Skutečná spotřeba nVidia GTX480 / GTX 470

Po delší době se podíváme na další legendu týkající se grafických karet nVidia Fermi s jádrem GF100, konkrétne GTX 470 a GTX 480. A tou slavnou legendou je jejich vysoká spotřeba a aféra, kdy výrobce nVidia neudává její pravdivou hodnotu.
Podíváme se tedy na trochu teorie, srovnání testů spotřeby grafických karet, metodiky jejího měření, podílu důležitých komponent na spotřebě a nakonec si spočítáme spotřebu jednotlivých modelů karet Fermi.
Vhodným napájecím zdrojům jsem se věnoval samostatně v jiném článku.

Zamyšlení
Upřímně řečeno, trochu mně hysterie ohledně spotřeby highendových grafických karet překvapuje.
Je nasnadě, že grafické karty v kategorii 8 000Kč (a více) si kupuje naprosté minimum uživatelů. Je to v podstatě stejná kategorie, jako luxusní sportovní vozy. U nich se nikdo nepozastavuje nad tím, že vysoký výkon je dle fyzikálních zákonů spojen s vysokou spotřebou.
Domnívám se tedy, že celý problém ve skutečnosti není problémem, ale jen záminkou pro ukájení ega některých zakomplexovaných jedinců.

Udávaná spotřeba
Tento údaj je poskytován výrobcem. Bohužel jeho přesná definice není nikde stanovena. Každá firma si ho může definovat libovolně. U procesorů firmy AMD a Intel je primárním ukazatelem spotřeby údaj o vyzářeném tepelném výkonu - TDP. Nicméně obě společnosti mají rozdílné definice, takže jsou obě čísla vzájemně neporovnatelná. Navíc tento údaj je pro přesné určení maximální spotřeby nedostatečný, protože se přidávají ztráty na napájecí kaskádě. Slouží pouze k dimenzování chladícího subsystému.
Komunita však termín TDP bez hlubší znalosti adoptovala a pak ho opět bez hlubší znalosti přejal i marketing, takže se s ním můžeme setkat i na některých materiálech s vlastnostmi grafických karet.
Opět jsme ale ve stejné situaci - údaje o spotřebě, ať už je budeme nazývat TDP nebo jinak, má každá společnost odlišně definovaný a nelze je srovnávat.

U grafických karet Fermi definici dle nVidie známe - jedná se o maximální běžně pozorovanou spotřebu během herní session. Z definice vyplývá, že se nejedná o spotřebu špičkovou, karta si za určitých okolností může vzít i více. S tím je nutné počítat, pokud hodláte například využívat kartu k matematickým výpočtům.
Udávaná spotřeba dle výše uvedené definicepro GTX 480 je 250W a pro GTX 470 je to 225W.

Měření spotřeby
Máme v podstatě dvě možnosti. Nejlepší metodou poskytující nejpřesnější výsledky je prostě měřit napětí a proud tekoucí napájecími přívody grafické karty. Ze vzorce P=U.I zjistíme příkon. Má to jeden zásadní háček, či spíše lodní kotvu: grafická karta čerpá energii i ze slotu sběrnice, ke kterému je připojena - a k němu nemáme potřebný přístup. Už podstatně menším problémem je fakt, že měříme relativně velké proudy a zároveň nesmíme způsobit úbytek napětí, který na každém odporovém ampérmetru vzniká. To se řeší nepřímým měřením Hallovými sondami nebo proudovými transformátory (klešťové ampérmetry).
Další metodou je prosté měření spotřeby celé sestavy, kde nám stačí wattmetr z Lídlu za pár stovek. Nezískáme sice ani zdaleka přesný údaj, ale můžeme spotřeby spektra grafických karet alespoň porovnávat mezi sebou, za předpokladu, že podmínky měření zůstanou stejné.

Výpočet spotřeby
Nejčastější metodou měření spotřeby komponent je měření celé sestavy. Podává dobré výsledky pro porovnání, nicméně pokud chceme zjistit odběr jednoho komponentu, musíme znát příkon všech ostatních. Máme naštěstí výhodu v tom, že známe příkon v klidu i v zátěži.

Musíme však pamatovat na to, že v zátěži grafickými testy spolupracují i procesor, paměti a chipset - jejich zvýšený příkon musíme z měření vyloučit.
Představu o tom, kolik potřebují (highendové silně přetakované) procesory použité v recenzích, si můžete udělat zde:

Test CPU na PCT

Opět se jedná o rozdílové měření. V tomto případě je to však zcela dostatečná informace, protože nás zajímá vlastně jen to, kolik si procesor (chipset, ram...) vezme v zátěži navíc, a to pak odečteme od rozdílu výkonu v testu grafických karet.

A zde je poslední zádrhel. K testování se používají téměř výhradně čtyřjádrové procesory. Použité syntetické benchmarky (Furmark, OOCT, Kombustor), které karty zatěžují nejvíce, však zatěžují obvykle jen jedno jádro procesoru. Nárůst spotřeby musíme náležitě snížit, můžeme si podle praxe dovolit jít na cca 40-50% maximální rozdílové spotřeby CPU. Spotřebu nelze dělit kupř. na čtvrtiny, musíme brát v úvahu společné pracující celky procesoru jako cache. Zde se zřejmě dopouštím největší chyby odhadu, nicméně na ověření teorie by to nemělo mít významný vliv.
Zásadně volím odhad spotřeby hodně nízko a měřeným kartám tak přitěžuji, pokud získám přesnější data, budu je integrovat. Správně by v recenzi měla být vždy uvedena spotřeba holé sestavy v klidu i v zátěži - bohužel jsem nenašel ani jednu. Mohu jen spekulovat, jestli se jedná o úmysl.

Nakonec je třeba vzít v úvahu, že měříme spotřebu na zásuvce, musíme tedy korigovat i účinnost zdroje, protože část energie se ztratí právě na něm. Budeme uvažovat dnes obvyklou účinnost 83%. Zde se dopouštím další chyby - rozdílná měření jsou získána na různých zdrojích s různou účinností, která se dokonce se spotřebou mění. Aby byly výsledky porovnatelné, recenzenti pracují na stále stejných komponentách (aspoň to tak má být), čili sestavách z doby cca 1-2 roky zpátky. V každém případě se zde dopouštím chyby řádově jednotek procent.

Odhad spotřeby pak vypočítáme následovně:
spotřeba karty ={ (spotřeba sestavy v zátěži) - (spotřeba sestavy v klidu) - (nárůst spotřeby CPU a platformy v zátěži) } * (absolutní účinnost zdroje) + (spotřeba GPU v klidu - přímé měření)

Výsledky měření jednotlivých recenzí GTX480

odkaz na recenzi	procesor	Spotřeba cpu [W]	Spotřeba sestava idle [W]	Spotřeba sestava load [W]	Spotřeba gpu [W]	pozn.
PCTUNING	I7 920 @ 3.6	55	205	433	185	furmark
PCTUNING	I7 920 @ 3.6	55	205	370	133	hra
EHW	I7 920 @ 4	55	191	551	295	furmark
EHW		60	191	460	215	hra
DIIT	I7 920 @ 2.66	40	134	459	278	hra
Anandtech	I7 920 @ 3.33	45	190	479	244	furmark
Anandtech		50	190	421	192	hra
Tomshardware	i7 980E @ 3.3	65	146	450	240	furmark
HardOCP	I7 920 @ 3.6	50	175	480	253	furmark
Bittech	I7 965 @ 3.2	50	164	376	176	3dmark06
Hexus	I7 965 @ 3.2	50	152	475	268	furmark
Legitreviews	I7 975 @ ?	60	184	514	266	furmark
Techspot	I7 965 @ 3.6	55	223	506	231	furmark
Guru3D	I7 965 @ 3.8	55	209	463	207	furmark?
OClub	I7 920 @ 3	45	206	424	185	furmark
HWCanucks	I7 920 @ 4	55	209	392	148	3dmark06
Computerbase	I7 965 @ 3.9	60	191	453	209	?
CZC	I7 930 @ 3.5	50	185	526	283	furmark

Referenční přímé měření xbitlabs:
Spotřeba v klidu: 42W Spotřeba v zátěži OOCT: 261W

Účinnost zdroje: 83%

Vyhodnocení měření
Podívejme se na jednotlivé výsledky. Na první pohled je zřejmé, že mezi recenzemi jsou rozdíly. V několika  případech je zjevné, ze jsou výsledky chybné.

Ze statistiky můžeme rovnou vyškrtnout měření Extrahardware, je vidět, že měli špatný kus - žádná GTX480 neměla v Kombustoru 105 st. C. Běžná teplota po ustálení je mezi 92-95 st.C, bez chlazení ve skříni max. 100 st. C. Před rokem jsem reklamoval GPU s podobnými příznaky - vysoké teploty, které během týdnů pomalu rostly.

Velmi podivné je i měření DIIT, kde je velmi nízká spotřeba bez zátěže - uvědomme si, že GTX480 bere v klidu okolo 42W, kolik pak zbývá na samotný systém? Porovnejte s ostatními měřeními, třeba Anandtech - stejná sestava, spotřeba v klidu se liší o cc 60W. Je možné, že DIIT ponechal zapnuté šetřící funkce procesoru - to ale v žádném případě nemůže způsobit takový rozdíl.

PCTuning se podle mně dopustil chyby při měření, když nepočkal na snížení taktu v klidu. Grafická karta je evidentně v slabém 3D režimu (poloviční takt), nikoliv ve 2D režimu. Zde nelze moji metodu kvůli neznámé hodnotě použít.

HWCanucks a Bittech ze srovnávacích důvodů testoval ve 3DMarku, který z GPU nevytáhne maximum (je to benchmark, nikoli zátěžový test.

Závěr
Pouze ve třech recenzích překračuje spotřeba GTX480 o víc jak cca 5% udávanou spotřebu 250W. Navíc se jedná o případy, které lze s úspechěm zpochybnit. Vzhledem k tomu, že jsem zvolil poměrně přísné podmínky, budou reálné hodnoty nižší. Jedná se pochopitelně o odhad, ale je i tak evidentní, že GTX480 svoji udávanou spotřebu významně nepřekračuje. Pohádky o spotřebě 300W můžeme s klidem zapomenout.

Nesmyslů okolo nVidia Fermi není konce

Dnes mně zaujal článek serveru xbitlabs, který je považován za seriózní zdroj informací, nebo tomu aspoň tak bylo.

Nvidia GeForce GTX 400 Yields Are at 20% - 30%, Further Delays Possible – Analysts.

Článek je založen na zprávě jakéhosi analytika Rajvindra Gilla. Analytik na základě svých údajných zjištění, které však ničím nedokládá, konstatuje, že grafik na bázi nVidia Fermi bude dlouhodobě nedostatek. Příčinou je údajně nízká výtěžnost výrobního procesu Fermi, údajně "pouhých" 20-30%. V originální zprávě mně zaráží spojení "Fermi desktop/notebook" - notebookové verze Fermi se totiž zatím nevyrábí.

Xbitlabs tuto pochybnou fabulaci dále rozvíjí tím, že společnost nVidia orientuje své výrobní kapacity na uspokojení poptávky po profesionální řadě karet Tesla, též na bázi Fermi. Dále prorokuje významnou (jinak by nemělo smysl to zmiňovat) ztrátu podílu na trhu spol. nVidia ve prospěch ATI. Podtrhuje to prodejními čísly, kdy Fermi bylo dodáno 10 000 ks, zatímco ATI prodala již 6 milionů DX11 karet.

O panu Gillovi nic nevím. Nicméně pokud pracuje tímhle způsobem, cítím symptaie k jeho klientům. Co mně však překvapuje, je přístup serveru Xbitlabs.

Srovnávat počet prodaných kusů highendu nVidie vůči celému spektru prodaných DX11 karet ATI je opravdu zvláštní. Kdyby se porovnaly prodeje ATI Radeonů 5850 a 5870 vůči gtx470 a 480, rozhodně by to vypovídalo lépe.
Dále obrátit fakt, že 10 000 ks z první várky highendu nvidie (kterého se tradičně a logicky prodá nejméně) bylo vyprodáno v den launche na předobjednávkách, v tvrzení o špatných budoucích prodejích a ztrátě trhu nVidie, může opravdu jen blbec.
Kde jsou čísla vypovídajících o poptávce po nových Teslách? Jich se bezpochyby zejména na počátku prodá v porovnání s herními grafikami naprosté minimum, v celkových objemech to nebude mít podstatný vliv.

A naposledy označení výtěžnosti 20-30% u tak velkého a složitého čipu za mizernou už působí opravdu dojmem zoufalé PR. Proč není pro porovnání uvedena počáteční výtěžnost a dostupnost, resp. nedostupnost DX11 řady Radeonů v odpovídající třídě? Karty ATI byly nedostupné dobré dva měsíce a počáteční výtěžnost byla průměrně 40% dle TSMC, a to jsou Radeony menší a jednodušší. Pro laika je výtěžnost 20-30% možná špatná, ale v praxi je to za daných okolností dobrý začátek.

Proč tedy ta panika?
Ono je to všechno trošku jinak. Každý kdo právě nevylezl z hlubin močálu v New Jersey ví, že s nadšením očekávaný produkt v herní počítačové sféře je v počátcích prodeje těžko dostupný. Továrny jsou pochopitelně dimenzovány na předpokládaný průběžný náklad, nikoli nárazový. Novináře zřejmě postihla epidemie akutní sklerózy, když si náhle nemohou vzpomenout na to, jak to bývá v době vydání podobných produktů.
Očekával bych, že podobnou analýzu provede i renomovaný xbitlabs. Jsem poněkud zklamán.

Pak mně ani nemůže zaskočit, že se zprávy s chutí chopil upadající český internetový tisk. Holt je to jednodušší než mít vlastní názor a určitou základní prestiž. Magazíny se orientují na levné a nenáročné kuchaření s převzatými novinkami s peprnými tématy s cílem co nejvíc protočit reklamy, bez ohledu na kvalitu obsahu, s diskusemi pod články otrávenými psychotickými výlevy k nepoužitelnosti. Není pak divu, že hodnota reklamy klesá a průmysl se pomalu ale jistě protáčí v klesající spirále. Je to svým způsobem dobře - nároční čtenáři se soustředí na magazíny udržující kvalitu a ti ostatní postupně odpadnou. Už aby to bylo...

Celoplanetární spiknutí lumpů dostalo formu v dohodě ACTA

Jistě mnoho z vás slyšelo o připravované dohodě mocných ohledně lepší ochrany jejich miliard, ehm, autorských práv. Server ABC linuxu přinesl stručnou analýzu, kterou najdete zde:

Článek ABC Linuxu

Je fascinující, kolik ochránců lidských práv a organizací bojuje za lidská práva všude, jenom ne doma. Osobně jsem přesvědčen, že je nepřípustné, aby určitá skupina obyvatel měla své vlastní speciální zákony, zákony, které této skupině zajišťují majetkový prospěch a ostatní omezují na základních ústavních právech a svobodách. Pouze a jedině pro mamon.

Ve Velké Británii mají též dobře našlápnuto ke korporátní totalitě:

Velká Británie přijala Zákon o digitální ekonomice

Myslíte, že se Vás to netýká? Pak si zapamatujte poučku, kvalitně ověřenou všemi totalitními systémy: pokud jde něco zneužít, bude toho zneužito.

Já mám v nadcházejících volbách jasno.

V každém případě můžete podpořit petici proti tomuto zvěrstvu.

K dalšímu počtení:

Zapomeňme na autorská práva (clanek odstranen, zde je mirror)

Šest důvodů, proč má smysl volit a Váš hlas malé straně nepropadne

Volby 2010: Speak & wording

It's time to fight the copyright police state

Příspěvek doplněn 16. dubna 2010

Čím víc wattů, tím víc Adidas!

K napsání tohoto příspěvku mně inspirovala hysterie ohledně spotřeby nové řady grafických karet Nvidia Fermi GTX 470 / 480. Mnoho uživatelů živených mediální masáží utíká do obchodů pro napájecí zdroje pro jejich PC miláčky v cenách mnoha tisíc s výkony 750W až 1kW.
Jaký tedy pro tuto hned dvakrát žhavou novinku vybrat zdroj?

Shrňme si fakta:
Nvidia uvádí spotřebu pro svoje karty 470, resp. 480: 225, resp. 250W. Tato spotřeba může být však i vyšší, jedná se o maximální běžně pozorovanou spotřebu.
Výrobci karet na baleních někdy uvádějí zcela zcestné údaje ohledně dimenzování zdroje. Oblíbená kauza - specifikace na obalu GTX 480 - 600W zdroj s proudem kombinovaně min. 42A pro 12V větev, je známá. Výrobce se však pouze sichruje proti neoprávněným reklamacím uživatelů s levnými zdroji, které nedosahují deklarovaných parametrů, a způsobují nestabilitu systému nedostatečným napájením. Tyto údaje můžeme ignorovat, protože máme reálná měření.
Odborné weby naměřily příkon sestav s GTX 480 v poměrně širokém rozmezí: 370W (PCT) až 550W (EHW). Jedná se o spotřebu celé sestavy bez monitoru, měřenou wattmetrem. Číslo je tedy přímo závislé na účinnosti zdroje.
Je potřeba si uvědomit, že spotřeba zahrnuje často velmi silně přetaktované high-end CPU, obvykle Intel Core i7 na 3.5-4GHz na žravé platformě X58. Grafické karty byly měřeny na základních taktech. Extrémní spotřeby bylo dosaženo pomocí syntetických zátěžových testů. Jak ukazuje nejen test na PCT, reálné hry nemají šanci se extrémní spotřebě trvale přiblížit.

Jak tedy dimenzovat správně zdroj?
Znalí uživatelé PC mně omluví, pedagogové mně pochopí, ale musím zdůraznit několik zásadních faktů, která podle mých zkušeností nejsou vždy správně pochopena.
Spotřeba sestavy se měří na zásuvce wattmetrem, a udává hodnotu, jaký příkon si bere zdroj ze sítě.
Spotřeba komponent se měří dost špatně :) Jedná se o příkon, který odebírají komponenty ze zdroje.
Mezi těmito údaji existuje přímá úměra:
Spotřeba sestavy = 1/n* Spotřeba komponent,
kde n je normalizovaná účinnost zdroje. Ta není konstantní, ale mění se s příkonem odebíraným ze zdroje.
Štítkový výkon zdroje je výkon, který by měl být zdroj schopen dodat trvale do zátěže (komponent). V praxi se jedná o jednoduchý součet výkonů jednotlivých větví zdroje.
Doplnění: Vždy je nutno respektovat zastřešující štítkový údaj. U zdrojů s určitým vnitřním uskupením napájecích větví nelze výkony jednoduše sčítat, protože dodávají výkon ze společného vinutí. Pak platí maximální uvedený výkon pro danou skupinu nebo celkový výkon.
Zde dochází občas k nedorozumění. Setkal jsem se s názorem, že štítkový výkon zdroje je snižován účinností zdroje, a tak dostaneme maximální možný odběr komponent. To je samozřejmě nesmysl.
Účinnost nám říká, kolik energie se ztratí ve zdroji. Dnešní obvyklá účinnost moderních kvalitních zdrojů začíná na 82% a běžně se pohybuje okolo 85%.
Ztrátový výkon je ona ztracená energie, a je to rozdíl mezi příkonem sestavy a příkonem komponent.

Spotřebu komponent dostaneme:
Musíme nejdřív určit spotřebu komponent. Za maximální krátkodobou (nikoli špičkovou) spotřebu sestavy zvolíme nejvyšší naměřený údaj 550W (viz výše). Za průměrnou dlouhodobou spotřebu zvolíme 370W. Předpokládejme účinnost zdroje 85%, což je hodnota typická pro dnešní kvalitní zdroj.

Pout=Pc*n , kde Pc je spotřeba sestavy, Pout výkon zdroje - tedy spotřeba komponent, n je normalizovaná účinnost
Pout(max)=550*0,85=468 W
Pout(avg)=370*0,85=315 W
Co můžeme vyvodit z výše uvedených čísel? Zdroj musí dodat během hraní cca 315W trvale. Krátkodobě, řekněme v intervalu sekund až minut, musí bezpečně a stabilně dodat 468W.
To však bohužel nestačí. Výše uvedené údaje jsou pouze průměrem v relativně dlouhém (z hlediska zdroje)  časovém období. Systém ale může vytvořit krátkodobé proudové špičky, které mohou tuto hodnotu překročit i o desítky procent. Řekněme 15-20%.

Tak teda kterej?
Musíme si rozvážit, jestli budeme na PC hrát, nebo si budeme hrát s PC. V předchozí kapitole jsem došel k nějakým číslům, nicméně se jednalo o kombinaci obou uvedených druhů hraní :) Rozdělíme vše na tři části:
1) Hráč her - člověk, co si koupí hardware na hraní her a nezabývá se silným overclockingem
Takový člověk může mít v počítači GTX 480 a silný procesor s TDP (max. vyzař. výkon) v okolí 100W. Další bižuterie není obyčejně podstatná. Uživatel nepřetaktovává, čili můžeme naše nároky z předchozí kapitoly snížit určitě o 30W z maxima, pořád však musíme pamatovat na rezervu. V takovém případě stačí zdroj dodávající pro:
GTX 480 - cca 550W
GTX 470 - cca 500W
Vzhledem k tomu, že jsme zachovali rozumnou rezervu, zbývá místo i pro mírný overclocking.
2) Overclocker
Silné přetaktování může zvednout spotřebu CPU i o 40%, u GTX 480 může stoupnout střední spotřeba třeba i o 100W. Budeme li chladit vodou, můžeme jít ještě výš, ale to už vyžaduje takové zkušenosti, že tento článek nosí sovy do Athén.
GTX 480 - 650-700W
GTX 470 - 550-600W
3) Magor :)
Specifická kategorie míněná v přátelském duchu pro uživatele, kteří mají Fermi karet v PC vícero, někdy i tři. Na každou kartu musíme přičíst k požadovanému štítkovému výkonu zdroje podle karty a přetaktování 200-300W. Nicméně domnívám se, že tento druh uživatelů moje rady už nepotřebuje :)

U všech svatých, tak kterej?!
Dostáváme se k zajímavé části. Který zdroj vybrat? Ve výše uvedených kategoriích existuje mnoho modelů v širokém cenovém rozmezí. Předně je zapotřebí vstřebat základní poučku:

Údaj o štítkovém výkonu zdroje je vodítko použitelné, v žádném případě dostatečné.
Vysokoškolské studium mikroelektroniky mně naučilo, že návrh složitých spínaných zdrojů je duchařina. Takový zdroj má velké nároky jak na kvalitu a výkon použitých součástek, tak na kvalitu samotného návrhu. Rozdíly mezi papírově shodnými modely mohou být značné. Kromě štítkových údajů se můžeme dobře orientovat podle značky, třídy (OEM, krabicová verze), v neposlední řadě i podle ceny. (Krabicová verze - tzv. retail - zdroj, nebo produkt, je prodáván na pultě v krabici s manuálem a příslušenstvím, OEM verze je určena výrobcům PC, často je bez obalu a často nemá žádné příslušenství ani líbivou povrchovou úpravu, někdy jsou použity běžné, méně kvalitní součástky)

Za kvalitní značky považuji: Enermax, Fortron (FSP), Seasonic, Corsair, Silentmaxx, Zalman, Thermaltake. Zhruba v tomto pořadí. Některé značky jako Fortron a Seasonic vyrábějí širokou škálu zdrojů pro různé druhy využití, nás zde zajímají spíše dražší krabicové verze.
Příklady:
Třída 500-550W: Fortron Epsilon 500W, Fortron Bluestorm 500W Bronze, Enermax ECO80+ 500W, Fortron Everest Bronze 500W, Corsair VX550 550W
Cenová hladina: 1500-2500
Třída 600-650W: Fortron EVEREST - 600W, Seasonic S12II-620 - 620W, Zalman ZM600-HP 600W, Enermax ECO80+ 620W, Corsair HX650 650W, Silentmaxx EcoSilent 650W
Cenová hladina: 2000-3000 Kč

Závěr
Doufám, že mnohým rozumným lidem jsem pomohl při výběru a ušetřil nemalé peníze. Moje zkušenosti s problematikou vyplývají z odborného studia a konstruktérské praxe, podložené mnoha lety profesionální práce s PC systémy.