GPU Boost - Nvidias Self Boosting Algorithm Explained

Grafikkortteknologier har utvecklats med stormsteg under de senaste generationerna med varje generation som ger en avsevärd förbättring inte bara i kortens totala prestanda utan också i funktionerna som korten erbjuder. Det är ingen överraskning att det är viktigt för både Nvidia och AMD att fortsätta att förnya och fortsätta utveckla funktionsuppsättningarna för sina kort och den inneboende teknologin i dem, tillsammans med generationens förbättringar i prestanda med varje efterföljande serie grafikkort.

Förstärkning av klockhastigheten har blivit en vanlig funktion i PC-hårdvaruindustrin idag med både grafikkort och processorer som erbjuder denna teknik. Att variera komponentens klockhastigheter på grund av förändringar i datorns förhållanden kan leda till mycket förbättrad prestanda såväl som effektiviteten för den delen, vilket i slutändan ger en mycket bättre användarupplevelse. På grund av den snabba utvecklingen inom detta område har grafikkortens standardförstärkningsbeteende förbättrats ytterligare och förfinats med teknologier som GPU Boost 4.0 som kom i framkant 2020. Dessa nya tekniker har utvecklats för att maximera grafikkortets prestanda. när det är nödvändigt samtidigt som toppeffektiviteten bibehålls under lättare belastningar.

GPU Boost

Så vad är GPU Boost exakt? Tja, helt enkelt, GPU Boost är Nvidias metod för att dynamiskt höja grafikkortens klockhastigheter tills korten träffar en förutbestämd effekt- eller temperaturgräns. GPU Boost Algorithm är en mycket specialiserad och villkorligt medveten algoritm som gör ändringar i delade sekunder på ett stort antal parametrar för att hålla grafikkortet på sin maximala möjliga boostfrekvens. Denna teknik gör att kortet kan öka mycket högre än den annonserade "Boost Clock" som kan finnas på rutan eller på produktsidan.

Innan vi dyker in i mekanismen bakom denna teknik måste några viktiga terminologier förklaras och differentieras.

Terminologier

När man handlar efter ett grafikkort kan den genomsnittliga konsumenten stöta på en mängd siffror och förvirrande terminologier som är lite meningsfulla eller ännu värre, i slutändan motsäger varandra och förvirrar kunden ytterligare. Därför är det nödvändigt att ta en kort titt på vad de olika klockhastighetsrelaterade terminologierna betyder när du tittar på en produktsida.

Basklocka: Basklockan på ett grafikkort (kallas ibland även "Core Clock") är den lägsta hastighet som GPU: n annonseras för att köra. Under normala förhållanden kommer kortets GPU inte att sjunka under denna klockhastighet om inte villkoren ändras väsentligt. Detta antal är mer betydelsefullt för äldre kort men blir allt mindre relevant eftersom boosting-teknologierna är i centrum.
Boost Clock: Den annonserade Boost Clock på kortet är den maximala klockhastighet som grafikkortet kan uppnå under normala förhållanden innan GPU Boost aktiveras. Detta klockhastighetsnummer är i allmänhet ganska högre än basklockan och kortet använder det mesta av sin energibudget för att uppnå detta nummer. Om inte kortet är termiskt begränsat kommer det att slå den här annonserade boost-klockan. Detta är också parametern som ändras i "Factory Overclocked" -kort från AIB-partners.
"Spelklocka": Med lanseringen av AMDs nya RDNA-arkitektur på E3 2019 tillkännagav AMD också ett nytt koncept som kallas Game Clock. Detta varumärke är exklusivt för AMD-grafikkort i skrivande stund och ger faktiskt ett namn på de godtyckliga klockhastigheterna som man skulle se när man spelade. I grund och botten är Game Clock den klockhastighet som grafikkortet ska träffa och upprätthålla under spel, vilket vanligtvis ligger någonstans mellan basklockan och Boost Clock för AMD-grafikkort. Överklockning av kortet har en direkt effekt på just denna klockhastighet.

Mekanism för GPU Boost

GPU Boost är en intressant teknik som är ganska fördelaktig för spelare och som egentligen inte har någon betydande nackdel. GPU Boost ökar grafikkortets effektiva klockhastighet även utöver den annonserade boostfrekvensen, förutsatt att vissa förhållanden är gynnsamma. Vad GPU Boost gör är i huvudsak överklockning, där det skjuter GPU: s klockhastighet bortom den annonserade "Boost Clock". Detta gör att grafikkortet kan pressa ut mer prestanda automatiskt och användaren behöver inte justera någonting alls. Algoritmen är i grunden ”smart” på grund av att den kan göra ändringar i olika sekunder på olika parametrar samtidigt för att hålla den långvariga klockhastigheten så hög som möjligt utan risk för att krascha eller artefaktera etc. Med GPU Boost är grafikkort kör högre än annonserade klockhastigheter ur lådan, vilket ger användaren i princip ett överklockat kort utan behov av någon manuell inställning.

GPU Boost är främst ett Nvidia-specifikt varumärke och AMD har något liknande som fungerar på ett annat sätt. I det här innehållet kommer vi främst att fokusera på Nvidias implementering av GPU Boost. Med sin Turing-serie med grafikkort introducerade Nvidia den fjärde iterationen av GPU Boost som heter GPU Boost 4.0 som gjorde det möjligt för användarna att manuellt justera algoritmerna som GPU Boost använder om de anser det lämpligt. Detta var inte möjligt med GPU Boost 3.0 eftersom dessa algoritmer var låsta i drivrutinerna. GPU Boost 4.0 å andra sidan tillåter användare att manuellt justera olika kurvor för att öka prestanda, vilket kommer att vara goda nyheter för överklockare och entusiaster.

GPU Boost 4.0 har också lagt till olika andra finjusteringar som temperaturdomän där nya böjpunkter har lagts till. Till skillnad från GPU Boost 3.0 där det var en brant och plötslig nedgång från boost-klockan ner till basklockan när en viss temperaturtröskel korsades, kan det nu finnas flera steg längs vägen mellan de två klockhastigheterna. Detta möjliggör en större granularitet som gör att GPU: n kan pressa även den sista biten av prestanda under ogynnsamma förhållanden.

Överklockning av grafikkort med GPU-boost är ganska enkelt och inte mycket har förändrats i detta avseende. Varje extra förskjutning till kärnklockan tillämpas faktiskt på "Boost Clock" och GPU Boost-algoritmen försöker ytterligare förbättra den högsta klockhastigheten med en liknande marginal. Att öka reglaget för effektbegränsning till det maximala kan hjälpa till avsevärt i detta avseende. Detta gör stresstestning av överklockan lite mer komplicerad eftersom användaren måste hålla ett öga på klockhastigheterna såväl som temperaturer, effektuttag och spänningsnummer, men vår omfattande stresstestguide kan hjälpa till med den processen.

Villkor för GPU Boost

Nu när vi har diskuterat mekanismen bakom GPU Boost själv är det viktigt att diskutera de villkor som måste uppfyllas för att GPU Boost ska vara effektivt. Det finns ett stort antal förhållanden som kan påverka den slutliga frekvensen som uppnås av GPU Boost, men det finns tre huvudvillkor som har störst inverkan på detta boostande beteende.

Power Headroom

GPU Boost överklockar kortet automatiskt förutsatt att det finns tillräckligt med utrymme för kortet för att möjliggöra högre klockhastigheter. Det är förståeligt att högre klockhastigheter drar mer ström från PSU, så det är extremt viktigt att tillräckligt med ström är tillgängligt för grafikkortet så att GPU Boost kan fungera ordentligt. Med de flesta moderna Nvidia-grafikkort kommer GPU Boost att använda upp all tillgänglig ström som den kan använda för att skjuta klockhastigheterna så högt som möjligt. Detta gör Power Headroom till den vanligaste begränsningsfaktorn för GPU Boost-algoritmen.

Att helt enkelt öka reglaget "Power Limit" till maximalt i alla överklockningsprogram kan ha stor inverkan på de slutliga frekvenserna som träffas av grafikkortet. Den extra kraften som ges till kortet används för att skjuta klockhastigheten ännu högre, vilket är ett bevis på hur mycket GPU Boost-algoritmen beror på kraftutrymmet.

Spänning

Grafikkortets kraftleveranssystem måste kunna tillhandahålla den extra spänning som behövs för att träffa och upprätthålla de högre klockhastigheterna. Spänningen är också en direkt bidragsgivare till temperaturen så den kopplas också till det termiska tillståndet i takhöjd. Oavsett finns det en hård gräns för hur mycket spänning kortet kan använda och den gränsen ställs in av kortets BIOS. GPU Boost använder sig av valfri spänningshöjd för att försöka upprätthålla den högsta klockhastighet som möjligt.

Termiskt takhöjd

Det tredje viktigaste villkoret som måste uppfyllas för att GPU Boost ska fungera effektivt är tillgången på adekvat värmeutrymme. GPU Boost är extremt känslig för GPU-temperaturen eftersom den ökar och minskar klockhastigheten baserat på även de minsta temperaturförändringarna. Det är viktigt att hålla GPU-temperaturen så låg som möjligt för att uppnå de högsta klockhastigheterna.

Temperaturer högre än 75 grader Celcius börjar sänka klockhastigheten märkbart vilket kan påverka prestandan. Klockhastigheten vid dessa temperaturer kommer sannolikt fortfarande att vara högre än Boost Clock, men det är inte en bra idé att lämna prestanda på bordet. Därför kan adekvat fallventilation och ett bra kylsystem på själva GPU: n ha en betydande inverkan på klockhastigheterna som uppnås genom GPU Boost.

Boost Binning och Thermal Throttling

Ett intressant fenomen som är inneboende för driften av GPU Boost kallas boost binning. Vi vet att GPU Boost-algoritmen snabbt ändrar klockhastigheten för GPU beroende på olika faktorer. Klockhastigheten ändras faktiskt i block på 15 MHz vardera, och dessa 15 MHz-delar av klockhastigheterna är kända som boost-soptunnor. Det kan lätt observeras att GPU Boost-nummer varierar från varandra med en faktor på 15 MHz beroende på effekt, spänning och termiskt utrymme. Detta innebär att förändring av underliggande förhållanden kan minska eller öka kortets klockhastighet med en faktor på 15Mhz åt gången.

Begreppet termisk strypning är också intressant att utforska med GPU Boost-drift. Grafikkortet startar inte termisk strypning förrän det når en inställd temperaturgräns som kallas Tjmax. Denna temperatur motsvarar vanligtvis mellan 87-90 grader Celcius på GPU-kärnan och detta specifika antal bestäms av GPU: s BIOS. När GPU-kärnan når denna inställda temperatur sjunker klockhastigheterna gradvis tills de faller till och med under basklockan. Detta är ett säkert tecken på termisk strypning jämfört med vanlig boostbinning vilket görs med GPU boost. Huvudskillnaden mellan termisk strypning och boost-binning är att termisk strypning sker vid eller under basklockan, och boost-binning ändrar den maximala klockhastighet som uppnås av GPU Boost med hjälp av temperaturdata.

Nackdelar

Det finns inte många nackdelar med den här tekniken som i och för sig är en ganska djärv sak att säga om en grafikkortsfunktion. GPU Boost låter kortet öka klockhastigheterna automatiskt utan någon användarinmatning och låser upp kortets fulla potential genom att ge ytterligare prestanda utan extra kostnad för användaren. Det finns dock några saker att tänka på om du äger ett Nvidia-grafikkort med GPU Boost.

På grund av det faktum att kortet använder hela den energibudget som tilldelats det, kommer kortets kraftuttagsnummer att vara högre än det annonserade TBP- eller TGP-numret kan få dig att tro. Dessutom kommer den extra spänningen och strömförbrukningen att leda till högre temperaturer på grund av det faktum att kortet automatiskt överklockas genom att använda det temperaturhöjd som är tillgängligt för det. Temperaturerna blir inte farligt höga på något sätt, för så snart temperaturerna överskrider en viss gräns kommer spänningen och effektuttaget att tappas för att kompensera för extra värme.

Slutord

Snabba framsteg inom grafikkortteknologier har sett att några extremt imponerande funktioner gör sig till konsumenternas hand, och GPU Boost är verkligen en av dem. Nvidias funktion (och AMDs liknande funktion) gör det möjligt för grafikkorten att nå sin maximala potential utan att behöva någon användarinmatning för att ge maximal möjlig out-of-the-box-prestanda. Den här funktionen eliminerar allt annat än behovet av manuell överklockning eftersom det verkligen inte finns mycket utrymme för manuell finjustering på grund av den utmärkta hanteringen av GPU Boost.

Sammantaget är GPU Boost en utmärkt funktion som vi skulle vilja se bli bättre och bättre med förbättringar av kärnalgoritmen bakom denna teknik som mikromanerar de små justeringarna till olika parametrar för att få bästa möjliga prestanda.