Grundlagen GPUs: Leistungsaufnahme, Netzteilkonflikte & andere Mythen | 2014 und 2020

1 - Einführung und Projektvorhaben 2 - Grafikkarten und die Tricks mit der Leistungsaufnahme 3 - Leistungsaufnahme-Messung: Benötigte Technik 4 - Leistungsaufnahme-Messung: Praktische Umsetzung 5 - Radeon R9 295X als Netzteil-Killer? Myth busted! 6 - AWG was? Kabelsalat und Gegrilltes vom Chefkoch 7 - Schalten und Walten - Wir schauen ins Netzteil 8 - Bad caps, good caps? Die Mär vom japanischen Drachen. 9 - Zusammenfassung und Fazit

Was passiert eigentlich am Mainboard-Slot?

Fangen wir bescheiden und klein an. Nicht jede Grafikkarte besitzt ja zusätzliche Versorgungsanschlüsse und es gab sogar Zeiten, wo Grafikkarten überhaupt keine benötigten. Je nach Gesamtleistungsaufnahme kann eine Grafikkarte nämlich bis zu einer Obergrenze von 75 Watt auch nur über den Slot des Mainboards versorgt werden. Hier handelt es sich um mehrere Spannungsschienen, nämlich 3,3 und 12 Volt. Ich schrieb ja bereits, dass diese Spannungen über das Mainboard durchgeschleift werden, so dass man diese – da es keine von Mainboard mit beeinflussten Ströme sind – auch bequem am 24-Pin-Anschluss messen kann.

Die anfallenden Ströme auf der 3,3- und 12-Volt-Leitung vom Mainboard messe ich dann wieder – so wie es sich gehört – zwischen Grafikkarte und Mainboard und nutze dafür die beiden herausgeführten Loops der Riser-Karte:

Ein wenig eng, aber die Zange passt noch gerade so dazwischen.

Lastspitzen am Mainboard: Gefährlich oder nicht?

Ich habe im Verlauf der letzten Monate unterschiedliche Hersteller-Lösungen bei der Versorgung der Grafikkarten messen können. Zunächst waren es kleinere Karten wie verschiedene Modelle der GeForce GTX 750 Ti, deren Leistungsaufnahme die 60 Watt im Durchschnitt nicht wirklich überscheiten, aber je nach Modell und Takt sehr gehörige Leistungsspitzen erzeugen können. Dann fällt auch schon mal die 75-Watt-Grenze für Sekundenbruchteile recht deutlich, wie es uns die Grafik anschaulich darstellt:

Ich habe für einzelne Karten stellenweise bis zu 120 Watt gemessen, was deutlich über den Spezifikationen liegt! Da es sich nur um kurzzeitige Spitzen handelt, wird dem Mainboard erst einmal physikalisch nichts passieren, denn die Anschlüsse führen ja direkt zum 24-pin-Anschluss des Netzteils am Mainboard mit mindestens zwei 12-Volt-Zuleitungen.

Was aber durchaus kritisch werden kann, ist die Tatsache, dass es sich am Ende schon um echte Hochfrequenz handelt, die zusammen mit anderen Mainboardkomponenten durchaus Probleme bereiten könnte.

Bei preiswerteren Mainboards “hört” man dann auch schon einmal die Grafikkarte über den Onboard-Sound. Das zirpende Scroll-Geräusch dürfte so ziemlich jedem hinlänglich bekannt sein und nun kennen wir auch die Ursache.

Nicht der Onboard-Chip ist demnach gleich Müll oder das Mainboard per se Mist – nein, hier jodeln die Spikes ihr einsames und unerwünschtes Lied und die Grafikkarte ist der wirkliche Täter.  Je nach Modell versorgen sich auch Grafikkarten mit höheren Leistungsaufnahmewerten trotz separaten Stromversorgungskabeln noch mit über den Mainboard-Slot. Deshalb besitzen diese Karten auch zwei getrennte Spannungswandlerbereiche und die Lastverteilung zwischen Idle und Last wandert zwischen den 12-Volt-Schienen je nach Bedarf hin und her. Andere Karten – beispielsweise die R9 295X2 und diverse Board-Partner-Designs – nutzen die teilweise Versorgung über das Mainboard hingegen (fast) überhaupt nicht mehr.

Auch hier habe ich natürlich mittlerweile viele neuere Tests veröffentlicht und ich empfehle vor allem diesen hier exemplarisch zur Lektüre:

Nachteile des Onboard-Sounds – Einfluss von Grafikkarte, Kopfhörerempfindlichkeit und Motherboardlayout

Dauer-Power und Achterbahn am PCI-Express-Stecker

Kommen wir nun abschließend zum Schaulaufen, denn jetzt kann es schon mal so richtig heftig werden. Die hier gemessene Karte ist so eine Kandidatin, die das Mainboard kaum noch nutzt, dafür aber in den Spitzen bis weit über 400 Watt aufnimmt, um gleich darauf auch mal auf unter 40 Watt zu fallen:

Wir messen fair und sauber wie es sich gehört jeden PCIe-Stromanschluss getrennt. Die Gründe kennen wir ja bereits und vor allem bei Karten wie der Radeon R9 295X2, auf die wir im nächsten Kapitel mit Freude zurückkommen werden, ist es schlichtweg unvermeidbar, da jeder Anschluss jeweils eine der beiden GPUs getrennt versorgen muss.

Doch zurück zur wassergekühlten Radeon R9 290X aus dem Diagramm. Deren TDP ist auf 250 Watt festgelegt, die aber selbst beim Stresstest nicht ganz erreicht werden. Werfen wir zum Abschluss noch einmal einen Blick auf die Tabelle mit dem Soll- und Haben-Konto fürs Gaming und sehen auch, dass die zwei PCIe-Anschlüsse sehr wohl unterschiedliche Lasten stemmen müssen.

Eindrucksvoll, nicht wahr? Doch es gibt auch noch viel schlimmere Extremfälle, wie wir auf der nächsten Seite gleich sehen werden.