Сучасні відеокарти за всіма параметрами набагато перевершують плати, що вийшли ще кілька років тому - за швидкістю, по функціональності, за складністю і, на жаль, по енергоспоживання і тепловиділення. Сьогодні слова «швидка», «швидкісна» або «високопродуктивна» стосовно до відеокарт для більшості означають «ненажерлива», «гаряча» або «потужна система охолодження». Тому багато ентузіастів і геймери, які розраховують на придбання топової відеокарти зараз або в найближчому майбутньому, заздалегідь миряться з необхідністю заміни блоку живлення на більш потужний або готуються до серйозної перевірки характеристик свого старого БП. Всім відома історія з відеокартами на базі NVIDIA GeForce 6800 Ultra, для яких NVIDIA рекомендує блоки живлення потужністю 480Вт або як мінімум 350 «якісних» Ватт, лише додає песимізму при розрахунках майбутніх витрат.

Отже, енергоспоживання і тепловиділення сучасних відеокарт - дуже цікаве питання, жваво цікавить кожного оверклокера і будь-якого геймера, який планує провести модернізацію своєї машини в найближчому майбутньому. Для того щоб наш герой не мучився сумнівами, в цьому огляді я опишу методику вимірювання енергоспоживання - а заодно і тепловиділення - сучасних відеокарт і приведу результати, отримані на відкритих при роботі в номінальному режимі і при розгоні. Щоб підсилити інтригу, в першій частині я приведу тільки результати відеокарт, заснованих на чіпах від ATI - плати на чіпах від NVIDIA будуть розглянуті пізніше. А щоб пом'якшити гнів оверклокерів, які втратили надію побачити глобальне порівняння маси відеокарт, в частині, присвяченій ATI RADEON X800 Pro, я докладно розгляну енергоспоживання плати не тільки при розгоні, але і при підвищенні напруги живлення ядра і екстремальному розгоні. Такого ще ніхто не робив. Буде цікаво, обіцяю :).

Отже, поїхали!

Невеликий ліричний відступ про тепловиділення

Пов'язуючи енергоспоживання і тепловиділення відеокарти, я керуюся законом збереження енергії - очевидно, що відеокарта не є джерелом енергії для інших компонентів персонального комп'ютера, тому вся споживана нею енергія виділяється на ній же в вигляді тепла. Відповідно, всі ті цифри, що будуть приведені для енергоспоживання відеокарт, можна сміливо вважати величиною тепловиділення цих плат.

Харчування від роз'єму AGP і додаткове харчування

До появи відеокарт, заснованих на чіпах серії ATI RADEON 9700/9500, а задовго до цього - 3dfx Voodoo 5500/6000, всі ігрові графічні адаптери отримували харчування через роз'єм AGP. Солідна частина контактів роз'єму AGP призначена саме для подачі живлення на відеокарту - це 3.3В, 5В і 12В. Максимальні струми споживання по лініях 3.3В, 5В і 12В, які диктуються специфікаціями останньої реінкарнації AGP, AGP 3.0, складають 6А для лінії 3.3В, 2А для лінії 5В і 1А для 12В. Знаючи напруги і максимальні струми, максимальне споживання відеокарти через роз'єм AGP підрахувати неважко - воно становить приблизно 41,8 Ватт.

Для сучасних відеокарт середнього класу цього, очевидно, досить - вони не мають роз'єму для підключення додаткового живлення. Більш швидкісні відеокарти цим вже не можуть задовольнитися - максимальне енергоспоживання деяких плат може і не перевищувати 41.8 Ватт, але те, що воно може знаходитися недалеко від цього рівня, диктує необхідність подачі додаткового живлення крім AGP - тривала експлуатація в граничних режимах не йшлося на користь ще жодному з комп'ютерних компонентів.

Зараз наявність роз'єму для підключення додаткового живлення на топових графічних платах вже ні у кого не викликає подиву. Ці роз'єми, аналогічні роз'ємів живлення жорстких дисків або оптичних приводів (на RADEON 9700/9500 - аналогічні відповідного роз'єму флоппі-дисководів) подають на плату харчування по лініях 5В і 12В. Деякі відеокарти мають навіть не один, а два таких роз'єму. Згідно з документом від Molex, максимальні струми через такі роз'єми можуть становити від 6.5А до 10А, в залежності від того, як роз'єм встановлений на плату - «стоячи» або «лежачи». Відповідно, максимальне споживання відеокарт з одним додатковим роз'ємом, на додачу до того, що може бути отримано від AGP, може скласти від 110.5 Ватт до 170 Ватт, а з двома роз'ємами - від 221 до 340 Ватт. Вже цього-то, погодьтеся, буде досить для живлення будь-якої сучасної відеокарти і відеокарти навіть віддаленого майбутнього.

До речі, те, що NVIDIA GeForce 6800 Ultra, єдині з сучасних топових відеокарт, мають два роз'єми для підключення додаткового живлення (мертвонароджені XGI Volari - не береться до уваги), не варто розцінювати як те, що плати готові вжити і виділити у вигляді тепла до 340 Ватт електроенергії. Наявність двох роз'ємів для підключення живлення на GeForce 6800 Ultra - аж ніяк не наслідок шаленого енергоспоживання, а всього лише бажання збільшити стабільність живлення і надійність, розділивши струми на два роз'єми. Втім, не будемо відволікатися. Енергоспоживання відеокарт на чіпах від NVIDIA - тема окремої статті.

Вимірювання енергоспоживання

Зрозуміти, як можна виміряти енергоспоживання відеокарти, досить просто - для цього потрібно лише згадати шкільний курс фізики, а точніше, заповіти мудрого Ома. Вимірявши значення напруги в будь-якої ланцюга харчування і помноживши на величину струму в цьому ланцюзі, можна отримати значення потужності, яку споживає відеокарта з цього ланцюга харчування. Оскільки ланцюгів живлення відеокарти кілька, для отримання кінцевого результату - величини енергоспоживання відеокарти - розраховані значення споживання по кожному ланцюзі харчування потрібно підсумувати.

Величину струму, що протікає в ланцюзі харчування, можна виміряти за допомогою шунта, включивши його в розрив ланцюга харчування. Відповідно до закону Ома, сила струму на всіх ділянках електричного кола повинна бути однаковою. А це означає, що величина струму, що протікає через шунт, є нічим іншим, як величиною споживаного платою струму.

Як шунта я використовував 5-ватних резистори опором 0.12 Ом, з'єднавши їх паралельно по чотири штуки і зібравши в нехитрий перехідник, який зручно включати між кабелем додаткового харчування і відкритий:

Як видно з фотографії, цей перехідник містить два абсолютно однакових шунта, включених в ланцюзі 5В і 12В. Два середніх чорних дроти, «нулі», проходять від одного роз'єму до іншого без розривів:

Результуючий опір шунтів склало 0.03 Ома, що мене цілком влаштувало - падіння напруги на шунтах навіть в самих «важких» випадках склало не більше 0.15 В. Взагалі, опір має бути досить низьким для того, щоб падіння напруги на шунт виявилося не надто великим, але досить високим для того, щоб його можна було виміряти за допомогою нормального вольтметра. Я використовував професійний цифровий мультиметр від UNI-T - модель UT70D

Рухаємося далі. Величина падіння напруги на шунт, поділена на опір шунта, дає значення струму, поточного через шунт. Помноживши цей струм на величину напруги, що йде на плату після шунта, можна отримати величину потужності, споживаної платою.

Все це показано на схемі:

Отже, сумарну величину споживання відеокарти від роз'єму додаткового живлення з'ясувати не так вже й складно.

Але це тільки частина всієї споживаної відкритий потужності. Крім ланцюгів 5В і 12В, що йдуть через роз'єм (роз'єми) додаткового харчування, є ще ланцюга живлення 3.3В, 5В і 12В, що йдуть через роз'єм AGP. Виміряти величину струму, що протікає по цих ланцюгах, складніше: в роз'єм AGP НЕ увіткнеш перехідник з шунтами.

Як бути? Я вступив «у лоб»: смужками скотчу ізолював на відеокарті відповідні контакти роз'єму AGP (контакт А1 - 12B, контакти B2, B3 - 5В, контакти A9, B9, A16, B16, A25, B25, A28, B28 - 3.3В) і підвів ці напруги, взявши від блоку живлення, прямо на відеокарту - зрозуміло, через уже виготовлений шунт:

Все це на порядок збільшує кількість метушні з кожної з відеокарт - потрібно копатися з ножицями і скотчем, шукати на платі зручні точки для підключення ліній 3.3В, 5В і 12В, і припаювати до них дроти - але зате дозволяє найбільш коректно підрахувати величину повного енергоспоживання плати . До того ж, частина відеокарт зовсім не має роз'єму для підключення додаткового живлення, і подача харчування через шунт, в обхід AGP - єдиний спосіб виміряти їх енергоспоживання.

умови тестування

Відкрите були протестовані в складі тестової системи з наступною конфігурацією:

• Процесор: AMD Athlon 64 3400+;
• Материнська плата: ASUS K8V-SE;
• Оперативна пам'ять: 2x512MB TwinMOS PC3200 CL2.5

Програмне забезпечення:

• Windows XP Pro SP1;
• DirectX 9.0b
• Драйвер Catalyst версії 4.7

Енергоспоживання відеокарт вимірювалося в двох режимах: «Idle» - «Простий» і «Burn» - «Завантаження».

У режимі «Idle» жодною програмою запущені були, на екрані - робочий стіл Windows з розсипом стандартних іконок, режим відео - 1280х1024х32 @ 75 Гц.

Для режиму «Burn» була обрана одна зі сцен Far Cry в режимі 1600х1200 при форсуванні згладжування 4х і анізотропної фільтрації 16х. На рівні Training, недалеко від хатинки з біноклем, було зроблено збереження гри, яке згодом використовувалося на всіх відкритих для забезпечення тестування плат в однакових умовах.

В якості кандидатів на тестування в режимі завантаження крім Far Cry розглядалися 3DMark 2001, 3DMark 03, Unreal Tournament 2004 і «Іл-2: Штурмовик», але, як показали вимірювання, ця сцена з Far Cry за ступенем завантаження відеокарти обійшла всіх.

Отже, приступаємо.

RADEON X800 XT Platinum Edition

RADEON X800 XT Platinum Edition - флагманський графічний процесор від ATI, виконаний за технологією 0.13мкм із застосуванням low-k-діелектриків і має приблизно 160 мільйонів транзисторів. Графічний процесор працює в парі з пам'яттю GDDR3 SDRAM, що відрізняється від DDR і DDR II, крім усього іншого, зниженим енергоспоживанням і тепловиділенням. RADEON X800 XT Platinum Edition являє плата від HIS - HIS Excalibur X800 XT IceQ II:

Відеокарта виконана по референс-дизайну від ATI, але система охолодження, обрана HIS для своєї моделі, відрізняється від стандартних кольорів. На лицьовій стороні плати розташована ціла конструкція, що складається з мідної основи, забирає тепло від графічного процесора і чіпів відеопам'яті, алюмінієвих ребер, прикріплених до основи, вентилятора і пластикового кожуха, що проводить повітря уздовж ребер радіатора і викидає його за межі системного блоку. Для того, щоб система працювала нормально, необхідно, щоб сусідить з «милицею» відеокарти місце на задній стінці корпусу було відкрито.

Мікросхеми пам'яті, розташовані на зворотному боці плати, також мають систему охолодження - пасивний алюмінієвий радіатор:

Номінальні тактові частоти графічного процесора і відеопам'яті на платі становлять 525/1150 МГц. Розгінним потенціалом плата, незважаючи на наявність просунутої системи охолодження, не вразила: максимальні частоти при розгоні склали 550/1250 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

Більш детально, у вигляді таблиці:

Що ж, заяви ATI про те, що RADEON X800 XT Platinum Edition споживають не більше 70 Ватт, повністю підтверджуються. Цікаво, що основна частина споживання припадає на роз'єм додаткового живлення, а з AGP плата споживає в режимі завантаження лише близько 10 Ватт.

При розгоні частота графічного процесора була збільшена на 4.7%, а частота відеопам'яті - на 8.7%. Енергоспоживання відеокарти при цьому збільшилася зовсім незначно: всього на 4.6% в просте і на 4.2% в режимі завантаження. Рівень енергоспоживання в 70 Ватт не було досягнуто навіть при розгоні.

RADEON X800 Pro

RADEON X800 Pro відрізняється від RADEON X800 XT Platinum Edition зниженими тактовими частотами і наявністю всього 12 піксельних конвеєрів в ядрі. Кількість транзисторів в ядрі - те саме, що у X800 XT Platinum Edition, але частина з них не працює - відключені 4 піксельних конвеєра. Відеокарту на основі RADEON X800 Pro являє PowerColor:

Плата нічим, крім наклейки на кожусі системи охолодження, не відрізняється від референс-відеокарт від ATI. Номінальні тактові частоти відеокарти складають 475/900 МГц. Розгін відеокарти не дуже порадував, але і не розчарував: без модифікації системи охолодження і втручання в схеми живлення плати максимальні частоти склали 530/1180 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

За діаграмою видно, що якщо в режимі простою енергоспоживання і тепловиділення RADEON X800 Pro виявляється лише трохи менше, ніж у старшої моделі, то в режимі завантаження різниця стає набагато більш істотною: без розгону RADEON X800 Pro споживає майже на 25% менше, а при розгоні - на 15% менше, ніж розігнаний X800 XT Platinum Edition. Така відмінність - 15% і 25% - пояснюється тим, що при розгоні тактові частоти RADEON X800 Pro виросли більш значно, ніж частоти X800 XT Platinum Edition.

RADEON X800 Pro і RADEON X800 XT Platinum Edition мають однаковий дизайн, тому характер споживання енергії у RADEON X800 Pro - приблизно такий же, як у RADEON X800 XT Platinum Edition: основна частина споживання припадає на роз'єм додаткового живлення:

Збільшення енергоспоживання при розгоні RADEON X800 Pro виявляється більше, ніж у RADEON X800 XT Platinum Edition - воно склало 13.4% в режимі простою і 15.1% в режимі завантаження при зростанні частоти ядра на 11.6%, а відеопам'яті - на 31%.

RADEON X800 Pro: екстремальний розгін

Детальніше про екстремальний розгін RADEON X800 Pro можна прочитати в статті " PowerColor RADEON X800 PRO: модифікація, екстремальний розгін і порівняння з GeForce 6800 GT від Leadtek ". На цей раз на відеокарту замість стандартного кулера встановлена ​​система водяного охолодження, на діаграмі нижче присутні результати вимірювання енергоспоживання на номінальних частотах і при номінальній напрузі живлення, і при розгоні з підвищенням напруги живлення графічного процесора.

Отже, результати вимірювання енергоспоживання:

При роботі на максимальних частотах при екстремальному розгоні енергоспоживання відеокарти збільшилася в порівнянні з роботою на номінальних частотах на 48.9% в режимі простою і на 66,9% в режимі завантаження. При цьому зростання частоти графічного процесора склав 32.6%, а відеопам'яті - 31.1%.

Цікаво, що при роботі на номінальних частотах з водяною системою охолодження енергоспоживання відеокарти виявилося нижче, ніж зі стандартним кулером. Очевидно, що з установкою «водянки» зниження температури графічного процесора знижує енергоспоживання. Пояснюється це, ймовірно, тим, що при зниженні температури кристала знижуються всілякі струми витоку і т.д. - сподіваюся, фахівці в напівпровідниках звернуть увагу на цей момент і більш детально пояснять ці результати в темі, присвяченій обговоренню статті. Я ж можу навести діаграму зі статті про екстремальний розгін RADEON X800 Pro, на якій вказані температури кристала і «навколишнього середовища»:

Але повернемося до енергоспоживання. При екстремальному розгоні енергоспоживання відеокарти збільшилася до 78 Ватт!

Подивимося, як енергоспоживання збільшувалося в міру зростання частоти графічного процесора і збільшення напруги живлення. Зверніть увагу на те, що тут збільшується тільки частота ядра, в той час як пам'ять працює на номінальній частоті. Тому величина енергоспоживання виявляється трохи нижче, ніж при спільному розгоні і ядра, і пам'яті.

Простежимо за значенням тепловиділення в міру збільшення частоти графічного процесора. До частоти 535 МГц напруга графічного процесора не підвищувався, а плата працювала зі стандартною системою охолодження. Енергоспоживання при цьому росло лінійно, разом з частотою ядра.

При переході до частот 550 і 560 МГц напруга живлення ядра не змінювався, але була встановлена ​​система водяного охолодження. Енергоспоживання при цьому відразу трохи знизилося.

Для подальшого збільшення частоти довелося підвищувати напругу живлення графічного процесора, і величина енергоспоживання відразу поповзла вгору, причому, набагато швидше, ніж при звичайному розгоні. Однак, що примітно, залежність величини енергоспоживання від напруги харчування виявилася не квадратичної, а лінійної - приблизно 3-4 Ватт на кожні додаткові 10 МГц частоти ядра і 0.05 В його харчування.

Отже, екстремальний розгін з підвищенням напруги харчування - кращий спосіб перевірити свою систему на надійність. Не маючи запасу міцності БП, гідної системи охолодження відеокарти і чіткої мотивації, не варто навіть починати експериментувати з харчуванням - краще зупинитися на звичайному розгоні.

RADEON 9800 XT

RADEON 9800 XT - топовий графічний процесор попереднього покоління, виконаний за технологією 0.15 мкм і містить приблизно 110 млн транзисторів. Відеокарту на базі RADEON 9800 XT являє Sapphire:

Цікаво, що, на відміну від відеокарт на базі RADEON X800, що не мають системи охолодження мікросхем пам'яті, на платах, заснованих на RADEON 9800 XT, пам'ять охолоджується належним чином. Основа кулера, розташованого на лицьовій стороні, накриває і ядро, і мікросхеми пам'яті, а від чіпів, розташованих на звороті плати, тепло відводиться за допомогою мідної пластини:

Номінальні частоти плати становлять 412/730 МГц, при розгоні максимальні частоти склали 470/840 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

Що ж, за цими результатами стає очевидно, що при розробці X800 питань енергоспоживання було приділено належну увагу - X800 Pro споживає набагато менше, ніж RADEON 9800 XT, а X800 XT Platinum Edition, при яку можна продуктивності - лише на три вата більше, ніж 9800 XT , і тільки в режимі завантаження.

Перехід на більш «тонкий» техпроцес, 0.13мкм, зниження напруги живлення ядра (воно складає 1.4В у X800 і 1.7В у RADEON 9800 XT), застосування менш «ненажерливої» пам'яті і, безумовно, вдосконалення всіляких технологій енергозбереження - все це вносить вклад в цей прекрасний результат. Особливо велика різниця між X800 і RADEON 9800 XT в тому випадку, коли плати працюють в режимі «простою»: при таких умовах відеокарти на основі RADEON X800 споживають більш ніж в два рази менше.

При розгоні енергоспоживання в режимі простою підвищився на 16.3%, а в режимі завантаження - на 12.3%. При цьому частота графічного процесора збільшилася на 14%, а відеопам'яті - на 15%.

Результати RADEON 9800 XT в вигляді таблиці:

Цікаво, що RADEON 9800 XT набагато сильніше в порівнянні з новим поколінням плат від ATI навантажує AGP: в режимі завантаження сумарне споживання по лініях 3.3В, 5В і 12В, що йде через роз'єм AGP, досягає майже 20 Вт, в той час як у X800 - близько 10 Вт.

RADEON 9800 Pro

RADEON 9800 Pro відрізняється від RADEON 9800 XT нижчими тактовими частотами і вдвічі меншим об'ємом відеопам'яті - 128 МБ проти 256 МБ у RADEON 9800 XT. Відеокарту на основі RADEON 9800 Pro являє Sapphire:

На фотографії видно, що RADEON 9800 Pro має більш скромну систему охолодження графічного процесора, а мікросхеми відеопам'яті зовсім не мають спеціального охолодження.

Номінальні частоти плати становлять 380/680 МГц. При розгоні відеокарта не показала видатних результатів - максимальні частоти склали 440/760 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

RADEON 9800 Pro має відчутно менше енергоспоживання в порівнянні з RADEON 9800 XT. При розгоні енергоспоживання в режимі простою підвищився на 14.9%, а в режимі завантаження - на 11.8%. При цьому частота графічного процесора збільшилася на 15.8%, а відеопам'яті - на 11.8%.

Більш детально, у вигляді таблиці:

RADEON 9800 Pro ще більш сильно, ніж RADEON 9800 XT, навантажує AGP - сумарне споживання по лініях 3.3В, 5В і 12В в режимі завантаження досягає 23 Вт. Струм споживання по лінії +3.3 в завантаженні досягає 5А, що вже дуже близько до межі - 6А.

RADEON 9600 XT

RADEON 9600 XT - графічний процесор середнього класу, виконаний за технологією 0.13мкм і має близько 70 млн транзисторів. Відеокарту на RADEON 9600 XT являє PowerColor:

Чіпи пам'яті розташовані і на лицьовій стороні плати, і на зворотному боці, але охолодження організовано тільки для чіпів, розташованих на лицьовій стороні.

Це означає, що в дійсності примусове охолодження відеопам'яті на RADEON 9600 XT не дуже-то потрібно, а наявність великого кулера, що накриває і графічний процесор, і чіпи пам'яті - лише данина моді і бажання зробити зовнішній вигляд плати більш солідним.

За замовчуванням плата працює на частотах 500/680 МГц - частота пам'яті виявилася злегка підвищена в порівнянні зі стандартними 600 МГц. Розгін не розчарував: частоти при розгоні склали 600/850 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

Більш детально, у вигляді таблиці:

Що ж, RADEON 9600 XT непогано навантажує AGP по харчуванню, але до граничних значень струму по ланцюгах харчування - далеко, а загальне енергоспоживання плати в порівнянні з більш швидкими платами дуже невелика. Збільшення енергоспоживання при розгоні в режимі простою склало 11.1%, а в завантаженні - 6.8%. При цьому зростання тактових частот ядра і відеопам'яті склав, відповідно, 20% і 25%.

RADEON 9600 Pro

RADEON 9600 Pro відрізняється від RADEON 9600 XT зниженою тактовою частотою графічного процесора. Відеокарту на основі RADEON 9600 Pro являє PowerColor:

На цій платі вже немає охолодження пам'яті ні на лицьовій, ні на зворотному боці - кулер охолоджує тільки графічний процесор.

Номінальні тактові частоти плати становлять 400/600 МГц. При розгоні плата показала посередній результат: частоти зросли до 450/740 МГц.

Результати вимірювання енергоспоживання:

Більш детально, у вигляді таблиці:

RADEON 9600 Pro має більш низьке енергоспоживання в порівнянні з RADEON 9600 XT, і в цьому немає нічого дивного. При розгоні частоти графічного процесора і відеопам'яті збільшилися на 12.5% і 26.7%, а енергоспоживання в режимі простою і при завантаженні - на 5.9% і 7.4%.

Висновок

Отже, в першу чергу варто відзначити цікавий факт: нові графічні плати від ATI, засновані на RADEON X800 Pro і RADEON X800 XT Platinum Edition, мають практично таке ж енергоспоживання і тепловиділення в режимі «завантаження», що і топові відеокарти попереднього покоління. При цьому продуктивність нових плат, звичайно, непорівнянна зі швидкістю RADEON 9800 XT / Pro.

Таким чином, якщо ви маєте відеокарту класу RADEON 9800 XT / Pro і плануєте придбати плату, засновану на RADEON X800 XT / Pro, то можна з упевненістю сказати, що ніяких проблем з харчуванням відеокарта не викличе. Більш того, завдяки значно більш низькому енергоспоживання і тепловиділення нових плат в режимі «простою», температурний режим відеокарт в тих випадках, коли не запущені «важкі» 3D-додатки, буде набагато сприятливіші.

Якщо ж ви є власником більш слабкою відеокарти і плануєте придбання плати класу RADEON 9800 або RADEON X800, то про якість блоку живлення, мабуть, варто задуматися. «Дешеві китайські 300 Ватт» - не кращий варіант для такої системи, особливо якщо система заснована на потужному процесорі.

Щодо RADEON 9600 XT / Pro сказати, в общем-то, і нічого: ці відеокарти за рівнем енергоспоживання не представляють ніякої загрози навіть для самих малопотужних БП, і якщо ви плануєте придбання такої відеокарти, то можете сміливо відкинути всі сумніви в частині її енергоспоживання.

Чекаємо на Ваші коментарі в спеціально створеній гілці конференції .