Оглавление

• Вступление
• Архитектура исследуемых видеокарт
• Конфигурация используемой системы охлаждения
• Установка системы охлаждения
• Тестовый стенд
• Инструментарий и методика тестирования
• Разгон, температурный режим и уровень шума
• Тестирование производительности
• Участники тестирования
• Результаты тестов
• Заключение

Вступление

В недавнем материале, посвященном вопросу эволюции двухпроцессорных видеокарт, отмечалось, что от поколения к поколению вместе с нарастанием производительности у таких ускорителей стремительно увеличиваются энергопотребление и тепловыделение.

Сравните: вышедшая пять лет назад GeForce 7950 GX2 довольствовалась уровнем TDP в 150 Вт и обходилась единственным шестиштырьковым разъемом дополнительного питания. А современные двухпроцессорные видеокарты Radeon HD 6990 и GeForce GTX 590 подобрались к отметке 400 Вт (заявленный тепловой пакет - 375 и 365 Вт соответственно) и «питаются» уже через два восьмиштырьковых разъема.

От роста показателей энергопотребления и тепловыделения не спасает даже стремительный прогресс в технологии изготовления кристаллов GPU. За последние пять лет нормы технологического процесса прошли путь от 110-90 нм до 40 нм, что сопровождалось резким скачком плотности размещения транзисторов. И все же площадь кристаллов современных графических процессоров больше, чем у «одноклассников» пятилетней давности, в два и более раз.

Сейчас я не буду затрагивать вопрос о причинах такого развития электронной индустрии, поскольку он заходит далеко за рамки темы статьи. Важно то, что каждый следующий скачок тепловыделения заставлял конструкторов видеокарт осваивать новые технологии охлаждения графических процессоров. Повышение энергопотребления приводило к закономерному усложнению печатных плат (повышение плотности размещения элементов, усиление преобразователей питания с ростом количества фаз и применение все более качественной элементной базы).

Несмотря на все усилия конструкторов, шумовые характеристики и нагрев GPU двухпроцессорных ускорителей каждый раз оставались приблизительно на том же уровне, что в предыдущем поколении. Сравните - сверхсовременный Radeon HD 6990 шумит и греется ничуть не слабее стареньких GeForce 7950 GX2 или Radeon HD 3870x2, вопреки всем своим испарительным камерам, радиаторам большой площади, высокопроизводительной «турбине» и продуманной конструкции печатной платы.

Таким образом, перед оверклокерами всегда вставал вопрос более эффективного охлаждения двухпроцессорных плат, чем могла предложить штатная СО. Для видеокарт последнего поколения это еще более актуально из-за резкого скачка TDP. Универсальным оружием в борьбе с высокими температурами и надсадным воем стандартных систем охлаждения всегда была «вода».

Жидкостное охлаждения - один из эффективнейших вариантов, среди систем, пригодных для повседневного использования. Теоретически, гораздо большей эффективностью обладают системы фазового перехода – «фреонки» и «каскады», позволяющие получить отрицательные температуры, пригодные для постоянной эксплуатации. К сожалению, сложность сборки, установки и последующего использования подобных систем совершенно не сопоставимы с обычными «водянками», все компоненты которых можно преспокойно заказать в интернет-магазине, а потом собрать и установить за один вечер.

Ниже - своеобразный отчет об эксперименте по установке универсальной системы охлаждения на самые производительные двухпроцессорные видеокарты. Будут приведены данные по шумовым и температурным характеристикам, а также результаты подробного тестирования производительности, позволяющие судить о целесообразности применения водяного охлаждения.

Архитектура исследуемых видеокарт

Сначала кратко представлю героев данной статьи с указанием общих сведений, а чуть ниже напомню читателям их основные характеристики.

GeForce GTX 590 – двухпроцессорный флагман NVIDIA текущего поколения. Видеокарта создана с применением двух крупных и горячих графических процессоров GF110, что стало возможным благодаря значительному снижению рабочих частот и напряжения питания. По результатам многих обзоров этот ускоритель делит первое место с Radeon HD 6990 по чистой производительности. В отдельных приложениях GeForce быстрее (особенно это касается игр и бенчмарков с активным использованием тесселяции, под которую «заточена» архитектура Fermi), но многие обозреватели, анализируя более широкий набор тестов, отдают предпочтение Radeon HD 6990 (пусть отрыв и не велик). В тестировании принимала участие модель ZOTAC GeForce GTX 590, отличающаяся от эталонного варианта только наклейкой на кожухе.

Radeon HD 6990 – конкурирующее двухпроцессорное решение AMD. Среди фанатов до сих пор идет «ломание копий» на тему, какой из двух лидеров производительнее. На стороне Radeon – повышенные частоты и обновленная архитектура, на стороне GeForce – лучшие потребительские характеристики (особенно в плане уровня шума) и наличие большого количества игр, «заточенных» под видеокарты NVIDIA. Ускорители являются достойными соперниками в плане чистой производительности, так что будет интересно сравнить их после уравнивания эффективности систем охлаждения.

Radeon HD 5970 - c недавнего времени этот ускоритель перестал быть «топом». Сместить позапрошлогоднюю видеокарту AMD с пьедестала смогли лишь двухпроцессорные ускорители нового поколения (те самые GeForce и Radeon, упомянутые выше). Самый производительный однопроцессорный ускоритель современности - GeForce GTX 580 подбирается к Radeon HD 5970 во многих тестах с активным использованием возможностей DirectX 11 (и, в частности, тесселяции) но по суммарной производительности все-таки не может тягаться с мощным «мультичипом». Отсюда и закономерное появление данной видеокарты среди участников тестирования – третьей по производительности видеокарты в мировом «табеле о рангах». Учитывая, что инженеры AMD значительно урезали частоты ядер Cypress XT в сравнении с однопроцессорным вариантом (модель HD 5870), Radeon должен обладать хорошим резервом для наращивания производительности с применением водяного охлаждения.

Основные характеристики видеокарт приведены в виде таблицы.

*На момент релиза

В проводимом тестировании участвуют три самых производительных видеокарты современности, мощнейшие «настольные» 3D-ускорители за всю историю – об этом можно судить хотя бы по высочайшим показателям скорости заполнения сцены, недостижимым для лучших однопроцессорных видеокарт.

Все GPU изготовлены с соблюдением норм 40 нм технологического процесса, но нужно отметить, что уровень TDP Radeon HD 5970 ниже, чем у двух других плат на 25-30%.

В целом, все соперники стоят друг друга, и прирост производительности в результате разгона может значительно изменить соотношение сил. Тестирование должно показать, какой потенциал заложен в конструкции исследуемых карт и как они проявят себя в условиях отсутствия проблем с температурой.

Конфигурация используемой системы охлаждения

Для охлаждения ускорителей использовалась жидкостная система, конфигурация которой была подобрана из ассортимента нового магазина-партнера Overclockers.ru - OVERHARD. Терпеть не могу рекламу, особенно «скрытую и ненавязчивую», так что скажу «по факту». В прайс-листе встречаются интересные позиции (которые раньше приходилось заказывать из-за рубежа) благодаря чему сборка СВО (особенно нестандартных конфигураций) может значительно упроститься. В конце концов, теперь можно более активно заниматься тестированием компонентов СВО и систем в сборе, что хорошо.

Сразу обозначу самый спорный и неоднозначный момент, касающийся конфигурации используемой системы охлаждения – применение двух раздельных водоблоков для охлаждения графических процессоров. Поясню свою позицию.

Наиболее оптимальным решением для охлаждения топовых видеокарт (и одно- и двухпроцессорных) является водоблок типа «fullcover», накрывающий почти всю поверхность печатной платы. Основной плюс такой конструкции – отвод тепла сразу во всех «проблемных зонах». Простой пример, рассмотрим плату Radeon HD 6990:

Красным цветом выделены критически важные зоны, требующие хорошего теплоотвода. Это, разумеется, кристаллы графических процессоров и, что не менее важно, силовые ключи преобразователей питания GPU и памяти. Цепи питания на современных видеокартах работают под серьезной нагрузкой и могут разогреваться до 100 и более градусов Цельсия. Чем ниже температура, тем выше срок службы компонентов и меньше нагрев окружающего текстолита (и всего, что на нем распаяно). Впрочем, конструкцией некоторых видеокарт не предусмотрено наличие радиаторов на MOSFET’ах. Обычно это ускорители с невысоким уровнем энергопотребления, но бывают и исключения, например, недавно протестированная Palit GeForce GTX 560 Sonic Platinum.

Оранжевым цветом выделены те зоны, теплоотвод в которых также желателен, но не критически важен. Это, прежде всего, микросхемы памяти.

Охлаждение микросхем GDDR5, конечно полезно для их долгой и беспроблемной работы, но, как правило, сами по себе они не перегреваются при сохранении стандартного напряжения питания. В крайнем случае, можно обойтись небольшими радиаторами, посаженными на термоклей (сейчас найти их в магазинах довольно легко, да и продаются они чуть ли не в развес). Чтобы подкрепить это утверждение, напомню, что очень часто микросхемы, расположенные на обратной стороне печатной платы, лишены радиаторов, максимум - применяется плоская «защитная пластина», с которой микросхемы контактируют через толстые термопрокладки. Согласитесь, что этот вариант куда хуже упомянутых «радиаторов на клею».

Другое дело, что значительное снижение температуры микросхем может привести к улучшению разгонного потенциала при сохранении того же напряжения питания. Поскольку на большинстве современных ускорителей данное напряжение является нерегулируемым (программным путем), достойное охлаждение микросхем – это единственный способ улучшить их разгон. И уж тем более, дополнительное охлаждение необходимо при осуществлении хардвольтмода с повышением напряжения питания.

Еще один элемент, выделенный оранжевым цветом - это микросхема-коммутатор PLX PEX, обеспечивающая связь двух GPU. Нельзя сказать, что она подвержена нагреву, но еще со времен Radeon HD 3870x2 разработчики AMD/ ATi предусматривают в конструкции штатной системы охлаждения площадку-основание для отвода тепла от коммутатора. На других видеокартах также могу встречаться такие «неожиданные» элементы, которые желательно охлаждать.

Конструкция штатных систем охлаждения производительных видеокарт, как правило, обслуживает все упомянутые элементы. Вот фото стандартной СО Radeon HD 6990, с обозначением тех же зон, что показаны на предыдущей схеме.

А вот фото подошвы качественного водоблока типа «fullcover» компании Koolance, предназначенного как раз для установки на Radeon HD 6990.

Нетрудно заметить, что выступы на подошве (именно они контактируют с элементами печатной платы) расположены во всех местах, которые я выделял красным и оранжевым цветами. Таким образом, только оборудованную таким типом водоблока видеокарту можно считать полностью охлаждаемой водой. В остальных случаях охлаждение стоит называть «водно-воздушным», так как некоторые элементы, подверженные нагреву, будут отдавать тепло окружающему воздуху.

Говоря конкретнее, обойтись установкой водоблока, обслуживающего только графический процессор, удастся только на «простых» видеокартах с невысоким тепловыделением. В остальных случаях придется как минимум «колдовать» с охлаждением преобразователей питания, прилаживая радиаторы. Для топовых видеокарт вообще понадобится дополнительный обдув вентилятором (а то и несколькими), особенно если вы планируете серьезный разгон.

Таким образом, автором изначально используется «неудачная» конструкция СВО. Причин тому несколько. Одна из них - банальнейшая: водоблоков типа «fullcover» для всех трех видеокарт добыть не получилось, а ставить в невыгодное положение кого-то из участников тестирования не хотелось. С применением одной и той же СВО для всех ускорителей созданы максимально близкие условия, хотя разгон в этом случае – не самое простое дело. Кстати, в ходе тестов может получить довольно точно сравнение уровня тепловыделения видеокарт, просто сопоставив показатели температуры.

Важно и то, что такая конфигурация СВО в целом привлекает своей универсальностью. «Fullcover»-водоблоки выпускаются для конкретных моделей видеокарт, и установить их на другой ускоритель невозможно (есть всего несколько исключений, вроде GeForce GTX 480 -> 580, что вызвано почти идентичной конструкцией печатных плат). Для охлаждения двухпроцессорных видеокарт схема с двумя водоблоками применяется нечасто, но тем интереснее эксперимент.

Это, что касается теории, теперь более конкретно. В составе СВО использовались следующие компоненты.

• Водоблоки – 2x EK-VGA Supreme HF (Cooper Acetal). Хорошо известные всем любителям СВО универсальные GPU-водоблоки, выпускающиеся уже третий год. Использовались в комплекте с фитингами G 1/4 и были подключены в контур последовательно.
• Помпа – Laing DDC-1plusT. Laing DDC – одна из самых распространенных помп с достойными характеристиками и адекватной стоимостью. В данном случае используется более производительная версия 1plusT с заявленным расходом до 600 литров/час, напором 4,7 м и потребляемой мощностью 18 Вт. Для улучшения характеристик помпа была оборудована крышкой EK-DDC X-TOP V2 под фитинги G 1/4.
• Радиатор - TFC Monsta Lite. Один из лучших радиаторов в классе «3х140». Габаритные размеры 485 х 146 х 63 мм, радиатор допускает установку трех 140 мм или 120 мм вентиляторов (или даже шести – при двустороннем монтаже). Я использовал три «стодвадцатки» Scythe Slip Stream SY1225SL12SH, с помощью регулятора скорость вращения была выставлена на 1500-1530 об/мин.
• Резервуар - ProModz Cooled Silence R525 V3 с перегородкой для гашения скорости потока.
• Шланги – стандартные с внешним/внутренним диаметром 15,9/11,1 мм.

Стоимость такой сборки по усредненным ценам московской розницы составляет порядка 16 000 рублей (почти половина этой суммы – дорогостоящий радиатор) с вентиляторами и шлангами.

Установка системы охлаждения

Без сюрпризов не обошлось, но все трудности были преодолены.

На видеокарты Radeon HD 5970 и Radeon HD 6990 водоблоки встали замечательно. Их широкие крепежные «ушки», в которых можно сдвигать винты, позволяют монтировать водоблок на разнообразных видеокартах.

Фотография Radeon HD 6990 с установленными водоблоками:

Наблюдение за температурным режимом элементов печатной платы (данные с температурных датчиков отображаются во вкладке Sensors утилиты GPU-z, начиная с версии 0.5.3) показало, что в дополнительном охлаждении нуждаются только силовые ключи преобразователя питания GPU. Под нагрузкой их температура быстро дорастала до 90-95 градусов даже при невысоком напряжении питания графических процессоров (1,12 В). Прямой обдув вентилятором с расстояния ~2,5 см снижал температуру на 10-12 градусов. Для улучшения температурного режима я закрепил на силовых ключах три небольших алюминиевых радиатора на клейких термопрокладках. При прямом обдуве вентилятором результат значительно улучшился, теперь температура ключей стабилизировалась на уровне 65-70 градусов под нагрузкой.

Однако при проведении разгона с повышением напряжения температура стала быстро нарастать, и под нагрузкой ключи могли запросто прогреться до 100 градусов. Чтобы не допустить выхода ускорителя из строя, попытки разгона в таком режиме были оставлены. Самым «узким местом» системы мне представлялись термопрокладки на основаниях радиаторов, так что я удалил их и попросту приклеил радиаторы на ключи густой термопастой. Это принесло результат, при долгом прогреве в тестах температура «висела» на уровне 85-90 градусов при выставленном напряжении в 1,21 В.

При кратковременных прогонах для тестирования производительности (обычные тесты занимают не более минуты-двух, после чего следует смена разрешения или переход из игры в игру, за это время ключи успевают остывать) температура поднималась не более чем до 75-80 градусов.

Помимо прочего, дополнительный вентилятор, помещенный между водоблоками, обдувал микросхему-коммутатор PLX PEX, которая на ощупь была едва теплой. MOSFET’ы преобразователей, которые отвечают за напряжения VDDC и VDDCI, по данным программного мониторинга не подвержены сильному нагреву, так что прямого обдува вентилятором им хватало с лихвой.

При установке водоблоков на Radeon HD 5970 проблем также не возникло:

Здесь ключи преобразователей питания процессоров не выстроены в одну линию. Три MOSFET’а расположены между кристаллами GPU (чуть выше микросхемы PLX PEX), еще три – на более привычном месте (в «хвосте» платы). Уже описанным способом я наклеил на них радиаторы и установил два вентилятора – один дул в проем между водоблоками, другой обслуживал заднюю часть платы. Вдобавок были закреплены радиаторы и на всех остальных «подозрительных» ключах второстепенных преобразователей питания – просто, на всякий случай.

По данным программного мониторинга температурный режим силовых ключей на разогнанной карте получился почти таким же, как на Radeon HD 6990, хотя здесь я сильнее повышал напряжение (вплоть до 1,25 В). Видимо, сказывается меньшая «прожорливость» GPU Cypress.

При установке водоблоков на видеокарту GeForce GTX 590 пришлось подключать смекалку и «очумелые ручки». Дело в том, что расположение крепежных отверстий здесь нестандартное. Они размещены вокруг теплораспределительной крышки GPU не квадратом и даже не прямоугольником, а какой-то «неравнобедренной трапецией».

К тому же эти «трапеции» получаются разными по форме. Неудивительно, что обычными методами водоблоки поставить сюда не получается. После нескольких прикидок выяснилось, что водоблоки встают «по диагонали» с использованием вспомогательных отверстий по краям платы. У того графического процессора, который установлен ближе к задней панели, незакрытой осталась полоса теплораспределительной крышки почти в сантиметр шириной, другой водоблок встал более удачно.

Конечно, существовали опасения, что графические процессоры будут охлаждаться не лучшим образом. В ходе тестов было выяснено, что температурный режим в полном порядке. Очевидно, кристаллы GPU под теплораспределительными крышками оказались накрыты основаниями водоблоков полностью (ну, или почти полностью). Чтобы не ограничиваться схемами продемонстрирую видеокарту в составе стенда с установленной СВО:

Еще одна причина, по которой я допустил такую установку: на данной карте не проводился разгон GPU с повышением напряжения (ниже будет пояснено, почему). По той же причине я не стал даже устанавливать радиаторы на MOSFET’ы. Стандартное напряжение питания так невелико, что ключи греются незначительно – хватило прямого обдува вентилятором.

Тестовый стенд

• Материнская плата: ASUS P8P67 PRO;
• Процессор: Intel Core i5-2500K (базовая частота 3300 МГц);
• Система охлаждения процессора: Noctua NH-D14 (вентилятор NF-P14, 1200 об/мин);
• Оперативная память: Corsair TR3X6G1600C7 (DDR3-1600, 7-7-7-20, 2x2 Гбайта, двухканальный режим);
• Видеокарты:
• AMD Radeon HD 6990;
• AMD Radeon HD 5970;
• ZOTAC GeForce GTX 590;
• Жесткий диск: Western Digital WD1001FALS (1000 Гбайт);
• Блок питания: Cooler Master Real Power M1000 (1 КВт);
• Корпус: открытый стенд.

Программное обеспечение

• Операционная система: Windows 7 x64 Ultimate;
• Драйверы видеокарт: AMD Catalyst 11.5 для Radeon HD 5970 и Radeon HD 6990, NVIDIA Display driver 270.61 для GeForce GTX 590;
• Вспомогательные утилиты: MSI Afterburner v. 2.2.0 Beta 2, GPU-z v. 0.5.3, OCCT GPU v. 0.7.

Процессор тестового стенда был разогнан до 4500 МГц с повышением напряжения питания до 1,36 В. Для охлаждения видеокарт использовались стандартные СО и СВО, конфигурация которой описана в соответствующем разделе.

Инструментарий и методика тестирования

Для разгона видеокарт, а также мониторинга температур и оборотов вентилятора использовалась утилита MSI Afterburner v. 2.2.0 Beta 2.

Для проверки стабильности работы видеокарт в процессе разгона использовалась утилита OCCT GPUw (режим Error Check, 1024 x 768). Полученные частоты дополнительно проверялись прогонами теста Heaven Benchmark v 2.1 c экстремальным уровнем тесселяции и графических тестов из пакетов 3DMark 06 и 3DMark Vantage.

Для проверки температурного режима видеокарт в условиях, приближенных к повседневным, использовался Heaven BenchMark v. 2.1 (shader: high, tessellation: normal, AA4x, 1920 х 1200).

Производительность в игре Crysis Warhead исследовалась с помощью утилиты Framebuffer Benchmarking Tool. В играх Lost Planet 2, Mafia 2, Dragon Age 2, Assassin’s Creed: Brotherhood, Need for Speed: Shift 2 Unleashed, Crysis 2 тестирование проводилось с применением утилиты FRAPS v. 3.2.3. В остальных случаях использовались встроенные средства измерения производительности.

Уровень шума измерялся при помощи цифрового шумомера Becool ВС-8922 с погрешностью измерений не более 0,5 дБ. Измерения проводились с расстояния 1 м. Уровень фонового шума в помещении – не более 27 дБ. Температура воздуха в помещении составляла 22-23 градуса.

реклама