Dual-Slot-Design: EVGA GTX 1080 Ti FTW3 Gaming im Test

Die Platine im Überblick

Betrachten wir nun die Platine, ein Blick, der sich durchaus lohnt. Am interessantesten finden wir dabei natürlich die Spannungsversorgung für die GPU mit ihren 5 gedoppelten Phasen – doch zu diesen Details kommen wir gleich noch. Wenn wir uns nämlich zunächst einmal die rechte Seite der Platine anschauen, dann entdecken wir eine etwas ungewöhnliche Leere. Außer sechs halbhohen Polymer-Solids und zwei Spulen für die eingangsseitige Glättung, sowie diversen Buchsen, finden wir keine weiteren hohen Bauelemente, die Aussparungen in der Kühlplatte zwischen Kühler und Platine notwendig machen würden.

Warum dies so ist, und da greifen wir einfach mal ein wenig vor, liegt an der verwendeten Heatpipe-Lösung samt angeflanschtem Kupfer-Heatsink, die man auf der Kühlplatte platziert hat. Wir werden später noch einmal darauf zurückkommen, sehen aber jetzt schon, dass man die Spulen, wie wir es bei unseren Messungen zur EVGA GTX 1080 FTW2 iCX bereits vorgeschlagen hatten, nunmehr aktiv in das Kühlkonzept mit einbezieht.

Die Fläche für die Wärmeaufnahme ist ungleich größer und außerdem produzieren auch die Spulen selbst jede Menge Abwärme. Diesen kleinen Exkurs zur Kühlung müssen wir diesmal etwas vorab mit einschieben, denn auch das elektrische Design der Spannungswandler unterliegt vorrangig den Aspekten der Kühlung, oder um korrekt zu bleiben, der aktiven Abwärmevermeidung. Die Superprojektion aus Platine und Heatpipe zeigt die genaue Positionierung:

Spannungsregler der GPU

Betrachtet man die Lösung, auf insgesamt fünf flexibel geregelte Phasen mit anschließender Verdopplung zu setzen, eher oberflächlich und entnimmt den Datenblättern der verwendeten Bauelemente deren mögliche Maximalbelastbarkeit, dann wird man vielleicht zum voreiligen Schluss kommen, diese Spannungsversorgung sei glatt verrückt, überpowert und richte sich ob der möglichen Potenz vor allem an Eiszeit-Übertakter. Das dahinter allerdings ein gewissen Kalkü(h)l steckt, entgeht dann schnell.

Der eingesetzte NPC81274 von ON Semiconductur (ONSEMI) ist ein moderner Multi-Phase Synchronous Buck Controller, der bis zu 8 Phasen gleichzeitig regeln kann und mittels PSI (Integriertes Energiespar-Interface) drei Betriebsmodi unterstützt: (a) alle Phasen an bei Volllast, (b) dynamische Phasenanzahl/-verteilung bei Teillasten und (c) die Nutzung einer oder nur weniger Phasen für Niedriglasten (bis hin zum Idle). Dies ist wichtig, wenn es um die Verteilung der Lasten und Aufteilung der Hotspots geht, wie wir gleich noch sehen werden.

Da man insgesamt acht Phasen bzw. Regelkreise als zu niedrig erachtete, hat man einen Kompromiss getroffen und setzt lediglich auf fünf echte Phasen, die jedoch mittels eines Doppler-Chips (Phase Doubling) auf je zwei Regelkreise pro Phase aufgesplittet werden, was eine Gesamtanzahl von 10 Regelkreisen (Rails) entspricht. Diese Splittung erreicht man mit einem passenden Doubler-Chip, in diesem Fall mit einem NPC81162, ebenfalls von ONSEMI. Der Trick dahinter ist nun der, dass man pro Phase z.B. 40 Ampere schalten lässt, sich diese Stromstärke aber in 2x 20A aufteilen lässt, was die jeweiligen Regelkreise natürlich deutlich entlastet.

Was hingegen technisch nicht möglich ist, wäre eine asynchrone Nutzung beider Regelkreise mit z.B. 10A und 30A. Mal abgesehen davon, dass dies aus schaltungstechnischer Sicht mit den verwendeten Bauelementen so gar nicht oder nur mit Tricks ginge – man müsste für so eine Aktion wirklich 10 echte, kontrollierbare Phasen nutzen, wobei es da es aber an den passenden PWM-Controllern mangelt. Außerdem ergäbe es auch aus technischer Sicht kaum noch einen Sinn, denn ab fünf Phasen lässt es sich schon recht effizient arbeiten, zumal man auch den Teillastmodus nutzen kann.

Für die Ansteuerung beider Kreise pro Phase setzt man auf einen NPC1158, der die beiden parallellaufenden AOE6930 von Alpha & Omega Semiconductor pro Regelkreis ansteuert. Bei diesen Chips handelt es sich um Dual Asymmetric N-Channel AlphaMOS, die die beiden MOSFETS der High- und Low-Side in einem Package vereinen. Dass man gleich auf zwei solcher Chips pro Regelkreis (also insgesamt 20) setzt, hat allerdings nichts mit einer extrem großzügigen Übertaktungsofferte für den Volkssport Nummer Eins zu tun, sondern besitzt handfeste technische Gründe.

Greifen wir die 40 Ampere pro Phase noch einmal auf. EVGA gelingt es damit, die Last im Verhältnis 50:50 pro Regelkreis auf 20 Ampere zu halbieren. Durch den Einsatz zweier parallel arbeitender Dual-MOSFETS sind es am Ende nur noch 10 Ampere pro Package. Das entzerrt räumlich die thermischen Hotspots, verringert den Innenwiderstand der Parallelkreise und damit natürlich auch die anfallende Verlustleistung in Form von Abwärme.  Bei so vielen Regelkreisen kann man zudem auch auf eine etwas niedrigere Schaltfrequenz der DC/DC-Konverter setzen, die zwar bis zu 1,2 MHz in der Theorie schaffen, dann aber auch thermisch kollabieren würden. Hier sind es mit Sicherheit unter 400 KHz, was zusätzlich Entspannung an der Kühlerfront bringt.

Die verwendeten AOE 6930 sind zudem bei Chiptemperaturen von 75 bis 80°C und bis ca. 20 Ampere Stromfluss noch relativ effizient einsetzbar, alles darüber wird thermisch aber bereits bedenklich. Jedoch ist selbst diese Menge (im All-On-Modus wären das in der Summe stramme 400 Ampere) mehr als ausreichend, um alle Einsatzfälle abzudecken. Wer mit LN2 kühlt, unterliegt diesen Restriktionen ja eh nicht. Der eigentliche Grund des ganzen Aufwands liegt also in der möglichst hohen Effizienz der Regelkreise. Ohne jetzt spoilern zu wollen: die Rechnung ist ziemlich gut aufgegangen.

Thermalsensoren und Auswertung

Mit einem 8-Bit Flash-Type Micro-Controller von Sonix setzt EVGA auf eine recht gut gelungene Lösung, um die Sensorwerte nahezu in Echtzeit zu erfassen. Insgesamt neun kleine Thermalsensoren sind ober- und unterhalb der Platine an den möglichen Brennpunkten platziert.

Allerdings hat man mit der Umstellung der Regelkreise auf die AOE 6930 im VRM-Bereich andere Positionen wählen müssen, so dass teilweise die angezeigten Temperaturen nicht ganz exakt mit dem übereinstimmen, was man direkt unter den Komponenten messen kann. Aber dies ist bei den tatsächlich auftretenden Temperaturen gut zu verschmerzen, weil es ja annähernd durchaus passt.

Das Precision-Tool von EVGA ist in der Lage, diese neun Sensorwerte anzuzeigen und auf Wunsch auch zu protokollieren. Außerdem kann man hier die Lüftersteuerung zielgerichtet einsetzen, wenn es um die Beseitigung lokaler Hotspots geht. Wer mehr wissen möchte, sie an dieser Stelle noch einmal auf den Test der EVGA GeForce GTX 1080 FTW2 verwiesen.

Spannungsversorgung des Speichers

Bei den Spulen setzt man auf halbhohe Ferritkernspulen, die zwar nur Mittelmaß sind, aber ihren Zweck ganz gut erfüllen und auch von den Mitbewerbern (und Nvidia selbst beim Auftragsfertiger PNY) gern genommen werden. Diese Spulen kommen sowohl bei der VR der GPU, als auch bei der des Speichers zum Einsatz.

Insgesamt 11 der G5X-Micron Module vom Typ MT58K256M321-Ja110, die bis zu 11 GByte/s bieten und damit die fehlenden 32 Bit des Speicherinterfaces durch einen höheren Takt von 5500 MHz (effektiv) wieder ausgleichen sollen, sind auf dieser Karte verbaut. Uns wundert etwas, dass Nvidia nicht gleich die MT58K256M321-Ja120 verbauen lässt, die noch einmal etwas höher takten. Schließlich kaufen ja die Boardpartner die GPU und den Speicher im Bundle bei Nvidia ein, was dann kaum noch Spielraum lässt.

Die Spannungsversorgung des Speichers befindet links oben neben der GPU-VR und wird über einen NPC 81278 von ONSEMI gelöst, der als Buck Controller insgesamt zwei Phasen bereitstellen kann. Für jede der zwei Phasen setzt man erneut jeweils auf einen AOE6930, der High-Side und Low-Side in sich vereint. Interessant ist, dass man hier zur GPU-VR identische Spulen benutzt.

Sonstige Platinenlösungen

Der übliche INA3221 ist ein Monitoring Chip für die fließenden Ströme, sowie die anliegenden Spannungen und schützt am Ende auch die Technik vor Überlasten. Die zwei Shunts im Eingangsbereich dienen der Ermittlung des zu überwachenden Stromflusses und mit den zwei Spulen hinter den zwei 8-Pin Spannungsversorgungsbuchsen setzt EVGA auf eine Art Filterung der Spikes im Eingangsbereich.

Die Karte besitzt ein Dual-BIOS, das man über einen kleinen Schiebeschalter umschalten kann (Master/Slave). Man sollte das Master-BIOS jedoch nach Möglichkeit nicht mit experimentellen Flash-Versuchen auf Gewalt überschreiben.