Оптимизация современных видеокарт Nvidia на примере GeForce RTX 2080 и 2080 Super

Минус 30% энергопотребления с 5% ростом производительности, а также небольшой опрос в конце материала

В мае 2016 Nvidia представила публике GTX 1000 серию видео ускорителей с одним из самых высоких показателей производительности в расчете на энергопотребление. Произошло это в том числе благодаря использованию новой системы регулирования частоты/напряжения — Curve — кривая частот-напряжений, или в простонародье — «курва». И начиная с 1000 серии у пользователя появилась в распоряжении гибкая система настройки видеокарты относительно возможности ее элементной базы и удачливости кремния в кристаллах графического процессора и памяти.

В данном материале я поведаю читателю, что это за «курва» такая? Как она позволяет гибко настраивать работу видеокарты под различные условия ее эксплуатации? Каким образом происходит процесс настройки с различными подводными камнями? И конечно же какой результат от всего этого пользователь может получить?

• Подопытные
• Понимание основ
• Настройка частоты/напряжения чипа
• Настройка памяти
• Тестирование
• Настройка системы охлаждения
• Опрос

В качестве подопытных я буду использовать видеокарты 8GB GeForce RTX 2080 Super от Asus в исполнении Strix и 8GB GeForce RTX 2080 Palit JetStream — оба ускорителя с качественными элементной базой и СО, но первый на чипе из более отборной серии.

ПО для настройки, проверки и тестирования:

• MSI Afterburner — основная программа, через которую буду осуществлять все манипуляции. Мощный комбайн, позволяющий управлять работой видеокарты, через RTSS выводить в оверлей различную информацию, делать скриншоты, записывать видео, через Kombustor запускать различные тесты для проверки производительности и стабильности и многое другое. Аналог EVGA Precision X обладает меньшим функционалом, потому нравится мне много меньше.
• GPU-Z — небольшое ПО, по желанию запускающееся без установки и позволяющее просматривать информацию о видеокарте, снимать информацию с ее датчиков, и читать параметры bios.
• 3DMark — тесты производительности и стресс тесты видео компонента ПК и мобильных устройств.
• Unigine Superposition — еще одно средство для тестирования графической производительности в нескольких режимах качества.
• Metro Exodus Enchanced Edition — обновленная версия игры, бенчмарк которой позволяет комплексно задействовать современный GPU от Nvidia: блоки растеризации, трассировки и тензорные ядра.

Используйте для проверки другие программы и игры, которыми чаще всего нагружаете свой видео адаптер, и в которых хотите исследовать изменением производительности.

Кроме очевидных вещей в виде остальных компонентов ПК и элементной базы самого видеоускорителя его производительность в основном зависит от предела энергопотребления и качества кристаллов GPU и памяти. Чем более дорогого модельного класса видеокарта (Dual < Gaming Pro < JetStream < GameRock на примере RTX 2000 от Palit), тем более отборные чипы в нее попадают и тем более дорогие компоненты подсистемы питания и системы охлаждения у нее оказываются. От всего этого напрямую зависит предел энергопотребления и curve — тот самый график частот/напряжений, который и поможет нам полноценно настроить видеокарту (открывается сочетанием Ctrl+F в активном окне Afterburner).

При работе именно такой принцип устройства современных ускорителей Nvidia (как и AMD с RX 5000 серии) помогает им при неизменном пределе энергопотребления и переменной нагрузке динамически управлять напряжением, поступающим на GPU. Регулируя напряжение, изменяется и привязанную к нему частоту, достигая в любом момент времени максимальной для чипа производительности. Потому что на замену 2 режимам частоты/напряжения пришли 40 значений у GTX 1000 серии и 64 у GTX 1600 и RTX 2000/3000 серий в диапазоне от 700 до 1093 мВ.

Чем более дорогой адаптер, тем выше по частотам его curve настроена из коробки. Например у RTX 2080 в исполнении Dual или JetStream напряжению 1000 мВ соответствует 1815 МГц частота, у Gaming Pro это будет уже 1845 МГц, у Super JetStream — 1965 МГц, у GameRock Premium — 1980 МГц. Но корреляция качества кристалла с ценой модели не абсолютна. В моей практике попадались очень удачные чипы в среднеценовых моделях, как и наоборот — чипы в топовых моделях, работающие практически на пределе своего частотного запаса. Ведь при отборе главное, чтобы чип проходил все тесты при зашитой производителем curve. Плюс нельзя забывать, что в режиме из коробки современные видеокарты для настольного ПК функционируют в диапазоне напряжений 900-1050 мВ, что однозначно не свидетельствует о потенциале при меньших напряжениях, где GPU зачастую показывает большую эффективность частоты/напряжения. По итогу всего моего опыта могу заключить, что чаще всего это диапазон 750-850 мВ.

У видеопамяти к сожалению программно менять можно лишь частоту. Напряжение меняется самостоятельно в зависимости от параметров, зашитых в bios карты. Конечно за счет изменения программы микроконтроллера, управляющего питанием памяти, или набора резисторов можно изменить поступающее напряжение, но даже после недавнего слива Nvidia не все разбирающиеся специалисты сервисных центров успешно таким балуются.

Относительно разгона или даунвольта видеокарт на просторах интернета чаще рекомендуют для ускорения процесса пользоваться стандартным ползунком частоты чипа или устанавливать единую ровную планку частоты в Сurve Editor. Пользоваться единым регулятором частоты я не рекомендую, если стоит задача не просто разогнать видеоадаптер, но комплексно его настроить в том числе с уменьшение энергопотребления и нагрева с изменениями в ту или иную сторону его производительности. Ровную же планку частоты я не настраиваю, потому что в таком случае мы отбираем у чипа его сильную сторону в лице curve. Так мы не даем GPU в слабо нагруженных режимах использовать большие напряжения и соответственно частоту до достижения предела энергопотребления.

1. Устанавливаем и запускаем Afterburner.
2. Активируем параметры на скриншоте.
   
3. Повышаем лимиты температуры и энергопотребления, чтобы они нам меньше мешали.
   
4. Включаем скорость вентиляторов на максимум, чтобы убрать или хотя-бы снизить влияние температурной корректировки (об этом ниже), удерживая последнюю в пределах 50-55°С.
   
5. Сохраните настройки в 1 пресет, чтобы было проще к ним возвращаться.
6. Чтобы не было дополнительного ограничения производительности, отключаем принудительную настройку вертикальной синхронизации и быстрого отклика в Панели управления Nvidia, если они у вас активированы например для корректной работы VRR (Variable Refresh Rate).
   
7. Запускаем OS Scanner, даем Afternurner самостоятельно найти в меру безопасные частоты для четырех напряжений GPU и на их основе построить новую curve.
   
8. Сохраните настройки во второй пресет.

В данном случае примерно на 90% результат по GPU закончен. Остальные 10% придется настроить вручную, но перед этим стоит осветить некоторую информацию:

• Частоты чипа меняются шагами в 12,5 МГц у GTX 1000 серии и 15 МГц у GTX 1600 — RTX 3000 серий.
• Максимальное напряжение чипа, доступное для настройки с повышением предела напряжения — 1093 мВ. Использовать его можно только через Сurve Editor, потому что в стандартную curve зашивается максимум 1050 мВ, доступное без увеличения предела напряжения. В LN2 биосах для экстремального разгона, распространяемых среди оверклокеров, доступно 1200 мВ.
• При превышении температуры 50-60°С по чипу (параметр зашит в биос) начинается сброс частоты чипа относительно настроенной в curve. По одному шагу на каждые 5-6°С роста температуры. При приближении используемого напряжения к своему пределу сброс может происходить по 2 шага. Например настроенная в Сurve Editor при 50°С температуры по чипу 1950 МГц частота при напряжении 1000 мВ в момент75°С эксплуатации карты может легко превратиться в 1860-1890 МГц (-3-4 шага частоты).
• В биос карты зашит минимальный предел используемого ею напряжения при автоматической регулировке curve. У Asus Strix — это 775 мВ, а у Palit JetStream — 712 мВ. Вручную можно зафиксировать и меньшие напряжения.
• Ускорители в ноутбуках для большей энергоэффективности используют меньшие напряжения по сравнению с десктопными. Для расширения доступных пределов Curve Editor в папке Afterburner в файле MSIAfterburner. cfg найдите и измените по своему усмотрению параметры VFCurveEditor.

Итак, ручная настройка:

1. Открываем Curve Editor.
2. Запускаем GPU-Z и переключаемся на вкладку сенсоров.
   
3. Устанавливаем и запускаем 3DMark. Настраиваем и запускаем тест FireStrike в оконном режиме. Нам понадобиться циклический прогон первого графического теста. Судя по моей практики он быстрее прочих и на более ранних этапах отсеивает нестабильные сочетания частот/напряжений. Вместо него можно использовать бесплатный Unigine Heaven, но по моему опыту он справляется с этой задачей чуть хуже.

Для классических настольных GPU нужно донастроить частоты для напряжений выше 1000 мВ, которые os scanner обычно качественно до предела напряжения не подбирает.

• Нажимаем на точку, соответствующую 1000mV, нажимаем L на клавиатуре, чтобы заблокировать используемое напряжение (тут можно найти информацию по всем горячим клавишам для взаимодействия c Curve Editor).
• Сдвигаем настроенную частоту мышкой или клавишами со стрелками вверх на один шаг. Двигаем по 3-4 точки, если одна не поддается.
  
• Применяем настройку и тестируем стабильность в течении 1 минуты в запущенном тесте.
  
• Иногда при указании минимального напряжения драйвер все равно может начать использовать большее или решит понизить на несколько шагов частоту в виду температурной корректировки. В таком случае снижаем и снова повышаем частоту нужного напряжения.
  
• Повторяем процедуру, пока в окне теста не начнут появляться артефакты (примеры ниже), или он не вылетит с перезапуском или без драйвера.
  
• В этот момент выключаем тест, снижаем частоту минимум на 4 шага назад для реализации большей стабильности во всех используемых приложениях, применяем настройку и сохраняем пресет.
  
• Повторяем тоже самое для 1050 и 1093 мВ напряжений.
  
• Не забудьте почаще сохранять пресет, чтобы в случае сбоя легко откатиться до последней успешной настройки.
  
• После нахождения всех частот, достраиваем смежные частоты согласно предыдущей части кривой, применяем настройку и сохраняем пресет.
  

Также можете попробовать вручную аналогичным образом найти частоты для других напряжений (700-1000 мВ). Но чаще всего os scanner уже справляется с этим эффективно, находя первую нестабильную частоту и отступая от нее 4-5 шагов для большей безопасности. Не гонитесь за каждым шагом: чем выше частота, тем шаг в процентном соотношении прироста будет значить меньше.

Для мобильных GPU тем же способом настройте напряжения ниже 700 мВ, разблокировав их видимость в Curve Editor по инструкции выше.

Так выглядели у меня процесс настройки на 4K экране и полученные в итоге результаты кривой:

После настройки чипа настоятельно советую прогнать тесты стабильности Firestrike, TimeSpy и Port Royal на ограничениях энергопотребления в 60, 80, 100% и максимальном значении, чтобы по максимуму проверить стабильность всех частот. Это конечно займет какое-то время, но вернется вам максимальной уверенностью в стабильности настройки.

1. Переключаемся на первый пресет, чтобы отсечь влияние от настройки чипа
2. Запускаем второй графический тест Firestrike в циклическом режиме.
3. Опускаем скорость работы системы охлаждения карты и компьютера, дав прогреться памяти до 80°С, или Hotspot до 85-90°С, если датчика температуры памяти у видеоускорителя нет.
4. Прибавляем по 100 МГц частоты памяти ползунком и тестируем аналогично по минуте, сохраняемся и продолжаем, пока не начнут появляться артефакты. Чаще всего это будет артефакт «шахматная доска» или halo.
5. После появления артефактов снижаем частоту памяти минимум на 300 МГц для большей стабильности.

Не стоит спешить с процессом и прибавлять по 200-300 МГц, потому что сильный переразгон памяти чаще приводит ни к вылету приложения или драйвера, а к зависанию компьютера. Кстати артефакт «шахматная доска» в первые несколько раз смены фазы теста в момент черного экрана не свидетельствует о нестабильности результата.

Проверьте стабильность разгона путем запуска одного из тестов стабильности 3DMark (пары раз будет достаточно) или майнингом.

Разгоняя частоту памяти, мы повышаем ее общую пропускную способность (ПСП или Memory Bandwidth), что не всегда является узким местом для видеоадаптера. Поэтому обязательно протестируйте рациональность использования разгона в режимах без упора в предел энергопотребления и с ним. Второй вариант требуется, потому что память в разгоне начинает потреблять больше, тем самым немного отнимая доступную энергию у чипа, снижая используемые им частоты. Такие результаты получились у одной из моих испытуемых:

Как видите, даже с 200W ограничением энергопотребления прирост от разгона памяти достигает 2,9%, что свидетельствует о его целесообразности. Но это ~ 500 ГБ/сек ПСП. 600 ГБ/сек ПСП у RTX 3070 Ti и 750 ГБ/сек ПСП у RTX 3080 среднестатистически не требуют разгона, а частоты 900-1000 ГБ/сек ПСП у RTX 3080 Ti — 3090 Ti можно даже немного снизить, дав GPU больше разгуляться. В любом случае обязательно проверяйте это в часто используемых графических нагрузках.

Смысл разгона подсистемы памяти мы уже выяснили, пришла пора проверить к чему привел весь спектр наших манипуляций. Для этого я протестирую видеокарту с настроенной Curve и памятью в различных режимах ограничения энергопотребления при зафиксированных оборотах вентиляторов с уровнем шума 35 дБ на расстоянии 30 см от системного блока — отчетливо слышимый в ночное время, но совершенно меня не раздражающий относительно тихий шум (фоновый уровень шума ночью в моей местности составляет 25-28 дБ). Некоторые интернет издания использую шумовые уровни 32-33 дБ и 35-36 дБ как границы условной бесшумности и условного комфорта.

Для достижения 35 дБ обороты вентиляторов на GeForce RTX 2080 Super Asus Strix были настроены на 1800 об/мин, а у RTX 2080 Palit JetStream на 1400 об/мин. Скорость остальных вентиляторов системного блока также была зафиксирована, чтобы не превышать указанный шумовой порог.

Используемый в тесте системный блок:

• Материнская плата: AsRock Z370 Fatal1ty MITX/ac
• Процессор: Intel Core i7 8700K@4,9 ГГц (4,5 ГГц кэш)
• Оперативная память: 32GB 3700 МГц 16-18-18-38-1T + настроены вторичные и третичные тайминги (~60 ГБ/с, 42 нс)
  
• Накопитель: 1TB A-Data XPG Gammix S11 Pro
• Корпус: Thermaltake V21
• Блок питания: Chieftec SFX-500GD-C 500W 80+ Gold
• Охлаждение: ID-Cooling SE-224-XT White радиатор + Arctic P12 PWM PST вентилятор на процессоре и 2 аналогичных вентилятора спереди на вдув и 1 сзади на выдув.

Для тестов я буду использовать специализированные бенчмарки 3DMark FireStrike, Time Spy и Port Royal, Superposition в режимах 1080p Medium и 8K Optimized для симуляции легкой мультиплеерной и максимальной синглплеерной нагрузок и встроенный бенчмарк игры Metro Exodus Enchanced Edition, который использует все технологии современных видеокарт Nvidia.

При сохранении уровня энергопотребления (250 Вт) мы смогли повысить производительность видеокарты в среднем на 3,3% (5,2% максимум), при увеличении предела на 20% — на 4,6% в среднем и 7,3% максимум. В следствии высоко настроенной curve из коробки у нас не получилось достигнуть серьезных результатов в разгоне, впрочем за счет большего частотного запаса на меньших напряжениях мы смогли снизить энергопотребление ускорителя на 20% не потеряв производительности и на 30% со средней 2,3% потерей (-3,5% максимум). -40% и особенно -50% приводят к более серьезному падению производительности. И, если 40% снижение лимита с 10% снижением производительности (-3,3% минимум) еще имеет смысл использовать для мультиплеерных баталий в современных проектах, особенно в VRR 120-165 Гц режиме, то 50% урезание лимита со средним 32% падением производительности стоит задействовать лишь для графически нетребовательных синглплеерных игр прошлых лет или легких мультиплеерных проектов. Столь серьезное падение производительности происходит в следствии невозможности ускорителя использовать в автоматическом режиме напряжения ниже 775 мВ и следующего за этим чрезмерного снижения частоты.

Ситуация с GeForce RTX 2080 от Palit складывается куда интересней. По причине не столь высоко настроенной Curve из коробки получается достигнуть более впечатляющего среднего 9,2% прироста производительности (+12,6% максимального), которое правда не получается улучшить за счет увеличения предела энергопотребления на 20%, потому что в и в рамках 250 Вт практически весь диапазон напряжений чипом уже используется. Но и увеличение эффективности энергопотребления проходит лучше, ведь даже при 50% снижении лимита (6,5% среднее и 11% максимальное снижение производительности) минимальный предел напряжения оказывается не достигнутым и для функционирования используются частоты из диапазона наиболее эффективных. Но и у этого ускорителя наиболее интересным я считаю режим -30% лимита энергопотребления с 3% приростом средней и 5% приростом максимальной производительности.

Теперь измерим температуры узлов ускорителей в различных режимах энергопотребления за счет цикличного прогона теста Superposition в течении 10 минут. Замеры проводились во время недавней августовской жары (30°С), поэтому в более приемлемых температурных условиях (20°С) результаты были бы еще лучше.

Полученные данные позволяет лучше понять причины столь низкого падения производительности при достаточно серьезных ограничениях энергопотребления: при 150-175 Вт (от -30 до -50%) потреблении температура чипа даже у более горячей Asus Strix достигает максимум 60°С, поэтому падение частоты чипа в результате температурной коррекции происходит лишь на 1 шаг (15 МГц), и то редко по причине используемых в этом режиме 850-900 мВ напряжениях (1845-1935 МГц), лежащих далеко от максимального предела напряжения чипа. При дефолтных 250 Вт RTX 2080 прогревается уже до 71°С, а RTX 2080 Super до 78°С. В совокупности с близкими к пороговому напряжениями 1000-1050 мВ это приводит к 5-6 шагам снижения частоты до 1935-1980МГц с настроенной Curve и 1890-1950 МГц с дефолтной. Как видите, это не сильно отличается от частот, используемых чипом с настроенной Curve и -30% лимитом, поэтому и такое небольшое среднее 2,3% падение производительности при высоком выигрыше в энергопотреблении и тепловыделении.

Безусловно, при использовании водяной системы охлаждения с рационально подобранной мощностью, можно избавиться от роста температур выше 55°С, соответственно избавившись от температурной коррекции, и получив дополнительные 4-5% производительности. Ускорив работу вентиляторов и немного снизив нагрев, также можно добиться некоторого прироста. Но стоит ли игра свеч каждый решит для себя сам.

Назад к оглавлению

Это последняя манипуляция, доводящая настройку комфорта использования ускорителя до конца. И тут два пути: настроить вентиляторы на постоянную скорость работы или на переменную в зависимости от температуры. Я предпочитаю второй режим, чтобы снизить частоту и температурную дельту циклов нагрева-охлаждения чипа для продления срока его службы. Конечно в идеале стоило бы использовать функцию остановки вентиляторов из коробки, но к сожалению она не всегда функционирует корректно и не совместима с ручным профилем: из коробки температура остановки вентиляторов ниже температуры старта, чтобы избежать постоянного включения/отключения при длительной задержке температуры на одном значении, и в ручную аналогичным образом ее настроить не представляется возможным ввиду функциональных ограничений.

Работу вентиляторов на постоянной скорости можно настроить через основное окно Afterburner, переменная же скорость настраивается в окне настроек Afterburner на вкладке «Кулер»:

• Исходя из предпочитаемого лимита энергопотребления и шума, установим требуемую скорость работы вентиляторов при предпочитаемой температуре путем прогона любого высоконагруженного теста (например Superposition 8K Optimized) в течении времени требуемого для прогрева компонентов ускорителя и уравновешивания температур на постоянном уровне (10-20 мин).
• Снизим скорость вентиляторов до минимально возможного уровня. Запуская различные программы без серьезной графической нагрузки (браузеры, лаунчеры, офисные приложения и т. д.) обратим внимание, до какой температуры прогревается видеокарта?
• Зайдем в настройки кривой кулера.
• Настроим минимально возможный нижний уровень работы вентилятора до установленного во втором шаге значения температуры c небольшим запасом в +2-3°С. У меня этот параметр чаще всего настроен на значения 45-50°С.
• Настроим максимальное значение скорости и температуры, найденные при первом шаге с небольшим запасом в 3-5% по скорости.
• Смежные значения построим по гиперболической кривой, чтобы снизить заметность изменения шума работы вентиляторов, если скоростной промежуток работы окажется сильно выше температурного. Оставшуюся правую часть кривой постройте по большим значениям лимита энергопотребления, если будете их использовать.
• Сохраните настройки.

Такими нехитрыми способами повышаем частоту чипа и памяти, увеличивая эффективность используемого напряжения, ограничиваем энергопотребление и настраиваем тишину работы системы охлаждение, ограничивая температурную коррекцию, и в итоге получаем тихую, энергоэффективную и производительную карту. Так можно настроить любую современную видеокарту Nvidia, сбалансировав ее слабые аспекты, на которых решил сэкономить производитель, не забывая конечно ее обслуживать, если это позволяет гарантия.

Теперь и новую 4000 серию с ее ожидаемым высоким энергопотреблением можно не бояться. Уже интересно пощупать и узнать, получится ли аналогично GeForce RTX 3080 Ti и 3090 скинуть им добрую сотню ватт без потери производительности.

P.S. Если графические приложения внезапно закрываются или вылетают, не забывайте проверять «Просмотр событий» («Журналы Windows» — «Система») на предмет упоминания перезапущенного драйвера — это прямой сигнал, что настройку видеокарты стоит подкорректировать.

Следующей статьей от меня будет небольшой туториал по наиболее качественному просмотру видео контента на ПК с HDR, Dolby Vision, Dolby Atmos и прочими плюшками на обыкновенном оборудовании для массового зрителя с наглядными сравнения «было/стало». Но о чем писать дальше я пока не решил, поэтому собственно опрос: