Test : étude de la RX Vega 64 sous watercooling extrême

On a beaucoup spéculé ces derniers temps sur les gains potentiels obtenus sur la Radeon RX Vega 64 en combinant overclocking et baisse manuelle de tension. Cet article se propose de tester ce qui se passe au niveau du couple fréquence-tension une fois qu'on élimine complètement le facteur température. Histoire d'en avoir le coeur net !

Des mesures nombreuses à interpréter

Mais comment allons-nous nous y prendre ? Afin de mieux comprendre comment ces paramètres interagissent, il nous faut d’abord rappeler un peu de théorie et se souvenir de la manière dont AMD PowerTune fonctionne. Ce système contrôle en temps réel les principaux facteurs influençant la performance du GPU, en se basant sur les températures communiquées par les sondes thermiques et les infos fournies par le régulateur de tension. Ces données sont traitées puis transmises au gestionnaire DPM (Digital Power Management Arbitrator), un contrôleur qui va faire la part de choses.

Cet arbitre se base sur les limites en termes de consommation, température et tension maximales du GPU présentes dans le BIOS, les pilotes et les programmes de contrôle. Il modifie alors les tensions, fréquences et la vitesse de rotation des ventilateurs afin d’obtenir la performance maximum possible tout en restant dans les limites fixées. Si une température dépasse l’une des limites, le système peut dont automatiquement diminuer la tension et/ou la fréquence.

L’enjeu de ce système complexe, c’est de pouvoir répondre en temps réel (ou quasiment) aux besoins en courant à l’aide de VRM adaptés. Pour communiquer avec ces contrôleurs, AMD utilise le protocole SVI2 qui est maintenant maîtrisé par la plupart des acteurs et est aussi présent sur les APU de la marque (la partie CPU étant elle gérée par le Northbridge de la carte mère).

En refroidissant la carte à l’aide de notre système de refroidissement spécial (composé de notre compresseur Alphacool Eiszeit 2000 Chiller et d’un bloc de watercooling EK-FC Radeon Vega d’EKWB) avec une eau dont la température reste constante à 20°C, nous pouvons donc éliminer la température comme élément limitant.

Pour nos tests, nous utiliserons The Witcher 3 : Wild Hunt en 4K, qui représente une sorte de « scénario du pire » de ce qu’on peut attendre d’un benchmark de jeu. La fréquence maximale ne dépend plus alors que des limites électriques en termes de tension, d’intensité et bien sûr de consommation totale, laquelle est calculée par le Power Estimation Engine.

Gestion de la tension : AMD PowerTune face NVIDIA Boost

Tout comme sur les derniers APU, la RX Vega 64 utilise le système AVFS (Adaptive Voltage and Frequency Scaling) qui, à l’instar du système NVIDIA Boost, s’adapte à chaque puce quelle que soit sa qualité de fabrication pour en tirer le meilleur parti. Chaque GPU possède donc une courbe d’évolution de la tension qui lui est propre.

Par contre, à la différence du système Boost de NVIDIA, où les modifications de tension ne sont possibles qu’à travers un offset (même un éditeur de courbe ne donne jamais le plein contrôle sur les tensions), l’outil Wattman d’AMD permet de fixer la tension à chaque niveau de charge. C’est une option à double tranchant comme on va le voir, car la tension fixe se heurte au système AVFS ce qui conduit parfois au plantage de la carte.

Nous avons pu mesurer directement sur la carte le comportement des tensions avec les réglages manuels et sans limite de consommation. Les résultats obtenus ne doivent cependant pas alimenter le mythe d’une carte otage d’une trop haute tension, puisque c’est uniquement sur des cartes refroidies par air qu’un gain de fréquence a été obtenu via une diminution manuelle de la tension. Et ce gain avait pour cause la baisse de température. Si on exclue la température comme facteur limitant, on constate que la logique « baisse de tension = hausse de la fréquence » tient en réalité de la légende urbaine.

Les différents cas de figure que nous voulons tester

Nous avons décidé de tester cinq cas de figure typiques afin d’illustrer la plus large palette possible d’éventualités. Les voici :

  • réglage par défaut avec le profil « équilibré »
  • undervolting à 1 V avec le Power Limit (limite de consommation) standard
  • overclocking uniquement via l’augmentation du Power Limit de 50%
  • overclocking via augmentation du Power Limit de 50% + augmentation de 3% de la fréquence GPU
  • overclocking via augmentation du Power Limit de 50% + augmentation de 3% de la fréquence GPU + undervolting à 1 V.

Un undervolting sous les 1 V avait pour résultat une instabilité du système. Une tension de 0,95 V fonctionnait encore la plupart du temps, mais la fréquence diminuait alors de manière disproportionnée. Par contre, le système crashait systématiquement lorsqu’on lançait des programmes 3D s’approchant du Power Limit.

Système de test

Plateforme
Intel Core i7-6900K @4,3 GHz
MSI X99S XPower Gaming Titanium
Corsair Vengeance DDR4-3200
1x 1 TByte Toshiba OCZ RD400 (M.2, System SSD)
2x 960 GByte Toshiba OCZ TR150 (Storage, Images)
Be Quiet Dark Power Pro 11, 850-Watt-Netzteil
Dissipation GPU
EK Water Blocks EK-FC Radeon Vega
Alphacool Eiszeit 2000 Chiller
Pâte thermique Thermal Grizzly Kryonaut
Température ambiante
22°C
Boitier
Lian Li PC-T70 modifié
EcranEizo EV3237-BK
Outils de mesures
Point de mesure sans contact sur le slot PCIe, via un riser PCIe
Point de mesure sans contact sur les connecteur PCIe d'alimentation
Mesure directe au niveau de l'alimentation
4x oscilloscopes Rohde & Schwarz HMO 3054 multicanaux, 500 MHz avec fonction mémoire
4x pinces ampèremétriques Rohde & Schwarz HZO50 (de 1 mA à 30 A, 100 KHz, courant continu)
4x sondes de test Rohde & Schwarz HZ355 (10:1, 500 MHz)
1x multimètre numérique Rohde & Schwarz HMC 8012, avec fonction mémoire
Imagerie thermique
Caméra infrarouge Optris PI640
Logiciel PI Connect
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