Grafikkarte gegen Netzteil – Grundlagen, Fehlerursachen und richtige Netzteilbemessung

1 - Grundlagen, Telemetrie und Spannungswandler 2 - Die Lastwechsel und deren Relevanz für das System 3 - Netzteilprobleme und die Folgen 4 - Die richtige Netzteilberechnung

Und die Folgen daraus? Lastspitzen und Einbrüche!

Diese Regelwut mündet in einer extrem schwankenden Leistungsaufnahme, wenn es z.B. um Spiele geht! Konstante Lasten wie z.B. ein Stresstest (Furmark) erzeugen eine eher gleichmäßige Leistungsaufnahme. Betrachten wir zunächst Furmark einmal mit einer hochauflösenden Messung, wo das periodische Abregeln zur Einhaltung der Power-Limits eher in größeren Abständen erfolgt;

Die Leistungsaufnahme passt sich bei Spielen der jeweiligen Situation hingegen sehr genau an. Als Folge erfahren wir nun jede Menge hektische Lastwechsel, wobei jede Überschreitung der Power Limits sofort von einem Einbruch der Leistungsaufnahme durch ein sehr striktes Abregeln gefolgt wird. Das hängt am Ende sogar noch von der Anzahl der gerenderten Frames pro Sekunde ab (aber nicht nur).

Fakt ist, das Nvidia das Problem erkannt hat. Bereits mit der Einführung der Pascal-Architektur hat man die Schaltintervalle ein wenig länger gemacht und vor allem auch die Spannungswechsel ein wenig geglättet. AMD-Karten mit Power Tune schalten im Allgemeinen noch langsamer, aber dafür fallen die Lastwechsel immer noch recht heftig aus. Eine 250-Watt-Karte von AMD kann also ein Netzteil mit etwas Pech eher in die Knie zwingen, als eine aktuelle Turing-Karte. Doch hier verlaufen die Grenzen je nach Boardpartner-Interpretation und Eingangsglättung durchaus fließend. Sapphire hat das ganz gut lösen können:

Lediglich Stresstest gibt es eine längere Hochlast-Phase.

Relevante und weniger relevante Lastspitzen

Erst einmal vorab, um Panik zu vermeiden: Die ganz kurzen Lastspitzen kann man getrost beiseitelegen und man sollte sich wirklich nur über Werte Gedanken machen, die über ein bis zwei Millisekunden liegen. Übrigens nicht nur wegen der möglichen Abschaltung des Netzteils durch einen Schutzmechanismus, sondern auch wegen der Haltbarkeit. Je hektischer so ein Grafikbeschleuniger am Netzteil saugt, umso schneller kommen die Sekundärkondensatoren in den Bereich der Pflegeversicherung. Wer dann am Ende spart, ist falsch beraten.

Wenn dann würde ich mich höchstens am hier vorgestellten “Normal-Peak” orientieren, jedoch eher am maximalen Intervall und hoffen, dass der Hersteller von sich aus Reserven draufgepackt hat. Die kurzzeitige Leitungsaufnahme von aktuellen Grafikkarten liegt zum Teil erheblich höher als die als Durchschnitt angegebenen Werte oder das, was die Chiphersteller als Typical Board Power bezeichnen. Diese Werte sind Durchschnittswerte über einen eher großen Intervall. Je nach Qualität der Sekundärseite eines Netzteils kann die kurzeitige Last (1 bis 10 ms) deutlich höher liegen.

Auf die Sekundärseite des Netzteils, also die Heruntergeregelten Betriebsspannungen (insbesondere die 12-Volt-Schiene), die Kondensatoren und die Schutzschaltungen gehen ich gleich noch im Abschnitt zu den Netzteilen genauer ein. Jetzt reicht es erst einmal zu wissen, dass alles ab 10 ms und länger durchaus relevant sein kann, die kürzeren Spikes sind eher Dinge, die sich recht gut Filtern bzw. bereits am Anschluss der Grafikkarte auch in Teilen bereits etwas glätten lassen.

Apropos Eingangsglättung – meine Untersuchungen seit 2015, auch in Zusammenarbeit mit Netzteil- und Grafikkartenherstellern, haben mittlerweile fast alle Bordpartner dazu bewogen, die jeweiligen 12-Volt-Schienen separat mit wenigstens einer Längsspule zu versehen, um die Spikes etwas zu glätten. Zumal wir mit den Wechseln bereits in den HF-Bereich reichen und so manches Netzteilkabel auch zur Sendeantenne wurde. Man kennt diese Effekte auch vom Onboard-Sound, wo man z.B. Bildschirmaktionen auch hören kann (z.B. Scrollvorgänge).

Doch sei es, wie es sei – diese ganzen Lastwechsel lassen wir, trotz der Längsspulen, immer noch fast ungefiltert auf das arme Netzteil los! Was dort genau passieren kann, kennen wir aus dem Alltag leider nur allzu gut! Genau deshalb müssen wir noch einmal darüber reden!