Nvidia schlichtweg unterschiedliche PWM-Controller-Chips verbaut hat. Manche Kollegen bekamen eine Karte mit einem MP2888 von MPS (Monolithic Power Systems), der eigentlich als erster programmierbarer und echter 10-Phasen-Controller gilt und auch schon auf der Titan V Verwendung fand. Wie es der Zufall so will, steckt auf meinem Board aber nun ein uP9512P von UPI, der nur 8 Phasen liefern kann.

Der MP2888 ist zwar einen Tick teurer und weist auch etwas bessere Specs auf, aber in dem Bereich, wo die Grafikkarten arbeiten, sind diese theoretischen Grenzwerte eh uninteressant. Ob nun Nvidia der MP2888 einfach zu teuer wurde oder der Chip einfach knapp war – man weiß es nicht und wild spekulieren will ich da auch nicht. Fakt ist aber, dass es nun auch der uP9512P richten muss. Und genau der kann eben auch nur die 8 Phasen aus seinem Datenblatt. Punkt.

uP9512P von unserem Sample der GeForce RTX 2080 Ti

 

Wie viele Phasen für die VDDC sind es denn nun wirklich?

Auf eine Phase-Doubling verzichtet NVIDIA und spricht die 16 Phasen allesamt einzeln an. Ein Phase-Doubling habe laut NVIDIA zu viele Nachteile und macht das Design auch weniger flexibel (Pressezitat)

Kurze Frage, kurze Antwort: es sind ACHT. Ich schrieb ja bereits, dass es schon von Controller-Chip her auch nicht anders geht, denn auch der MP2888 läuft schließlich nur im 8-Phasen-Modus. Die oben zitierte Aussage eines Kollegen ist übrigens indirekt trotzdem richtig, auch wenn man dann schon ganz genau zwischen den Zeilen lesen, sowie die Feinheiten herausfiltern muss und die 16 „Phasen“ die Anzahl der Power Stages darstellen. Und ich schrieb ja im Launchartikel auch, dass Nvidia mit gedoppelten Phasen arbeitet.

Den Vorwurf, hier ebenfalls sprachlich etwas luschig gewesen zu sein, muss ich mir allerdings gefallen lassen. Denn es sind sehr wohl doppelt belegte Phasen, jedoch kein Doubling. Feinste Nuance, aber wichtig! Es kam nämlich die berechtigte Frage auf, wo denn dann die Doubler-Chips seien. Antwort: man braucht gar keine! Ich hatte ja gerade erklärt, dass man die Phasen auch mit zwei parallel arbeitenden Smart Power Stages betreiben kann. Der von mir auf unserer Platine fotografierte uP9512P kann dies nämlich, ein uP9512R würde hingegen Doubler-Chips benötigen!

Auch der MP 2888 kann die Regelkreise nur direkt ansteuern, jedoch keine Doubler-Chips! Somit haben wir also am Ende wirklich 3 echte Phasen mit je einem Regelkreis und 5 Phasen mit jeweils zwei parallel geschalteten Smart Power Stages. Das Schema, wo welcher Power Stage liegt und welche zusammen verschaltet wurden, seht Ihr hier:

 

Doch was ist jetzt wirklich neu und warum hat Nvidia so beharrlich die Spannungsversorgung gelobt? Ich weiß es und möchte dieses Wissen mit Euch auch gern teilen, denn es hat auch damit etwas zu tun, warum Doubler nicht zwingend förderlich gewesen wären (siehe oben). Und zwar 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.