Модификация и экстремальный разгон: NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra против ATI RADEON 9800 Pro

Первая часть: MSI NBOX (NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra)
Вторая часть: PowerColor R98-C3 (ATI RADEON 9800 Pro)
Третья часть: Тестовая система, экстремальный разгон, тестирование, заключение.

Введение

Ни для кого из заинтересованных людей не является секретом, что чипы R360 и NV38 от ATI и NVIDIA являются не более чем "разогнанными" версиями своих предшественников, NV35 (NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra) и R350 (ATI RADEON 9800 Pro). Причем, если в случае с NVIDIA "официальному разгону" подвергся относительно недавно выпущенный чип, то компания ATI до сих пор, по сути, лишь планомерно увеличивает частоты старого доброго R300.
В сегодняшнем обзоре я решил подготовиться к выходу NV38 и R360, сравнить, каким разгонным потенциалом могут похвастатья NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra и ATI RADEON 9800 Pro, и выжать из них "все соки", взяв на вооружение известный способ - повышение напряжения питания графического процессора и видеопамяти.

В качестве подопытных плат выступила видеокарта от MSI на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, входящая в комплект NBOX, и плата PowerColor R38-C3, основанная на ATI RADEON 9800 Pro.

MSI NBOX: "Ultra" - во всём!

Видеокарту на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra в сегодняшнем обзоре представляет MSI со своим роскошным комплектом NBOX.
NBOX оформлен стильно и подчеркнуто лаконично - никаких красавиц или чудовищ, терминаторов и прочей "хайтековской" мишуры на коробке Вы не найдете:



Под картонной оболочкой скрывается еще более лаконичная упаковка - чёрный ящик. О том, что находится внутри, можно догадаться лишь по логотипу NBOX на верхней крышке:



Под крышкой - видеокарта, уложенная в форму из толстого слоя микропористой резины. Видеокарта держится в нем очень плотно, но вынимается спокойно даже двумя пальцами - для этого форма имеет специальные вырезы:



Всё остальное находится в нижнем отсеке коробки. Для того, чтобы добраться до него, нужно поднять отсек с видеокартой - слева на фото видна лямка, сделанная специально для этого. При подъеме отсека с платой слышен характерный звук - это разъединяется "липучка", придерживавшая его в закрытом положениии для пущей надежности.
Итак, что в комплекте поставки? Сейчас посмотрим:



Первое, что бросается в глаза - к видеокарте прилагается оптическая USB-мышь с логотипом MSI и коврик с символикой Command&Conquer Generals:



Скажу сразу: мышь от MSI с алюминиевыми клавишами и голубой подсветкой колеса выглядит, конечно, стильно, но использовать её по предполагаемому назначению, то есть, в играх, скорее всего, не будут - она не так удобна, как специально предназначенные для этого орудия, придирчиво отобранные геймерами специально для себя. Зато к коврику не придраться - тонкий, удобный, со специальным покрытием, предотвращающим скольжение по столу - в общем, то, что надо.
Двигаемся дальше. Дальше - диски с драйверами и утилитами от MSI и тремя полноценными игровыми хитами: Unreal 2, Battlefield 1942 и Command&Conquer Generals, каждый из которых сопровождается бумажным "курсом молодого бойца":



Наконец, комплект поставки включает в себя набор кабелей и переходников: кабель S-Video, переходник с комбинированного разъема видеовхода-видеовыхода на 2 разъема RCA и 2 S-Video, переходник DVI->D-Sub и кабель для подключения дополнительного питания:




А теперь стоит рассказать подробнее о самой видеокарте от MSI. Основу NBOX составляет стандартная модель FX5900U-VTD256 на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra:



Кулер, расположенный на лицевой стороне платы, накрывает сразу и графическое ядро, и микросхемы видеопамяти. Воздух, засасываемый вентилятором, расходится во все стороны вдоль ребер радиатора - они расположены радиально. Для улучшения теплового контакта между радиатором и охлаждаемыми чипами используется термопаста:



Для таких "монолитных" кулеров, накрывающих сразу и графическое ядро, и видеопамять, трудно обеспечить хороший контакт со всеми охлаждаемыми чипами, однако на нашей видеокарте прилегание кулера на лицевой стороне ко всем чипам было почти идеальным.

Кулер, расположенный на обратной стороне платы, состоит из двух частей: одна призвана отводить тепло от чипов видеопамяти, а вторая - от поверхности платы под графическим процессором. Контакт с поверхностью платы осуществляется через толстую упругую теплопроводящую прокладку:



Я сомневаюсь в том, что этот кулер вносит большой вклад в охлаждение графического процессора. Однако, он хорош уже тем, что производит поток воздуха, обдувающий ребра радиатора, установленного на чипах видеопамяти:



От обдува этого радиатора было бы больше пользы, если бы он не просто прижимался к микросхемам видеопамяти, а имел хотя бы небольшое количество термопасты в местах контакта с чипами.
Впрочем, это придирки: на стандартных частотах плата работает устойчиво, а для разгона можно и подложить термопасты :).

И последний момент, касающийся системы охлаждения: все радиаторы на видеокарте только выглядят так, как будто они сделаны из меди. На самом деле они выполнены из алюминиевого сплава - на небольшом надрезе, который я сделал обычным ножом для резки бумаги, виден металл другого цвета:



Видеокарта оборудована стандартными разъемами D-Sub, DVI-I и комбинированным разъемом видеовхода-видеовыхода:



На противоположной стороне платы, как и у всех видеокарт на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, находится разъем для подключения дополнительного питания:



Основа платы - графический процессор NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra и 256 МБ видеопамяти в микросхемах от Hynix c временем цикла 2.2 нс:



Тактовые частоты в 3D-режиме по умолчанию равны стандартным 450 МГц у графического ядра и 850 (425 DDR) МГц у видеопамяти.

Формирование телевизионного сигнала для видеовыхода обеспечивает встроенный блок графического процессора, а декодирование - популярный чип SAA7108 от Philips. Передачу цифрового сигнала на разъем DVI обеспечивает чип Sil164CT64 от Silicon Image:




Итак, модель FX5900U-VTD256 от MSI, входящая в состав NBOX - добротная видеокарта на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, выполненная по референс-дизайну. Среди других плат её выделяет необычный внешний вид, качественная система охлаждения и очень низкий уровень шума - её кулеров на фоне остальных шумов системы практически не слышно.
О комплекте поставки NBOX от MSI я могу сказать только одно: именно таким образом и должны быть укомплектованы и оформлены "топовые" игровые видеокарты. Отдавая несколько сотен долларов за видеокарту, хочется иметь больше, чем стандартный набор из платы, пары кабелей и компакт-диска с драйверами, упакованный в аляповатую картонку, не так ли?

Под конец первичного знакомства с NBOX мне осталось только упомянуть о разгонном потенциале платы. Максимальные частоты, на которых плата FX5900U-VTD256 заработала устойчиво, составили 570 МГц у графического процессора и 950 (475 DDR) МГц у видеопамяти.
Результат неплохой, но и не слишком впечатляющий. Но это только начало!.. :)

Особенности стабилизатора питания графического процессора

Стабилизатор питания графического процессора на плате выполнен на базе микросхемы ISL6569 от Intersil. Чип ISL6569 представляет собой "высокоинтеллектуальный" широтно-импульсный контроллер для двухфазного импульсного стабилизатора питания с защитой от повышения напряжения и тока в нагрузке, "мягким включением", балансировкой токов в каналах, температурной стабильностью выходного напряжения <1% и т.д., и т.п., и, согласно документации, рекомендуется для использования в стабилизаторах питания для процессров AMD Hammer.
Что ж, двухфазные стабилизаторы питания на игровых видеокартах я встречаю впервые - обычно они применяются на материнских платах в стабилизаторах питания мощных процессоров. Похоже, чип NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, действительно, имеет настолько высокое потребление и требования к стабильности напряжения питания, что отныне двухфазные стабилизаторы питания появились и на видеокартах. Впрочем, это - еще не самое интересное...
Выходное напряжение стабилизатора задается подачей двоичного кода на входы ЦАП микросхемы:



Задание выходного напряжения двоичным кодом - далеко уже не новшество, но отличительной особенностью ISL6569 является возможность изменения выходного напряжения прямо "на лету" - при изменении входных данных контроллер плавно повышает или понижает выходное напряжение стабилизатора до нового уровня, заданного новым кодом.
Очевидно, что такой "умный" стабилизатор с изменяемым выходным напряжением установлен на плату неспроста. Наблюдая за напряжением питания графического процессора, я нашел подтверждение своим догадкам. Оказалось, что напряжение питания NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra в различных режимах действительно изменяется:

На этапе загрузки компьютера, до тех пор, пока не загрузилась графическая оболочка Windows XP и драйвер видеокарты, напряжение питания равно 1.1В.
Сразу после загрузки драйвера напряжение питания ядра поднимается до 1.2В. Оно остается неизменным в любых 2D-приложениях.
При старте любого 3D-приложения напряжение поднимается еще выше, до 1.4В и опускается до 1.2В только при переходе обратно в 2D-режим.

Итак, инженеры NVIDIA наделили видеокарты на базе GeForce FX 5900 Ultra и драйверы Detonator возможностью управления напряжением питания графического процессора.

Если вспомнить, что частоты ядра и видеопамяти в 3D-режиме повышаются относительно частот в 2D, то возникает вопрос: а для чего напряжение питания чипа при переходе в 3D-режим поднимается выше? Для того чтобы ядро работало на повышенных частотах более устойчиво?
Маловероятно. Скорее всего, эту ситуацию следует повернуть обратной стороной: в 2D-режиме напряжение питания графического процессора понижается относительно напряжения в 3D-режиме. Заодно понижаются и тактовые частоты. В таком случае вопросов не возникает: это сделано для того, чтобы снизить энергопотребление и тепловыделение платы в то время, когда от нее не требуется демонстрировать чудеса производительности.

Повышение напряжения питания графического ядра

Для того, чтобы повысить напряжение питания графического ядра, как оказалось, было бы достаточно изменить участок кода драйвера, отвечающий за установку напряжения в 3D-режиме, или запрограммировать его самостоятельно. Будем надеяться, что скоро появятся утилиты, позволяющие изменять напряжение питания NVIDIA GeForce FX 5900/5900 Ultra, а сейчас придется искать аппаратный способ - во "внутренностях" драйверов и прочих ассемблерах я на таком уровне не разбираюсь :).

Для стороннего вмешательства стабилизатор питания платы подходит превосходно: микросхема ISL6569 имеет специальный вход OFS, соединенный с источником тока и делителем. При подключении резистора между входом OFS и общим проводом можно поднять выходное напряжение стабилизатора относительно того, что задано двоичным кодом на входе ЦАП:



Величина смещения напряжения при подключении резистора с сопротивлением R будет равна (100мкА*R)/10.
На видеокарте от MSI вывод OFS микросхемы ISL6569 соединен с общим проводом через цепочку резисторов с нулевым сопротивлением, поэтому повысить напряжение очень просто, достаточно лишь заменить одно из звеньев этой цепочки на резистор с нужным сопротивлением. Для удобства я подвел вместо резистора провода:



...к которым в свою очередь припаял обычный переменный резистор с номиналом 33 кОм:



При экстремальном разгоне я остановился на сопротивлении этого резистора около 30 кОм, в результате чего напряжение питания графического процессора в 3D-режиме составило 1.69В, то есть, оно увеличилось на 0.29В.
Не стоит забывать, что величина смещения напряжения не изменяется при любых входных данных на ЦАП ISL6569, поэтому напряжение питания графического ядра повышается во всех режимах. Соответственно, повышается и тепловыделение, а значит, графическому процессору необходимо адекватное охлаждение.

Об охлаждении и достигнутых частотах графического процессора - чуть позже, а сейчас - о моих неудачах с экстремальным разгоном видеопамяти...

Повышение напряжения питания видеопамяти

Разобравшись со стабилизаторами питания микросхем видеопамяти, я сразу приподнял напряжения питания внутренних цепей и буферов ввода вывода (VDD и VDDQ) на 0.2В и решил проверить, насколько повысился разгонный потенциал микросхем видеопамяти.
Результаты экспериментов меня огорчили: максимальная частота видеопамяти, на которой плата работала устойчиво, после повышения напряжения питания осталась прежней: 950 (475DDR) МГц.
Повысив напряжения питания еще на 0.2В, я снова начал экспериментировать с разгоном памяти. Результат вновь остался прежним: 950 МГц.
Я стал повышать напряжения еще выше, потом, наоборот, понижать относительно номинала, потом варьировать VDD и VDDQ раздельно, изменяя соотношение напряжений, потом экспериментировать с термокамерой и минусовыми температурами, но максимальная частота видеопамяти при разгоне оставалась неизменной - 950 МГц.

В конце концов я сдался и отказался от повышения напряжения питания видеопамяти. Видимо, 950 МГц - предел для референс-дизайна NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra и микросхем видеопамяти от Hynix.

Итак, пора приступать к тестам. Плата готова:



... и осталось лишь поменять систему охлаждения графического ядра и микросхем видеопамяти.

Доработка системы охлаждения

Графический процессор NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra имеет металлическую крышку. Эта крышка, накрывающая кристалл, сделана из меди, и помимо основной задачи - защиты ядра от сколов - распределяет тепло по поверхности контакта с радиатором. Однако, для достижения максимального результата при разгоне лучше избавиться от любых "посредников" при передаче тепла от чипа к радиатору. Поэтому я снял крышку с графического процессора:



Эта операция была проделана с помощью острого ножа для резки бумаги. Тем, кто, наплевав на гарантию, решится на такой эксперимент, настоятельно рекомендую делать это максимально осторожно - в многослойной подложке чипа находятся "нежные" токоведущие дорожки, которые очень легко повредить одним неосторожным движением.
Итак, графический процессор NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra "без галстука":



Белая термопаста на фотографии - КТП-8, которую я использовал для улучшения теплового контакта между кристаллом и ватерблоком системы охлаждения.
Для отвода тепла от графического процессора я использовал систему водяного охлаждения Thermaltake Aquarius II в стандартной комплектации. Из-за установки ватерблока пришлось отказаться от стандартного кулера, накрывающего сразу графический процессор и микросхемы видеопамяти. На них я установил радиаторы от платы на базе NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, выполненной по референс-дизайну.
В сборе тестовая система с видеокартой от MSI стала выглядеть так:



Для увеличения разгонного потенциала видеокарты система была помещена в термокамеру, поддерживающую температуру -15 градусов Цельсия, где и были проведены все тесты:



Итак, видеокарта от MSI, основанная на NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra, к испытаниям готова. Пора подготовить ей достойного конкурента на базе ATI RADEON 9800 PRO.



Первая часть: MSI NBOX (NVIDIA GeForce FX 5900 Ultra)
Вторая часть: PowerColor R98-C3 (ATI RADEON 9800 Pro)
Третья часть: Тестовая система, экстремальный разгон, тестирование, заключение.