Быстрее, тише, ниже: исследование энергопотребления и уровня шума современных графических карт

Не секрет, что по мере увеличивающейся мощности, современные графические карты становятся всё более требовательными к качеству блока питания, а также системы охлаждения. Зачастую, энергопотребление и уровень шума становятся значимыми параметрами при выборе графического ускорителя даже на фоне производительности и качества изображения. Сегодня мы попытаемся узнать, какие системы охлаждения видеоадаптеров являются наиболее тихими или громкими, а какие карты – экономичными или прожорливыми.

Вступление

С момента нашего последнего исследования энергопотребления графических ускорителей прошло порядка полугода, а на рынок вышло большое количество новых и интересных продуктов, бьющих рекорды производительности. Помимо всего прочего, мы всерьёз задумались над шумовыми характеристиками видеокарт, ведь наряду с постепенно растущим энергопотреблением требуются и более продвинутые системы охлаждения, а значит, вентиляторы могут производить всё больше шума.

По счастью, наряду с растущим потреблением электроэнергии, развиваются технологии охлаждающих устройств, причём, как на фундаментальном, так и на прикладном уровне, что вселяет веру в то, что, несмотря на постоянно увеличивающуюся прожорливость компонент, обычные ПК не станут издавать звуков, схожих по уровню с пылесосом или феном для волос.

Так, если еще несколько лет назад радиаторы делались из простого анодированного алюминия с толстыми ребрами и огромных размеров, а для увеличения эффективности этих монстров применялись ревущие высокоскоростные вентиляторы, то сегодня всё большее распространение получают пассивные системы охлаждения с тонкими рёбрами, медные подошвы кулеров, тепловые трубки, а также комбинации упомянутых технологий. Таким образом, увеличение термических характеристик графических процессоров не должно стать обязательным катализатором увеличения шумности компьютеров.

К сожалению, оборотной стороной увеличения сложности систем охлаждения, пусть даже и несильной, является стойкое желание компаний сэкономить денежные средства, установив что-то попроще и подешевле. Следовательно, не всякая видеокарта с невысоким тепловыделением может похвастаться и низким уровнем шума.

В данной статье мы рассмотрим как энергопотребление современных графических карт по улучшенной методике, так и проверим, насколько громки современные ускорители разных классов.

Карты, которые мы выбираем

Мы уже говорили, что хотя энергопотребление является важной величиной, оно, ни в коем случае, не является решающей, а при выборе видеокарт, помимо производительности и желаемых архитектурных возможностей, зачастую приходится обращать внимание на массу других физических параметров, вроде тех, что уже упоминались в предыдущей статье:

Уровень шума
Возможность регулировки скорости вентилятора системы охлаждения
Поддержка интерфейсов (dual-link DVI, composite, и т.д.)
Уровень энергопотребления в режиме простоя
Уровень энергопотребления в режиме peak 2D/low-power 3D
Уровень энергопотребления в режиме 3D
Пиковый уровень тепловыделения
Габариты графической карты (длина, высота, толщина системы охлаждения)
Вес
Наличие дополнительных разъемов питания

Хотя данный материал сфокусирован по большей части на потреблении электроэнергии в разных режимах, а также на уровне издаваемого шума, по причине столь длинного списка физических параметров, которые приходится держать в уме при выборе графического ускорителя, мы также будем обращать внимание и на другие конкурентные преимущества и недостатки продуктов.

Конфигурация тестовой платформы и методы измерения энергопотребления

Традиционно для наших обзоров, для измерения силы тока по разным линиям мы используем цифровой мультиметр Velleman DVM850BL, обладающий погрешностью измерений, не превышающей 0.5%, вместе со специальной тестовой платформой, спецификации которой уже известны нашим постоянным читателям:

Процессор Intel Pentium 4 560 (3.60ГГц, 1МБ L2)
Системная плата Intel Desktop Board D925XCV (модифицированная)
Память PC-4300 DDR2 SDRAM (2x512МБ)
Жесткий диск Samsung SpinPoint SP1213C (Serial ATA-150, буфер 8МБ)
Microsoft Windows XP Pro SP2, DirectX 9.0c.
ATI Catalyst 6.6, Nvidia ForceWare 84.21
За исключением специально оговоренных случаев, мы использовали эталонные графические карты от компаний ATI Technologies или Nvidia

Наша методика измерения энергопотребления уже неоднократно описана и зарекомендовала себя еще с 2004 года: в +3.3В и +12В цепи питания графического слота материнской платы включёны шунты, с помощью которых мы определяем силы тока. Такие же приспособления крепятся и к дополнительному 12В разъёму питания, официально называемому alternate power connector.

Следует отметить, что по линиям +12В материнской платы и дополнительного разъёма питания, согласно спецификациям PCI Express x16 1.0a можно передать по 72Вт энергии (в общей сложности – 144Вт). В дополнение, до какое-то количество энергии передаётся по линии +3.3В на материнской плате (данная линия используется для упрощенной конвертации питания для определенных чипов на видеоускорителе). Таким образом, современная графическая карта не должна потреблять более 150Вт, по крайней мере, на это рассчитывают производители материнских плат и блоков питания.

По просьбам любознательных читателей, мы включили потребление электроэнергии по разным линиям её передачи в результаты исследования. Однако, в силу ненужности данных цифр для ряда продуктов, в некоторых случаях уровень энергопотребления приводится без предоставления детального распределения.

Для создания пиковой нагрузки в режиме 3D мы применяли первый графический тест SM3.0 пакета 3DMark06, запускаемый в бесконечном цикле в разрешении 1600х1200 при включенных FSAA 4x и AF 16x. Максимально возможная нагрузка в режиме 2D эмулировалась при помощи теста 2D Transparent Windows, входящего в состав Futuremark PCMark05. В режиме простоя графическая карта демонстрировала только рабочий стол Windows XP.

Конфигурация тестовой платформы и методы измерения уровня звука

Измерение уровня шума производилось в стандартных лабораторный условиях, на компьютерах, используемых в качестве основных тестовых стендов для исследования производительности графических карт.

Процессор AMD Athlon 64 FX-60 с системой охлаждения Zalman CNPS9500, работающей на минимальных оборотах
Системная плата Asus A8N32-SLI Deluxe (nForce4 SLI X16) для карт Nvidia GeForce
Системная плата Asus A8R32-MVP Deluxe (ATI CrossFire Xpress 3200) для карт ATI Radeon
Память OCZ PC-3200 Platinum EL DDR SDRAM (2x1ГБ, CL2-3-2-5)
Жесткий диск Maxtor MaXLine III 7B250S0 (Serial ATA-150, буфер 16МБ)
Блок питания Enermax Liberty 620W (ELT620AWT, номинальная мощность 620W)
Microsoft Windows XP Pro SP2, DirectX 9.0c
ATI Catalyst 6.6, Nvidia ForceWare 84.21
За исключением отдельно указанных случаев, мы применяли эталонные видеоадаптеры от компаний ATI Technologies или Nvidia

Для наших исследований уровня звука, производимого графическими платами, мы используем цифровой шумомер Velleman DVM1326, имеющего разрешающую способность 0.1 дБ, предел измерения 130 дБ и позволяющего использовать взвешенные кривые А и С.

С целью минимизировать влияние внешних факторов, мы измеряем уровень шума ночью, при закрытых окнах, при этом, уровень фонового шума в помещении лаборатории составляет порядка 36 дБА. Замеры, проведенные на расстоянии одного метра от тестовой платформы с графической картой, оснащенной пассивной системой охлаждения, типично показывают уровень шума, производимого нашими тестовыми стендами, в 40 дБА. Эти цифры являются эталонными и служат в качестве дальнейшей опоры при оценке шумности видеоадаптеров. Замеры звукового фона производятся при открытой крышке корпуса.

Также как и в случае с измерениями максимальных токов, мы исследуем три режима работы графических адаптеров: режим простоя, максимальная загрузка в 2D режиме и максимальная загрузка в 3D режиме, которые эмулируются уже описанным образом.

Карты класса Premium

ATI Radeon X1900 XTX
Nvidia GeForce 7950 GX2 – 2 линии в 3Д режиме, наша и нвидийская
Nvidia GeForce 7900 GTX

Уровень энергопотребления

Все графические карты высшего класса сегодня обладают поддержкой dual-link DVI интерфейса, что даёт возможность подключать к ним любые мониторы, в т.ч. и модели с диагональю 30". Габариты карт также одинаковы: они довольно длинны и занимают 2 слота для карт расширения, что означает, что для их работы требуется относительно просторный корпус.


По причине того, что видеокарта Nvidia GeForce 7950 GX2 не может работать на несертифицированных материнских платах, мы не смогли измерить её энергопотребление. В связи с этим, мы можем лишь публиковать данные от компании Nvidia, которая сообщает о максимальном энергопотреблении в 143Вт, а также наши собственные оценки, которые говорят о том, что GeForce 7950 GX2, работая на частотах схожих с GeForce 7900 GT (потребляющей 48Вт энергии), едва ли может потребовать более 110Вт – 120Вт.

Графики потребления энергии не приносят сколько-либо заметных сюрпризов: будучи значительно проще по количеству транзисторов, а также обладая микро-архитектурой, заточенной под пониженное энергопотребление, Nvidia GeForce 7900 GTX потребляет на 33% меньше конкурента в случае максимальной загрузки в 3D.

Обе графические карты высшего класса ATI и Nvidia требуют примерно одинакового количества энергии в условиях простоя или же серьезной загрузки в Windows.

Что касается энергопотребления по разным цепям питания, то можно отметить, что в пиковом случае Radeon X1900 XTX крайне сильно нагружает дополнительный разъём питания, потребляя, также как и GeForce 7900 GTX, порядка 45Вт из цепей питания материнской платы.

Уровень производимого шума

Как известно, децибел – логарифмическая, а не линейная единица измерения. На практике это означает, что увеличение уровня звукового сигнала на 3 дБ означает возрастание его мощности вдвое, однако, в связи с нелинейностью человеческого слуха, принято считать, что ощущение повышения громкости источника звука вдвое соответствует увеличению уровня сигнала на 10 дБ.


Как видно из графиков, производимый системами охлаждения графических карт шум примерно одинаков – порядка 45 дБА – для всех исследуемых продуктов в режиме 2D, при этом, GeForce 7950 GX2 даже несколько тише двух других. Однако, стоит включить любую компьютерную игру, как Radeon X1900 XTX и GeForce 7950 GX2 довольно ощутимо ускорят обороты вентиляторов, что заметно увеличит звуковой фон, который, к слову, несколько приятней у последнего. Вентилятор GeForce 7900 GTX сохраняет "спокойствие" практически во всех случаях, что делает данный продукт наиболее комфортным в эксплуатации.

Карты класса High-End

ATI Radeon X1900 XT
ATI Radeon X1900 GT
ATI Radeon X1800 XT
Nvidia GeForce 7900 GT

Класс high-end видеокарт представляет сегодня довольно разномастный набор продуктов, цены на которые де-факто варьируются от $250 до $350 или даже $400, в зависимости от производителя и комплекта поставки. Вовсе не обязательно, что продукт, стоящий дороже – быстрее, а тот, что стоит дешевле – менее подготовлен к играм будущего. Поскольку производительность данных карт находится на примерно одном уровне, что делает выбор довольно затруднительным.


Среди карт высокого ценового диапазона выделяются Radeon X1900 XT и Radeon X1900 GT, которые, будучи нацеленными на дорогие компьютеры, поставляются с двухслотовой системой охлаждения, тогда как Radeon X1900 GT и GeForce 7900 GT удовлетворяются менее габаритными кулерами. В отличие от большинства карт ATI Radeon X1900/X1800, большинство плат GeForce 7900 GT не обладают поддержкой видеозахвата, что, впрочем, не является серьезной проблемой в дни цифровых видеокамер. Отметим, что все вышеперечисленные видеоадаптеры поддерживают dual-link DVI.

Уровень энергопотребления

Будучи крайне экономичным решением, Nvidia GeForce 7900 GT оказался крайне менее требователен к количеству энергии, нежели продукты ATI Radeon. Причем, в случае с Radeon X1900 XT, который соответствует по производительности GeForce 7900 GTX, энергопотребление против 7900 GT выше в более, чем в 2 раза. Хотя Radeon X1900 GT и является относительно экономичным решением, по сравнению с GeForce 7900 GT он, всё же, сильно прожорлив.

Уровень производимого шума


Как уже неоднократно отмечалось, компания Nvidia выбрала довольно неудачную систему охлаждения для GeForce 7900 GT. Вследствие этого, она является практически самой громкой среди графических карт высокого уровня, поскольку не умеет регулировать обороты вентилятора в зависимости от температуры GPU, а значит, её "звуковое сопровождение" достаточно ощутимо в любое время, пока ПК находится во включенном состоянии.

Использующие одинаковые системы охлаждения Radeon X1900 XT и Radeon X1800 XT производят одинаковое количество шума в 45 дБА, который чуть превышает уровень, создаваемый Radeon X1900 GT. Отметим, что на рынке присутствуют Radeon X1900 GT, Radeon X1800 XL и Radeon X1800 GTO с разными системами охлаждения, а потому, их шумность может варьироваться.

Карты класса Performance-Mainstream

ATI Radeon X1800 XL
ATI Radeon X1800 GTO
Nvidia GeForce 7600 GT

GeForce 7600/7900 заставил ATI довольно серьезно пересмотреть свою линейку продуктов, представив на суд публики Radeon X1900 GT и Radeon X1800 GTO, построенных на базе high-end графических процессоров компании. Как следствие этого, конкурент GeForce 7600 GT от ATI представляет собой довольно массивную карту с довольно высоким энергопотреблением и соответствующими требованиями к шасси и питанию.


Как GeForce 7600 GT, так и Radeon X1800 GTO/X1800 XL, поддерживают dual-link DVI выходы (GeForce 7600 GT – только один dual-link DVI), следовательно, владельцы больших мониторов не останутся в обиде.

Уровень энергопотребления

Измерение энергопотребления графических карт не принесло никаких сюрпризов: решение Nvidia является куда более экономичным, благо, что содержит в себе лишь 177 миллионов транзисторов, тогда как Radeon X1800 GTO – 320 миллионов, пусть и часть из них отключены. Следует, однако, понимать, что потребление в районе 50Вт отнюдь не является высоким в наши дни, а потому, существенной проблемой Radeon X1800 GTO стоит признавать её габариты, вызванные использованием 256-битной шиной памяти, которая, впрочем, обеспечивает куда более высокую производительность в режимах со сглаживанием.

Уровень производимого шума


В отличие от GeForce 7900 GT, модель 7600 GT обладает вентилятором, который в состоянии регулировать свои обороты в зависимости от нагрузки, что благоприятно сказывается на комфорте от её эксплуатации.

Впрочем, стоит лишь чипу GeForce 7600 GT нагреться до определенных температур, как система охлаждения увеличивает скорость вентилятора, опережая по уровню шума всех конкурентов и даже GeForce 7900 GT.

Отметим, что системы охлаждения Radeon X1800 XL, Radeon X1800 GTO и Radeon X1900 GT взаимозаменяемы и их существуют два вида:

Первый – с турбиной малого диаметра, которая характеризуется довольно высоким уровнем шума при увеличении оборотов;
Второй – с турбиной диаметром поболее, которая характеризуется меньшей скоростью оборотов, а значит, и меньшим уровнем шума.

Есть вероятность, что в разных партиях от одного производителя на одинаковые карту будут устанавливаться разные кулера, потому, покупателю, желающему выбрать продукт, производящий меньше шума, есть смысл либо смотреть непосредственно на карту перед покупкой, либо заменять систему охлаждения самостоятельно.

Карты класса Mainstream

ATI Radeon X1600 XT
ATI Radeon X1600 Pro
Nvidia GeForce 7600 GS*
Nvidia GeForce 6600 GT

Ценовая ниша от $99 до $199 стала в последние годы очень лакомым кусочком для разработчиков графических адаптеров, согласно оценкам компании Nvidia, этот рынок рос довольно быстро в последние года. Как следствие этого, а также относительной несложности производства подобных продуктов, на рынке присутствует великое множество моделей на базе таких GPU, как, Radeon X1600 XT, Radeon X1600 Pro, GeForce 7600 GS и GeForce 6600 GT. Каждый из таких продуктов обладает своим набором физических характеристик, вроде громкости системы охлаждения и т.п., а потому, к приведенным ниже данным следует относиться с известной осторожностью, поскольку они отражают эталонные дизайны производителей.


Отметим, что GeForce 6600 GT хотя и стоит на уровне остальных продуктов, он не обладает поддержкой dual-link DVI, которая необходима большим мониторам. Таким образом, если графическая карта покупается не для игр, а для работы в разрешениях 1920x1200 и выше, есть смысл обратить внимание на видеоадаптеры, сердцем которых являются GeForce 7 или Radeon X1000.

Уровень энергопотребления

Для измерения энергопотребления GeForce 7600 GS нам пришлось задействовать видеокарту GeForce 7600 GT со сниженными частотами, по этой причине имеется вероятность, что "реальная" GeForce 7600 GS обладает чуть меньшим энергопотреблением.

Выполненный по 110нм техпроцессу, GeForce 6600 GT потребляет 47 Ватт, что фактически соответствует энергопотреблению продукта Radeon X1800 GTO, а потому, является самым требовательным к питанию устройством класса mainstream. GeForce 7600 GS, выполненный по 90нм производственном процессу может похвастаться самым низким энергопотреблением – 27Вт. Продукты Radeon X1600, потребляющие несколько больше конкурента, как ни парадоксально, потребляют одинаковое количество энергии. Хотя Radeon X1600 Pro и работает на пониженных по сравнению с Radeon X1600 XT тактовых частотах, он использует GDDR2, известной своей прожорливостью, а также аналогичное напряжение питания, в связи с чем потребляет столько же, сколько и старшая карта в линейке.

Уровень производимого шума


Поскольку большинство GeForce 7600 GS на рынке поставляются с пассивной системой охлаждения, можно однозначно признать данную карту наиболее тихой из представленных. Что касается non-qualification сэмпла Radeon X1600 XT от ATI, то он является самой громкой видеокартой из сравниваемых, поскольку его система охлаждения всегда работает на максимальных оборотах. Как мы видим на примере Sapphire Radeon X1600 Pro, система охлаждения подобных карт в нормальных условиях отличается тишиной: хотя платы и умеют регулировать обороты вентилятора, в реальности эта особенность не востребована. В связи с этим, а также причине, что ряд производителей поставляет Radeon X1600 Pro/XT с пассивным охлаждением, данный тип устройств можно также отнести к разряду очень тихих решений.

Карты класса Entry-Level

ATI Radeon X1300 Pro
Nvidia GeForce 7300 GS
S3 Graphics Chrome S27

Карты из нижнего ценового диапазона, также как и в случае со средним, производятся согласно дизайнам самих производителей, которые стараются уменьшить стоимость производства, а также соответствовать требованиям своих клиентов, которые зачастую выдают желаемый список возможностей поставщикам графических карт. По этой причине, физические характеристики продуктов могут варьироваться.


В нашем случае мы использовали карты производства самих ATI и S3 для продуктов Radeon X1300 Pro и S3 Graphics Chrome S27, в то время как Nvidia GeForce 7300 GS представляло изделие с пассивным охлаждением от Gigabyte. Отметим, что ни GeForce 7300 GS, ни Chrome S3 не поддерживают dual-link DVI на уровне чипов.

Уровень энергопотребления

Если раньше 23 ватта S3 Graphics Chrome S27 вызывали настоящее восхищение, то сейчас мы должны короновать нового короля экономичности: Nvidia GeForce 7300 GS, который, хоть и путём крайне низкой производительности и 64-битной шины памяти, является наименее прожорливой графической картой из тех, что мы имели возможность протестировать!

Уровень производимого шума


Очевидно, что графическая карта GeForce 7300 GS с пассивным охлаждением не может производить каких-либо звуков. Мы не стали отдельно измерять уровень шума, создаваемого non-qualification сэмплом графической карты Radeon X1300 Pro от ATI, поскольку уровень шума будет аналогичен Radeon X1600 Pro, однако, большинство подобных графических карт на рынке поставляются с пассивным охлаждением. Что касается Chrome S27, то можно лишь отметить уровень шума конкретной референскной карты: 45дБА, цифру, которая мало что отражает в виду отсутствия продуктов на рынке.

Выводы

Энергопотребление

За прошедшие полгода со времени нашего последнего исследования энергопотребления видеокарт Nvidia успела выпустить серию продуктов, которая окончательно закрепила за компанией лидерство как создателя настольных GPU с низким энергопотреблением вообще, так и разработчика графических процессоров, обладающих наиболее привлекательным соотношением производительности-на-ватт (если, конечно, не думать про подобное соотношение у quad SLI ;)).

Если противопоставлять конкурирующие по производительности графические карты на базе ATI Radeon и Nvidia GeForce, то фактически, во всех случаях продукт на базе последнего будет потреблять меньше энергии, чем соперничающий с ним ATI Radeon. Если же стоит задача приобрести наименее требовательную графическую карту, обладающую современными графическими возможностями, то следует отдать должное: 16 ватт у GeForce 7300 GS – выдающийся результат.

Разумеется, стремиться купить графическую карту с низким потреблением энергии целесообразно для случаев, когда речь идёт о дорогих графических картах, поскольку зачастую модернизация видеоподсистемы до уровня GeForce 7900 или Radeon X1900/X1800 может повлечь за собой и покупку нового блока питания, инвестиции в который изначально не предполагались. В типичном случае с картами среднего и низкого ценового диапазонов энергопотребление уже не играет существенного значения, поскольку подобные видеоадаптеры весьма экономичны и для успешной эксплуатации любого из них хватит качественного 250Вт – 300Вт блока питания.

Исключения из этих правил составляют системы, где во главу угла ставится тишина, например, для случая home theater personal computer (HTPC), а также не очень качественно сбалансированные компьютеры от крупных производителей, устанавливающих прожорливые двуядерные микропроцессоры в маленькие корпуса и вынужденные устанавливать остальные компоненты с максимально низким энергопотреблением.

Уровень шума

Если с энергопотреблением всё довольно однозначно, то удачность конструкций систем охлаждения у компании Nvidia оставляет желать лучшего в целом ряде случаев.

Что касается уровня шума, то стоит сказать, что наиболее привлекательным решением из дорогих карт является GeForce 7900 GTX, которая, будучи очень тихой, фактически не повышает своих оборотов ни в каких случаях. Менее привлекательными являются Radeon X1800/X1900 и GeForce 7950 GX2, которые разгоняют свои турбины весьма и весьма ощутимо в процессе эксплуатации в 3D режимах. Впрочем, если принять во внимание, что компьютеры "хардкорных" игроков не работают 24/7, а эксплуатируются исключительно для игр по два-три часа в день, то уровень шума явно не следует ставить на первое место.

GeForce 7900 GT, оснащенная кулером разработки Nvidia, на сегодняшний день является наименее удачной с точки зрения комфорта эксплуатации видеокартой. Несмотря на то, что её энергопотребление серьезно меньше Radeon X1900 GT, последний несколько тише, особенно в случае работы в Windows. Если сравнивать шумность типичного вентилятора GeForce 7600 GT и его основного соперника – Radeon X1800 GTO – то последний явно тише.

Что касается карт среднего и низкого ценового диапазона, то существенную роль в каждом случае играет желание производителя установить тихую пассивную систему охлаждения, или же поставить нечто громкое, но крайне дешевое. По этой причине, мы воздержимся от конкретных рекомендаций в данном случае.