Verhältnis Verlustleistung - Chipspannung

Verhältnis Verlustleistung - Chipspannung

Hey,

aus reinem Interesse habe ich mir heute die Abhängigkeit der Chipspannung und der Verlustleistung meines Grafikchips angesehen. Es geht mir hierbei nicht darum, mit möglichst genauen Messwerten zu arbeiten und ein exaktes Modell zu erstellen, viel mehr soll eine Möglichkeit zur simplen Abschätzung der zu erwartenden Verlustleistung geliefert werden. Ursprünglich hätte ich mir auch gerne das Verhältnis von Takt und Verlustleistung angesehen, jedoch ist das mit gegebenen Mitteln leider nicht möglich.

Was wurde verwendet:
GPU: HIS R9 280 IceQ (Standardtakt: 953MHz, Standardnennspannung am Chip: 1200mV)
Netzteil: Seasonic X-460 Fanless
Software: MSI Afterburner zur Spannungs- bzw. Taktregelung, GPU-Z zum Auslesen der aktuellen Chipspannung sowie des Stroms und der Furmark (nicht Burn-In-Test)

Verfahren:
1.) Der Chip wird mittels Furmark auf etwa 70°C aufgeheizt, dieser läuft auch die ganze Zeit über, um eine nährungsweise konstante Last zu sichern
2.) Etwa 30 Sekunden aufzeichnen von Chipspannung und -strom mittels GPU-Z bei 1100mV, 1150mV und 1200mV.
3.) Wiederholung der Messung bei drei verschiedenen Taktraten - 800MHz, 900MHz, 953MHz

Kleine Auswertung:
Abschließend habe ich mir die Verhältnisse der Leistungsaufnahmen zwischen zwei Spannungsstufen angesehen. Der Vergleich zwischen unterschiedlichen Taktraten ist leider nicht ohne Weiteres möglich, da die real anliegende Spannung mit steigendem Takt weiter von der Nennspannung abweicht.
Auffällig: Das Verhältnis der Leistungsaufnahmen hängt (in etwa bis auf die zweite Nachkommastelle) kubisch mit dem Verhältnis der Chipspannungen zusammen.

P2/P1 ~= (U2/U1)^3

Erwartet hatte ich eine nährungsweise quadratische Abhängigkeit, sofern man bei konstanter Last und Temperatur von einem konstanten Innenwiderstand des Chips ausgehen kann. Hat hier jemand eine Idee, wie es zu dieser kubischen Abhängigkeit kommt? Würde mich über Anregungen freuen.

AW: Verhältnis Verlustleistung - Chipspannung

Dafür bräuchte man eigentlich noch ein paar weitere und vor allem ein paar extremere Messwerte, was natürlich schwierig wird. Ich hätte aber auch mit einer ungefähr quadratischen Abhängigkeit gerechnet.

Faktoren dafür sind unter anderem aber auch die Taktfrequenz oder das Material. Man müsste eigentlich recht genaue Angaben für Silizium finden können, bei welchen Bedingungen es wie viel Wärme abgibt. Das hat mit Sicherheit schon mal jemand genau bestimmt.

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Die Abhängigkeit mit der Taktfrequenz habe ich auch erwartet, sollte jedoch bei meinen Messungen zu vernachlässigen sein, da ich nur bei gleichem Takt miteinander verglichen habe.

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P=u²/R
soweit die theorie die du ja aufgestellt hast

Da es sich bei silizum aber um einen halbleiter handelt, bei dem der leitwert mit der Temp steigt, und somit der Wiederstand sinkt, kommt es zu dem kubischen verhältnis bei dir.
Wenn du dich jetzt auf eine höhere Temp festlegst, die du manuell geregelt an allen punkten erreichst müsstest du auf das quadratische verhältnis kommen (VRM verluste und erhöhte verluste im PCB mal ausen vor gelassen)

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Wie war das Powertunelimit eingestellt? Eventuell haut das da mit rein. Ansonsten gabs da auch mal bei xtremsystems von einem User IDC/Idontcare die selbe Beobachtung für CPUs, jedoch war das dort über die veränderte Chiptemperatur erklärbar? Eventuell steigt mit steigender Versorgungsspannung auch die Leckströme in der Art an, das diese die gesteigerte Verlustleistung verursachen. Eventuell kannst du nochml bei einer anderen Temperatur messen? z.B.: 50°C und 90°C; denn hier müsste sich dann ein Unterschied in der Abhängigkeit ergeben wenn diese durch die Leckströme verzerrt werden würde.

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Nach meiner Erfahrung ist es so, dass bei höheren Temperaturen der Widerstand geringer wird, wodurch der Strom zunehmend noch weiter weiter erhöht wird als angegeben. Deswegen ist beim Takt-Limit häufig schon ein relativ geringer Temperaturvorteil sehr einflussreich.

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Die Temperaturschwankungen lagen in etwa im Bereich von 1-2°K, aber sollte durch so kleine Schwankungen aus einem quadratischen ein kubisches Verhältnis werden, fände ich echt krass! Powertune hatte ich auch bereits im Verdacht, andererseits sollte das bei 800MHz noch nicht reinspucken? Habe jedenfalls nichts am Powerlimit verändert..
Sollte ich die nächste Zeit wieder etwas mehr Zeit haben, versuche ich die Messung mal zu reproduzieren. Andere Temperaturen auszuloten dürfte schwierig werden, aber ich kann es mal versuchen. Vielen Dank für das Feedback jedenfalls.

AW: Verhältnis Verlustleistung - Chipspannung

So ich habe nun auch mal eine kleine Messreihe mit einer HD 7970 durchgeführt. Belastet habe ich die Karte mit dem PCGH-VGA - Tool im Fenstermodus und nebenbei mit Trixx die Parameter angepasst. Ausgelesen habe ich die Leistungsaufnahme mit dem PCGH-VGA-Tool, was die Werte von GPU - Z abgreift. Die Karte wurde während des Tests mit 400 MHz getaktet und die Lüfterkurve wurde so eingestellt, das diese die Karte möglichst nahe an der Zieltemperatur gehalten hat. Das Powerlimit wurde auf +50% angehoben. Leider schafft die GPU die 400 Mhz nicht bei 0,800V, und wenniger als 400 Mhz konnte ich leider nicht einstellen. ASIC Qualität der GPU ist 71,5% und Standartspannung ist 1,120V. Außerdem scheint nur der halbe Strom in die Messung mit eingeflossen zu sein, daher habe ich entsprechend die gemessene Leistungsaufnahme mit dem Faktor 2 multipliziert. Ich habe auch noch weitere messungen mit 800 MHz und 1100 MHz durchgeführt, wobei bei 1100 MHz die Karte bei ~ 80°C abgestürzt ist... Daher ist folgende Tabelle herausgekommen:


Die zwischen der 1. und 2. Messreihe liegt ungefähr ein Temperaturunterschied von 20°C, leider habe ich die Werte nicht genauer stabilisiert bekommen. Zwischen Messreihe 1 und 3 liegen 400 MHz. Die Sondermessung läuft außer Konkurenz, da die karte dort am Limit war und bei über ~ 80°C und ~ 300W anscheinend in irgend einen Sicherheitsmodus gegengen ist. Dennoch zeigt das ganze schön wie der Verbrauch mit der Temperatur ansteigt und wie die anliegende Spannung stärker einbricht. Außerdem zeigt das ganze auuch, das die Leckströme einen relativ großen Einfluss auf die scheinbare Abhängigkeit der Verlustleistung im Verhältnis zur Spannung haben. Je höher die anliegende Spannung, um so stärker weicht der angezeigte Wert vom erwarteten Wert ab. Das selbe gilt für höhere Temperaturen. Es zeigt sich also da doch schon recht deutlich, das das Verhältnis zwischen statischer Leistungsaufnahme (Leckströme) und dynamischer Leistungsaufnahme mit zunehmender Spannung schnell schlechter wird. Ich vermute zwar, das bei der messreihe diverse Messungenauigkeiten drin sein werden, aber den generellen Trend zeigt das doch recht gut.

Ich habe nun noch eine Messung mit 1,4V hinzugefügt, das ist echt übel, das die 0,1V 100W mehr Leistungsaufnahme ausmachen, zumal die Temperatur auch noch minimal geringer war im Verhältnis zu 1,3V (besser gings da aber nicht mehr, die Kühlung der Karte war da einfach überfordert, zumal da ja dann auch noch das Problem mit der OCP da ist, denn die spricht ja auch noch irgendwann an...

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Vielen Dank für den ausführlichen Test! Sehr interessant, wie temperaturabhängig so ein Chip eigentlich ist. Feintuning lohnt sich von daher definitiv.

AW: Verhältnis Verlustleistung - Chipspannung

Bitte, gern geschehen. Ich muss sagen, mich hat das auch überrascht, das die Leistungsaufnahme so stark von der Temperatur abhängt. Und das die Leistungsaufnahme mit der Spannung so deutlich in Form der statischen Leistungsaufnahme ansteigt.
Leider wollte die Karte nicht alle Tests so mitmachen wie ich das gerne gehabt hätte, aber ich denke auch so ist das ganze recht interessant.