Разгоняем Radeon R7 240: теория и практика

12 мая 2016, четверг 21:00

Оглавление

Вступление

На первый взгляд давно миновали те времена, когда разгон графического ускорителя был уделом энтузиастов. Теперь существует множество программ-помощников – удобных утилит с широкими возможностями разгона.

Но достаточно ли обеспечиваемых ими возможностей, чтобы полностью раскрыть потенциал видеокарты? Какие рабочие параметры кроме температуры графического процессора и напряжения питания могут повлиять на частотный потенциал? Какие ограничения в плане разгона ставит производитель и есть ли возможность их обойти? На эти вопросы я постараюсь дать ответы на примере Radeon R7 240, используя программные и аппаратные модификации.





Видеокарта PowerColor Radeon R7 240

Для экспериментов была выбрана модель PowerColor Radeon R7 240 2 Гбайта (код производителя PowerColor AXR7 240 2GBK3-HV2E/OC).

450x333  46 KB. Big one: 1500x1112  455 KB

Данная видеокарта собрана на печатной плате, аналогичной Radeon R7 250, и спроектирована под двухфазный преобразователь питания графического процессора, однако для R7 240 распаяна только одна фаза.

В ходе своих исследований я планирую вернуть вторую фазу на место и проверить эффективность такой модификации.

450x335  49 KB. Big one: 1500x1119  479 KB

Использована полноразмерная печатная плата со всеми ее особенностями, в том числе стандартным расположением отверстий для крепления кулера. Благодаря последнему моменту можно установить стороннюю систему охлаждения без каких-либо ухищрений.

Применение медленной DDR3 памяти вместо быстрой GDDR5 является серьезным недостатком, но на момент покупки версии Radeon R7 240 с GDDR5 и печатной платой под двухфазное питание в продаже отсутствовали. Поэтому для исследовательских целей была выбрана данная модель.

Сведем краткие характеристики устройства в таблицу.

Графический процессор Oland 320 шейдерных конвейеров, 8 ROP, 20 TMU
Частота GPU 750 МГц, 800 МГц в режиме Boost;
напряжение для режима 3D 1.15 В
Микросхемы памяти Elixir N2CB2G16HP-DI, 800 (1600 DDR3) МГц;
рабочее напряжение 1.8 В

Примечательно, что частота памяти на данной видеокарте на 100 (200) МГц ниже рекомендованной компанией AMD.

Проверка видеокарты в стандартном режиме работы





Прежде чем перейти к разгону, я диагностировал работу преобразователя питания несколькими способами. Для начала был запущен тест Fire Strike из пакета 3DMark, а к питанию графического процессора по очереди подключались мультиметр UT61A и осциллограф-приставка Velleman pcs100.

Как уже упоминалось, стандартное для этого экземпляра Oland напряжение – 1.15 В, такое значение показывают диагностические утилиты, его подтверждает и UT61A. Но вот что мы видим, когда вместо мультиметра подключаем к нагрузке осциллограф.

450x266  17 KB. Big one: 514x304  6 KB

450x274  15 KB. Big one: 514x314  4 KB

Верхний снимок показывает, что среднее напряжение равно ~1.16 В. Небольшая погрешность в 0.01 В вызвана тем, что измеряющие маркеры осциллографа выставляются вручную с некоторым шагом, а не автоматически.

Здесь же мы наблюдаем пульсации, которые приходят на вход питания GPU, обратимся к нижнему снимку. По нему можно видеть, что пульсации повторяются с частотой примерно 300 КГц и обладают на данном участке амплитудой до 0.16 В, причем примерно 0.08 В приходится на пониженное относительно номинала напряжение. Штатными средствами осциллографа затруднительно замерить точную продолжительность перепада, но судя по шкале, оно в пределах 1 микросекунды (мкс).

Для нас это означает, что на протяжении 1 мкс графический процессор работает на пониженном напряжении 1.08 В, а это около 100 000 синхроимпульсов.

450x300  14 KB





Многие уже поняли, откуда возникли эти пульсации с частотой 300 КГц, для остальных немного теории. С блока питания через слот PCI-E и через дополнительные разъемы на видеокарту приходит основное питающее напряжение 12 В, в нашем случае только через слот PСI-E. Задачу преобразовать его в рабочее напряжение 1.15 В выполняет ШИМ-контроллер и группа транзисторов Mosfet, работающая в ключевом режиме.

На рисунке приведена упрощенная схема однофазного преобразователя. Транзистор Т1 называется верхним плечом, Т2 – нижним плечом. Сток верхнего плеча подключен к напряжению 12 В, исток через LC фильтр подключен к нагрузке GPU и стоку транзисторов нижнего плеча. В нашем случае в нижнем плече два транзистора, они подключены параллельно друг другу и своими истоками подсоединены к земле.

В данной видеокарте ШИМ-контроллер через встроенный драйвер переключает мосфеты верхнего и нижнего плеча с частотой 300 КГц, причем делает это в противофазе – когда открыто верхнее плечо, то нижнее закрыто и наоборот. На приведенной осциллограмме мы видим работу верхнего плеча.

450x258  16 KB. Big one: 520x299  9 KB

Через верхнее плечо с частотой 300 КГц на вход LC фильтра подаются импульсы с напряжением 12 В, шириной этих импульсов контроллер регулирует выходное напряжение. А на выходе LC фильтра, как мы видели, уже сглаженное напряжение 1.15 В, но, как оказывается, сглаженное не полностью. Отмечу, что на данной осциллограмме значение напряжения указано в десять раз меньше реального из за установленного множителя на щупах Velleman pcs100.

На основе проведенных замеров можно предположить, что при разгоне пульсации на выходе питания GPU (особенно участки с пониженным напряжением) могут ограничить разгонный потенциал. Самое время перейти к разгону.

Разгон Radeon R7 240

Для чистоты всех последующих экспериментов и с целью исключить ее влияние штатная система охлаждения сразу была заменена на кулер видеокарты Sapphire Radeon HD 5750 Vapor-X. Он основан на испарительной камере с закрепленным на ней алюминиевым оребрением и отлично справлялся с охлаждением графических процессоров с TDP 90 Вт. Такая конструкция с избытком подойдет для наших нужд.

Стандартными средствами разгона Catalyst удалось разогнать GPU до частоты примерно 980 МГц – почти до предела в 1000 МГц, заложенного производителем. На планке 980 МГц ускоритель не терял стабильности, а опускал частоту до 740 МГц, причем делал это независимо от положения ползунка Power Limit. Память разогнана до 1000 (2000 DDR3) МГц, ползунок Catalyst достиг своего предела.





Для увеличения пределов разгона можно использовать программу MSI Afterburner или отредактировать прошивку утилитой VBE7. Я предпочитаю использовать VBE7, поскольку она помимо всего прочего позволяет увеличить пределы Power Limit, однако в порядке эксперимента MSI Afterburner тоже был испробован.

К моему удивлению обе утилиты не помогли. Независимо от правок Power Limit графический ускоритель отказывался работать в режиме Boost, таким образом дальнейший разгон программным путем был невозможен, и я перешел к разгону через редактирование BIOS.

374x450  32 KB. Big one: 425x511  40 KB

Идея подобного разгона проста. Режим 3D (#5) выставляется таким же, как и режим Boost (#0); таким образом, видеокарта хоть и не хочет работать в Boost, но прекрасно работает в разогнанном 3D.

Этими манипуляциями удалось достичь результата 1200 МГц по ядру при поднятии напряжения до 1.2 В, при штатном напряжении 1.15 В тест Fire Strike почти сразу вылетал.

Ручное редактирование BIOS

При значениях частоты GPU выше 1200 МГц частота памяти стала сбрасываться в стандартные 800 МГц, игнорируя положение ползунка разгона и параметры прошивки. Это неприемлемо, поскольку именно пропускная способность памяти является бутылочным горлышком данной модели, и стандартная частота памяти сводит на нет все результаты с разгоном GPU.

Экспериментальным путем было установлено, что ни один из параметров настройки в VBE7 не может повлиять на ситуацию. Единственным шансом стало ручное редактирование прошивки в HEX редакторе. Я не могу привести алгоритм поиска нужного значения – его кратко можно охарактеризовать как «метод проб и ошибок», очень много проб и ошибок.

Выяснилось, что по HEX смещению А980 нужно записать значения A086 в байты 2,3 и в байты с,d – это для частоты памяти 1000 МГц. Предел для моего экземпляра – 1040 (2080) МГц по памяти, этой частоте соответствует HEX значение 4096. После всех ручных правок ROM-файл нужно открыть и сохранить утилитой VBE7, она поправит контрольную сумму.

Страницы материала
Страница 1 из 2
Оценитe материал

Комментарии 45 Правила

Возможно вас заинтересует

Популярные новости

Сейчас обсуждают