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Total Board Power (TBP) vs. real power consumption and the inadequacy of software tools vs. real measurements

Unfortunately, the case is completely different for AMD, so I have to elaborate a bit more. AMD only allows the evaluation of the so-called TGP (Total Graphics Power) via software. This value is the sum of GPU (VDDC_GFX), memory (MVDD), memory controller (VDDCI) and SoC (VDD_SOC). The memory controller is a bit tricky with AMD. AMD still had two sources on the Radeon VII, namely VDDRC for the HBM and VDDCI, and only MVDD and VDDCI on the Vega cards and Navi. VDDCI, by the way, is plenty special, but not a big item performance-wise, although important.

AMD uses this voltage for the GPU-internal level transition between the GPU and the memory signal, so it is something like the voltage between the memory and the GPU core on the I/O bus. And where does the memory controller hang on AMD then? On both! The controller gets the supply from both sources, which cannot be separated cleanly in this case. However, since the memory controller is considered part of the GPU, its inclusion in the TGP is only logical.

The scheme for the TGP-relevant areas shows that apart from the GPU and the memory, NOTHING else is really included. AMD’s specifications thus refer purely to the GPU and the memory, EXCLUDING all other losses, including those of the voltage converters! This is also reflected in the fact that the power consumption of hot AMD graphics cards can increase significantly without the performance dropping completely.

DCR – AMD’s replacement solution for true monitoring of rails

Since there are no shunts and monitoring chips on the AMD cards, the firmware has to get the data differently. For this, one uses data that all graphics cards have. Thus, one simply uses the values of the currents as a substitute, which all relevant voltage transformers supply anyway. This is done at the output of the phases, that is AFTER all the losses that occur. In order to ensure the balance of the phases and to be able to control the individual control loops, a special procedure is required. The buzzword is DCR (Direct Current Resistance). And now we also understand that this only locally collected data is incomplete, because it doesn’t even include the fans, let alone the other installed electronic consumers and board losses.

But how does that DCR work? Each component has very specific characteristics in this respect and to cut a long story short: The DCR is the basis for calculating or measuring temperatures and currents. But how exactly does the controller know which currents are flowing in which control loop? Monitoring can be different, because – what a surprise – there are different methods for it. So I often read something about Smart Power Stages (SPS) and IMON (power). IMON is, after all, exactly what the so-called MOSFET DCR delivers and what we so desperately need!

8 + 2 phase design with smart power stages

The picture above shows the typical layout with the intelligent PLCs that provide the value for the current for each individual control loop with IMON, which is so urgently needed for perfect balancing, i.e. the balance between the phases. How the PLC determine this value? The drain currents of the MOSFETS are measured in real time and these values are also extremely accurate (5 μA/A signal in the example above). Meanwhile, the more powerful AMD and especially NVIDIA cards use the MOSFET DCR.

This very cost-intensive solution replaces the much less expensive Inductor DCR, i.e. a current measurement via the inductive resistance of the respective filter coils in the output range. AMD and Nvidia, for example, use such a solution for inexpensive cards (symbol image below), where the current flow is a bit more leisurely. However, the accuracy of this solution is significantly lower and is also strongly influenced by variations in component quality. Too large tolerances can therefore quickly tip the entire balance!

Discrete circuit with 2x low-side + 1x high-side single MOSFETs

The quality of the coils is always a story in itself and it also explains why there are always problems and inaccuracies. AMD has relied on this Inductor DCR for years, but it is no more than a rough estimate and becomes increasingly inaccurate especially at higher temperatures. Only the Radeon VII uses (therefore all the more expensive) PLCs from International Rectifier and thus also fully MOSFET DCR for the important voltage control circuits for the first time. Although all this is only indirectly related to the voltage transformer losses, it helps the controller to optimally control and monitor the phases. This helps to avoid or reduce overloads and hotspots, and in the end, of course, efficiency benefits as well. And, of course, the monitoring software is also pleased because the TGP can be recorded more accurately.

Reading via software is impossible and not plausible

The TGP is sometimes even more than 100 watts below the actual total power consumption of such a card in large graphics cards! Unfortunately, anyone who then takes this from the software at face value is deceiving themselves. Often without even knowing it. And when you read the discussions in the forums about how efficient the respective Radeon is, then I know why I wrote today’s article. I won’t owe you the proof for much longer, once more you have to scroll.

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RX480

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Wow,
Soviel mehr hätte ich jetzt net erwartet.

Ansonsten mal schön zu sehen, wieviel mehr Watt die heisse Graka ggü. der Kalten verbraucht.
Da lohnt es sich bestimmt ab nem Punkt X gar net mehr so richtig, noch mehr W drauf zu braten.
(mal abgesehen davon, das ne Air6900 bei 95°C - Hotspot oder gar niedriger schon langsamer wird, dito NV
auch bei einigen Grakas den GPU-takt runterstept; ... sofern net vorher der Vram schon zu heiss war)

Außerdem gut, das die 3,3V mit erwähnt wurden, was manche Reviewer gerne unterschlagen.

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Igor Wallossek

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10,178 Kommentare 18,761 Likes

Hund-Schwanz-Prinzip. Richtig.

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RX480

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1,861 Kommentare 853 Likes

Das beste Bsp. Hierzu war bisher hier das Review zum UVen bei der 6800 von Gurdi. (oder das 300W-Review zur Ti letztens)
Ohne großen Leistungsverlust (fps) wurden 40W asic bzw. 20% bei der 6800 gespart!
(da war bestimmt das "kalt" halten sinnvoll)

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Falcon

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112 Kommentare 116 Likes

Solange ich noch am Durchtesten des Systems bin hab ich immer nen einfaches Energiemeßgerät an der Kiste hängen.

Schon erstaunlich wieviel W man mit ein bisschen Undervolten und Übertakten ohne Leistungsverlust an Grafikkarten so Einsparen kann.

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xlOrDsNaKex

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33 Kommentare 29 Likes

Danke dir Igor für die immer wieder sehr interessanten, tiefergehenden und sehr technischen Artikel. Schön zu sehen das du nicht einfach immer nur "nachplapperst" sondern den Sachen tatsächlich auf den Grund gehst und auch mal den Finger in die Wunde legst, wenn es sein muss!

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Göran

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154 Kommentare 63 Likes

Super Beitrag, auch für elektrotechnische Laien eine plausible Erklärung, Danke dafür Igor !

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grimm

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3,081 Kommentare 2,035 Likes

Der Aufbau sieht extrem aufwändig aus - Danke für den ausführlichen Test!

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Casi030

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11,923 Kommentare 2,337 Likes

Du hast aber nicht zufälligerweise Screens von HWINFO64 gemacht von NVIDIA und AMD um die Daten mal zu vergleichen?
Was Ich z.b. nicht verstehe ist wenn ich im AMD Treiber PPT 300Watt einstelle,dann zieht die GPU um 225Watt und der Rest zieht 75Watt damit es die 300Watt sind.Was verbaucht jetzt noch mal rund 30% mehr?

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Martin Gut

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Endlich verstehe ich, wie unterschiedlich die Hersteller die Leistungsaufnahme messen. Da ich noch keine AMD-Grafikkarte hatte, habe ich mich noch nicht so genau damit befasst.

Um die GPU immer mit einer bestimmten Leistung laufen zu lassen, macht die Messung von AMD natürlich Sinn. Für die Überwachung der Spannungswandler und der ganzen Leistungsaufnahme bringt das natürlich wenig.

Nun übertakte ich meine Nvidia-Grafikkarte, indem ich die Lüfter über das Mainboard versorge. Dann bekommt die GPU schon ein paar Watt mehr. Interessante Denkweise. 😉

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Igor Wallossek

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Du hast den Artikel nicht gelesen. Bei AMD stellst Du NIEMALS die gesamte Karte ein. Und wenn Du 300 Watt fürs Power Target vorgibst, dann müssen die gar nicht reale 300 Watt TGP am Stecker sein, weil Du im Wattman die TDC ja nicht mit anheben kannst und die Spannungsbegrenzung für eine Leistungsbegrenzung sorgt. Das ist schon etwas komplexer und AMD ist alles außer Chip und Speicher schnurzegal.

HWinfo liest NVIDIA auch richtig aus, nur AMD ist halt komplett beschnitten, weil das nur ein paar DCR-Werte sind. Da kann HWInfo nichts dafür. Die Werte decken sich mit denen von GPU-Z und dem Afterburner, weil alle die gleiche API nutzen. AMD kann man icht komplett auslesen. Nur hochrechnen, wenn man die Komponenten genau kennt. Über die gemessenen Temps und die Datenblattkurven der SPS kommt man schon recht ordentlich voran, wenn man die restlichen Verluste noch mit ausrechnen kann. Ich kann das, aber der Normalanwender nicht. Der muss dann grob schätzen, was fast immer schief geht.

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Gurdi

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Schöner Artikel, bei AMD brauch man schon ein digitales Netzteil um valide Werte zu berechnen von der TBP. Die Karten unterscheiden sich da teils gravierend. Meine 6800XT LC brauch schon 40-50 Watt extra trotz sehr guter Kühlung, die 6800 dagegen ist deutlich genügsamer mit 20-30Watt.

@Igor Wallossek Wie misst eine NV Karte den PEG? Sitzen da auch nochmal Shunts?

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Igor Wallossek

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10,178 Kommentare 18,761 Likes

Ja, das steht sogar im Artikel. Schau mal aufs Schema, den Bereich habe ich sogar eingezeichnet und beschrieben. Current Sense :)
Bei der abgebildeten Karte ist der Shunt auf der Rückseite.

Digitale Netzeile sind aber auch nur Schätzeisen, denn die Auflösung ist wirklich mies. Dann lieber das Teil von Elmor. Allen gemeinsam ist aber, dass man die 3.3 Volt nicht bekommt. :D

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Gurdi

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Die 3,3V kann ich ohne Probleme messen am Netzteil. Das Digifanless ist dabei auch recht genau, hast du sogar selbst gesagt (und hast es auch selbst verwendet wenn ich mich recht erinnere)

View image at the forums

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Deridex

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Ich finde diese Werte bis auf 3 Stellen hinterm Komma immer wieder amüsant. Ich wäre sehr überascht, wenn so ein Netzteil das tatsächlich so genau messen kann, dass die 3te Stelle hinterm Komma noch ernsthaft aussagekräftig ist.

Ich lasse mich da gerne natürlich gerne positiv überraschen, bin da ber trotzdem eher pessimistisch.

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F
Furda

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@ Herr Wallossek
Schöner und sehr interessanter Artikel, vielen Dank. Fühle mich etwas in die 90er versetzt, als ich noch in der Elektrotechnik tätig war.

Bezgl. GPU Spannungen in Tools auslesen, bei Ampere z.B. soll es die Möglichkeit geben, die 'echte' NVVDD auszulesen, also die real anliegende Spannung der GPU, welche nicht mit der 'gewünschten' GPU Spannung (der Takt-Spannung-Kurve) übereinstimmen muss, welche die gängigen Tools anzeigen. Diese 'echte' NVVDD habe ich bisher nur in Ampere Tools gesehen. Ist für mich mittlerweile bei OC/UV ein wichtiger Punkt, genau wie GPU Clock vs. GPU Effective Clock, der einem etwas mehr darüber erzählen möchte/könnte, in welchen Betriebszuständen (Spannung vs. Clock) sich die GPU wohler fühlt, als in anderen Bereichen (Stichwort Sweet Spot(s)). Gibt es dazu Informationen, über welche Sie reden dürfen?

@ Martin G
Ja genau, der PWM Wert für die Lüfterdrehzahl wird von der GPU auch ausgegeben, wenn kein Lüfter angeschlossen ist. Diesen Wert kann man dann per Software (z.B. FanControl) auf Lüfter kopieren resp. synchronisieren, welche anderswo (z.B. am Mainboard) angeschlossen sind. Wenn man es Software-unabhängig machen möchte, kann man ein Spezial-Kabel machen und das originale PWM Signal Hardware-seitig vom GPU Fan Stecker abzapfen, Energieversorgung über das Mainboard.

@ Deridex
Dito, habe deshalb alle Nachkommastellen in HWInfo ausgeschaltet, ausser dort, wo sie wirklich im relevanten Wertebereich liegen. Gibt zudem ein aufgeräumteres, weniger 'nervöses' Monitoring.

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Martin Gut

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7,756 Kommentare 3,561 Likes

Ich habe meine Lüfterregelung auf der Grundlage von Openhardwaremonitor selbst programmiert. Damit kann ich CPU- und GPU-Temperatur auslesen und die Lüfter so regeln, wie ich es haben möchte. Die Grafikkartenlüfter habe ich durch einen 14 cm-Silentlüfter ersetzt. Die Grafikkarte hat die Lüfter immer pulsierend laufen gelassen, was echt nervig war. Dazu hat der CPU-Lüfter bei jeder kurzen Lastspitze hörbar aufgedreht. Nun habe ich es so geglättet, dass die Lüfter eine etwa Minute brauchen bis sie sich angepasst haben. So lange braucht es so oder so, bis sich die Kühler richtig erwärmt haben und auch die Wärme abgeben können.

Dadurch ist mein PC praktisch lautlos geworden. Es hat einiges gebraucht, bis ich zu der Lösung gekommen bin. Aber es hat mir einfach keine Ruhe gelassen (wörtich gemeint), bis es richtig funktioniert hat.

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O
Oberst

Veteran

335 Kommentare 130 Likes

Naja, wie funktionieren denn die digitalen Netzteile? Ich habe ein etwas älteres Corsair AXi 760, das misst meiner Meinung nach viel Mist. Laut Netzteil braucht mein Rechner (R5 2600, B450 Pro4, 2x8GB Balistix 3200er DDR4, R9 Nano, Kingston A2000 512GB und Crucial P1 1TB) im Leerlauf um die 180W, mehrere Leistungsmessgeräte attestieren um die 50W. Das ist schon ne massive Differenz. Unter Volllast kommen ich etwas über 300W, da stimmt das Netzteil dann auch relativ ordentlich mit den Messgeräten überein.
Oder anders ausgedrückt: Die Netzteile helfen auch nur, wenn sie korrekt messen. ;)
@Igor Wallossek : Wie ist das eigentlich bei den Netzteilen? Da wird vermutlich in der Regel über Shunts gemessen, oder? Sorry für etwas OffTopic, aber irgendwie passt das doch auch halbwegs zum Thema.

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Gurdi

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1,370 Kommentare 900 Likes

Das Digifanless wirft sehr akkurate Messwerte aus, da gibts nichts dran zu bemängeln. Das ersetzt natürlich keine professionelle Messung, aber es ist der einzig gangbare Weg die TBP einer Radeon selbst zu messen und wenn man weiß wie, geht dass auch bis auf 5 Watt genau.

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F
Furda

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663 Kommentare 370 Likes

@ Martin G
Top aktuelles Thema und Garantie für interessante Gespräche, hier aber wohl off-topic...

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About the author

Igor Wallossek

Editor-in-chief and name-giver of igor'sLAB as the content successor of Tom's Hardware Germany, whose license was returned in June 2019 in order to better meet the qualitative demands of web content and challenges of new media such as YouTube with its own channel.

Computer nerd since 1983, audio freak since 1979 and pretty much open to anything with a plug or battery for over 50 years.

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