Débridez les performances des Radeon R9 290/X

Introduction

Comme nous l’avons vu il y a un peu plus d’un mois, la Radeon R9 290X n’a pas déçu sur le plan des performances. En revanche, le dissipateur de référence (ainsi que les premiers pilotes) s’est avéré être la source de variations au niveau de la fréquence GPU. La mauvaise gestion du ventilateur PWM a par la suite été identifiée comme étant une des sources du problème.

Deux questions ont alors été posées depuis notre forum :

1- Est-il possible d’améliorer le résultat après démontage du dissipateur et notamment en changeant de pâte thermique ?

2- L’amélioration du refroidissement permet-elle d’obtenir des fréquences plus constantes ? Si tel est le cas, notre espoir de voir les partenaires d’AMD commercialiser des cartes plus abouties serait alors plus que jamais fondé.

Après avoir reçu des cartes d’Asus et Sapphire, nous avons acheté une Radeon R9 290X de Gigabyte. Il faut souligner le fait qu’aucun de ces constructeurs ne contrôle la qualité de fabrication : toutes les cartes sont achetées à AMD et ne se distinguent que par le biais d’un autocollant. De ce fait, aucune de ces marques ne peut être tenue responsable des problèmes rencontrés au fil des tests. Interrogé à ce sujet, Gigabyte nous a confirmé qu’aucune modification matérielle n’a été effectuée à leur niveau, ce qui vaut notamment pour le dissipateur et son ventilateur. Comme nous allons le voir aujourd’hui, cette situation est loin d’être anodine.

Afin de répondre aux questions, nous avons soigneusement démonté notre troisième Radeon HD 290X issue du commerce pour exposer la face cachée du dissipateur ainsi que le PCB de la carte.

Le GPU Hawaii et sa capsule sont recouverts d’une couche de pâte thermique trop épaisse, ce qui nuit au transfert de chaleur comme nous l’avons vu lors de notre comparatif de pâtes thermiques.

Nous avons retiré puis mis de côté la pâte thermique d’origine de deux Radeon R9 290X pour des tests supplémentaires. La quantité était suffisante pour couvrir toute la superficie d’une capsule de processeur, ce qui nous fait douter quant au fait que la dose utilisée sur cette première série de cartes issues du commerce corresponde à ce que l’on peut généralement attendre d’une production de masse. Il nous semble donc que cette R9 290X vient d’un petit lot de cartes assemblées à la main, ce qui vaut également pour l’application de la pâte thermique.

Après avoir enlevé la pâte thermique, on peut constater que la surface d’échange du dissipateur est rayée en plus d’être irrégulière, ce qui ne correspond pas vraiment à la qualité que nous attendons d’un dissipateur neuf monté sur une chaine de travail.

En gros plan, il apparait que les entailles dans la surface de la base ne sont pas uniquement dues à la pression exercée par un dissipateur lors de son montage.

En parallèle, le GPU a été soigneusement nettoyé et ne demande plus à ce stade qu’une nouvelle couche de pâte thermique. Nous nous sommes appuyés sur les résultats de notre récent comparatif pour retenir quelques-uns des meilleurs produits parmi lesquels l’Innovation Cooling Diamond « 24 Carat », pâte thermique à laquelle nous n’avons rien trouvé à reprocher. Afin de vérifier nos mesures de température, les deuxième et troisième relevés ont été effectués avec celle-ci.

La Gelid GC-Extreme s’est montrée aussi performante que l’IC Diamond au cours du comparatif, sachant qu’elle coûte moins cher et s’applique plus facilement. Ce constat est identique pour la Cooler Master X1 Extreme Fusion. Etant donné que les deux Radeon basées sur Hawaii visent des plafonds de température élevés, il n’y a aucun moyen de vérifier la supériorité d’une pâte thermique sur l’autre. Nous avons cependant observé que la consommation ainsi que les performances moyennes étaient à peu près identiques avec ces trois références et compte tenu des avantages de la Gelid GC-Extreme, c’est avec cette dernière que les résultats ci-dessous sont présentés.

Montée des températures

On constate une différence significative entre la pâte thermique d’AMD et la Gelid GX-Extreme : il nous a fallu trois minutes au lieu de 60 secondes avant que la Radeon R9 290X n’atteigne sa limite de 94 °C. Par ailleurs, Power Tune a pu bénéficier d’une plus grande marge de manœuvre.

Voyons maintenant les conséquences incroyables du changement de pâte thermique sur la consommation et le rendement de la Radeon R9 290X en la réglant sur le mode Quiet, plutôt que l’assourdissant Uber.

Consommation : avant et après

Le matériel de test pour les relevés de consommation résulte d’une collaboration avec HAMEG (Rohde & Schwarz). Un oscilloscope multicanal particulièrement sensible, avec télécommande, nous permet de relever d’afficher les valeurs avec une grande précision.

Chaque canal significatif fait l’objet d’un relevé, sachant que toutes les mesures et graphiques sont sauvegardés au niveau de l’oscilloscope. Notre pince ampèremétrique est appréciable dans la mesure où elle dispose d’un seuil à 100 mV/A, ce qui nous permet de déduire l’intensité du courant à partir des tensions mesurées. La tension réelle est ensuite enregistrée et multipliée par le courant.

Notons que les pics de consommation ne sont pas nécessairement reflétés par l’action à l’écran, ce qui est manifeste sur la vidéo ci-dessous. Cette dernière montre également que la consommation de la Radeon R9 290X baisse graduellement étant donné que la carte est incapable de maintenir ses fréquences maximales.

Trois passes avec la pâte thermique d’origine

Nous commençons donc par trois boucles de test successives. La Radeon R9 290X atteint sa température maximale lors du dernier quart de la première boucle, de même que son pic de consommation (ainsi que ses performances maximales).

La température GPU reste constante au cours de la deuxième boucle, tandis que la consommation chute nettement.

Les performances diminuent à nouveau au début de la troisième boucle, suite à quoi les résultats sont réguliers. La consommation diminue encore de 10 Watts, tandis que les pics et creux de ce relevés sont nettement moins importants.

Trois passes avec la Gelid GX-Extreme

Grâce à une pâte thermique de bien meilleure qualité, les températures au repos sont en nette diminution et l’on gagne un peu en performances tandis que la consommation grimpe de 20 Watts par rapport à la première boucle avec la pâte thermique d’origine.

Une fois encore, la consommation est en baisse durant la deuxième boucle alors que la température du GPU augmente. Dès que la Radeon R9 290X atteint sa température maximale, Power Tune s’active pour régulation, bien que l’écart de consommation moyenne se maintienne à 20 Watts.

Pour la deuxième fois, la troisième boucle montre des résultats plus réguliers à un niveau de performances inférieur. L’écart de consommation se réduit à 12 Watts par rapport à la troisième boucle avec la pâte thermique d’origine.

Jusqu’ici, nous avons pu constater que Power Tune s’activait dès que le GPU atteint sa température plafond, mais il faut un certain temps après cela pour que la consommation diminue significativement. Dans les faits, une baisse de consommation de 11,5 et 9 % entre la pâte thermique d’origine et celle de Gelid s’accompagne d’une baisse performances commensurable. Qu’en est-il du rendement ? Voyons si le changement de pâte thermique améliore la situation.

Performances et rendement

L’ajout de GeForce GTX 780, 780 Ti et Titan, dont certaines avec dissipateur de référence et d’autres avec une solution constructeur, permet d’enrichir la comparaison. Le changement de pâte thermique permet d’obtenir des gains de performances remarquables sur la Radeon R9 290X.

Au cours de la première boucle, la R9 290X parvient quasiment au même niveau de performances que la GTX Titan en troisième boucle. En parallèle, la carte d’AMD parvient à surpasser la GTX 780 overclockée de Gigabyte (avec dissipateur Windforce) après changement de pâte thermique. Mieux encore, la R9 290X se paye le luxe de rivaliser avec la GTX 780 Ti de référence … lors de sa première boucle tout du moins.

Malheureusement, la R9 290X perd du terrain au cours de la deuxième boucle. En effet, le GPU Hawaii est poussé jusqu’à ses limites thermiques et voit donc ses performances significativement diminuer. C’est avec la troisième boucle que l’on obtient les résultats les plus réguliers, sachant que la carte se stabilise au niveau des performances moyennes observées lors de la deuxième boucle.

Voici les résultats exprimés en pourcentage avec la GTX 780 Ti comme base 100 % :

Repensons maintenant aux relevés de consommation : la R9 290X s’est montrée moins gourmande au cours des deuxième et troisième boucles. Le rendement est-il meilleur ou inférieur ?

A notre surprise, c’est au cours de la troisième boucle avec pâte thermique Gelid que la Radeon R9 290X parvient à son meilleur rendement. Concrètement, la légère baisse des performances est accompagnée par une baisse significative de la consommation. Il s’agit d’une surprise dans le sens où l’on fait un constat opposé sur la R9 290, laquelle est incapable de surpasser la GTX 780 Ti quand bien même on remplace son dissipateur d’origine par un Arctic Accelero Extreme III qui lui permet pourtant d’atteindre une température de 83 °C.

La deuxième boucle s’avère être la moins bonne en termes de rendement : peu après que la carte ait atteint sa température limite, Power Tune s’active et bride la consommation.

Après changement de la pâte thermique, la R9 290X limite son déficit de rendement à 10 % par rapport à la GTX 780 Ti Windforce GHz Edition (laquelle affiche 3 % de performances supplémentaires) durant la troisième boucle et donc après l’activation de Power Tune. Grâce à l’excellent dissipateur de Gigabyte, le GPU de la GTX 780 Ti ne dépasse pas les 70 °C.

Avec un refroidissement amélioré, AMD s’en sort assez bien. La Radeon R9 290X pourrait même dépasser la GTX 780 Ti si l’on calculait un rapport performances/prix. Cependant, les partenaires de NVIDIA proposent leurs propres dissipateurs ainsi qu’un overclocking qui permet à leurs cartes de surpasser le fer de lance d’AMD. La conclusion en restera là tant que les partenaires d’AMD n’auront pas suffisamment de cartes pour proposer des versions modifiées de la R9 290X avec un refroidissement plus efficace.

Des données pratiques à l’appui des réponses

Grâce aux relevés de consommation et mesures de performances effectués sur trois boucles, nous pouvons apporter des réponses claires aux questions posées en préambule.

Que gagne-t-on à changer la pâte thermique ?

A condition d’utiliser un produit de bonne qualité et de travailler proprement, le changement de pâte thermique peut vraiment s’avérer payant. Le seul problème de taille vient du fait que l’on annule la garantie constructeur dans le processus.

L’amélioration du refroidissement permet-elle à la carte d’atteindre un meilleur rendement ?

La réponse est oui, sans l’ombre d’un doute. On se demande pourquoi AMD s’est résolu à une diminution non négligeable des performances avec ce dissipateur, tout particulièrement lorsque l’on compare ce dont la Radeon R9 290X est capable lors de la première boucle de tests avec la troisième boucle.

Il faudra plusieurs petits tournevis cruciformes pour retirer le dissipateur de la Radeon R9 290X sachant qu’AMD utilise deux pas de vis de taille différente. Une pince à épiler pourra s’avérer utile pour enlever l’excès de pâte thermique du GPU. Attention à ne pas oublier un produit nettoyant pour préparer la capsule avant de poser la nouvelle pâte thermique de son choix.

Nous recommandons la Gelid GC-Extreme ainsi que la Cooler Master X1 Extreme Fusion. Outre leurs performances, toutes deux sont faciles à appliquer et non conductrices. Bien que ce changement de pâte thermique ne soit pas sans risques ni conséquences, les résultats parlent d’eux-mêmes.

Voyons maintenant ce qu’il est possible de faire pour la Radeon R9 290.

Le cas de la Radeon R9 290

Lors du test de la Radeon R9 290, il est rapidement apparu comme nécessaire de mieux refroidir la carte (tout en profitant pour la rendre plus silencieuse) afin d’exploiter le plein potentiel de son GPU Hawaii. Nous l’avons donc très vite équipée d’un Arctic Accelero Xtreme III avec des résultats franchement positifs à la clé.

Un peu plus d’un mois s’est écoulé depuis et nous attendons encore des cartes au dissipateur personnalisé par les partenaires d’AMD. D’ici à ce qu’elles arrivent, nous avons décidé de réaliser un guide sur l’Accelero Xtreme III afin de détailler son installation ainsi que ses capacités à l’usage.

Bien entendu, le démontage du dissipateur d’origine annule la garantie de la carte. Par ailleurs, il faut être bien conscient du fait que l’application d’adhésifs thermiques sur les puces mémoire est quasi permanente : une fois les modifications effectuées, il n’est plus possible de revenir sur sa décision. Malgré ces réserves, on se demande bien qui pourrait supporter le dissipateur d’origine sur le long terme.

L’Arctic Accelero Xtreme III en détails

A environ 60 euros, le prix du dissipateur est raisonnable, ce qui est très appréciable quand on considère le retour sur investissement : une R9 290X coûte 500 € contre 420 € pour une R9 290 avec l’Accelero Extreme III, sachant que les performances de la carte modifiée sont égales voire supérieures à celles de la première. En outre, le dissipateur d’Arctic a le mérite d’être assez léger.

Par rapport aux produits concurrents que sont l’Alpenfoehn Peter et le Prolimatech MK-26, ce dissipateur est non seulement moins cher mais aussi équipé de ventilateurs, ce qui n’est pas le cas des deux autres. Sans que cela pose problème, il épouse assez bien les dimensions du PCB à quelques détails près, lesquels sont abordés sur la page suivante.

C’est en triant le kit d’assemblage que nous avons remarqué le manque de quatre dissipateurs mémoire (la R9 290 compte seize puces de 256 Mo or Arctic ne fournit que douze dissipateurs). Ce manque n’est pas dramatique dans le sens où AMD a choisi d’élargir le bus mémoire de la carte à 512 bits tout en faisant fonctionner les puces de GDDR5 à une fréquence très raisonnable, diminuant leur tension au passage. Leur température ne grimpe pas suffisamment pour constituer une menace, mais au cas où l’on sentirait un besoin irrésistible d’optimiser leur refroidissement, le kit optionnel pour GeForce GTX 260/275/280 devrait faire l’affaire.

Caractéristiques de la carte modifiée

Les caractéristiques du dissipateur sont une chose, mais encore faut-il s’assurer que la carte modifiée rentre dans notre boitier. Voici donc ses mensurations complètes :

Montage et fonctionnement

Les instructions de montage sont à lire attentivement avant de commencer l’opération.

Un tournevis cruciforme très fin (de bonne qualité pour éviter de l’usure prématurée de l’outil) est nécessaire pour retirer le dissipateur d’origine. Afin de travailler proprement, nous conseillons d’avoir un petit récipient à portée de main pour y mettre tous les composants retirés.

On commence par retirer le carénage en plastique du dissipateur, lequel est maintenu à la structure du radiateur par plusieurs petites vis, lui-même fixé au dos du PCB par des vis d’un diamètre plus conséquent. Attention au fait que l’équerre compte également deux vis qui doivent être retirées. Enfin, on termine par la plaque arrière en forme de croix pour laquelle le dévissage doit être fait en diagonale, ce qui a pour effet de répartir autant que possible la pression exercée sur la carte.

Un peu d’alcool isopropylique permet d’éliminer les résidus de pâte thermique sur la surface du GPU et de préparer l’installation de l’Accelero Extreme III. Il convient ensuite de mettre des bandes isolantes sur les composants aux alentours d’éviter les courts circuits : en effet, les radiateurs dédiés à l’étage d’alimentation sont un peu trop grands et surplombent donc ce dernier.

La base des radiateurs doit être recouverte d’adhésif thermique de manière homogène, puis simplement posés sur les puces mémoires et l’étage d’alimentation durant quelques minutes. On peut alors appuyer sur chacun d’entre eux une dizaine de secondes sans relâcher, sachant qu’il ne faut plus les manipuler après cela. C’est à cette étape qu’il est encore possible de faire les derniers ajustements mineurs.

Nous avons précédemment remarqué que l’achat d’un kit optionnel permettait de pallier à l’absence de quatre radiateurs pour puces mémoire. Il y a plus important à ce sujet : la puce la plus proche du connecteur PCIe ne doit pas être recouverte d’un radiateur mémoire, lequel rentrerait en contact avec l’Accelero Xtreme III. On peut résoudre ce problème avec un radiateur issu d’un kit optionnel, en recouvrant seulement la moitié de la puce comme illustré ci-dessous. Cependant, les tests ont montré que la température des puces mémoire n’a pas atteint un niveau justifiant cette mesure exceptionnelle.

Tous les radiateurs étant en place, le résultat devrait être comparable à la photo ci-dessous. Il faut maintenant laisser le temps à l’agent adhésif de faire effet : une heure à température ambiante devrait suffire. Nous déconseillons de « rôder » les radiateurs en utilisant la carte d’emblée après leur installation, étant donné que cette procédure est inutile et même potentiellement dangereuse.

Une fois la période de repos terminée, il convient de placer le dissipateur sur le PCB comme décrit dans le mode d’emploi. En règle générale, ce sont les trous de montage n°2 qui doivent être utilisés avec des cartes présentant des trous espacés de 52,5 mm ainsi que des écarteurs standard de 2,5 mm de hauteur. Cette explication peut paraitre obscure mais le mode d’emploi est très clair à ce sujet.

A ce stade, on doit être devenu possesseur d’une Radeon R9 290 modifiée. Il reste à installer la carte graphique sur la carte mère, brancher les connecteurs d’alimentation et enfin les ventilateurs à l’aide de l’un des adaptateurs 7 et 12 Volts inclus, en fonction des besoins de refroidissement.

A propos de la gestion des ventilateurs

En principe, l’Accelero Xtreme III permet de choisir entre tension régulée (PWM) et tension fixe (pour une vitesse constante des ventilateurs). Malheureusement, les Catalyst ne fonctionnent plus de cette manière : la vitesse maximale des ventilateurs est maintenant liée à une température cible, il n’y a donc plus aucun intérêt à paramétrer un objectif de 50 ou 60 °C pour accélérer les ventilateurs. L’Accelero Xtreme III s’avère être trop efficace : la gestion logicielle de la ventilation (par les pilotes) n’impose presque jamais à ses ventilateurs de fonctionner au-delà de 20 à 25 % de leur capacité maximale en charge. En conséquence, le flux d’air est alors trop faible pour refroidir correctement l’étage d’alimentation,  ce que nous allons voir sur la page suivante.

Températures, overclocking et bruit

Overclocking et températures en 12 Volts

Commençons par évoquer les vraies limites de la carte en termes d’overclocking. Nous avons répété à 24 reprises le benchmark de Metro : Last Light en boucle, tout en assignant à la carte une limite de consommation de +35 %  pour constater une fréquence maximale aux alentours de 1150 MHz au cours de la première heure. Il n’a fallu que dix minutes lors de chaque boucle pour que la R9 290 atteigne un pic de température sachant que les fréquences se sont montrées stables tout du long : les variations constatées avec le dissipateur de référence ont tout simplement disparu.

Le graphique ci-dessous montre l’évolution des températures du GPU et de l’étage d’alimentation durant dix minutes, avec deux fréquences différentes.

Overclocking et températures en 7 Volts

Après avoir trouvé les fréquences maximales de la carte (en refroidissement par air), nous nous sommes demandé dans quelle mesure la carte pourrait supporter une ventilation en 7 Volts. Le GPU s’en est sorti sans encombre, mais l’étage d’alimentation était en surchauffe. Le test a ensuite été reconduit avec une fréquence maximale de 1100 MHz et une limite de consommation à 20 % pour éviter l’usure prématurée. Notons que les 1150 MHz dont nous avons brièvement profité restent atteignables, mais la température de l’étage d’alimentation frise les 100°C dans ce cas de figure.

Performances après overclocking

L’overclocking a ici tout son sens parce qu’il améliore les performances, exprimées en moyenne ci-dessous. Précisons que les résultats à fréquence d’origine avec les Catalyst 13.11 Beta 6 et Beta 8 ont été obtenus lors du test initial de la carte, avant qu’AMD ne corrige l’algorithme contrôlant la vitesse de son ventilateur comme suite à nos observations.

Entre la réception de notre exemplaire presse avec le premier pilote et notre overclocking après montage de  l’Accelero Xtreme III, la Radeon R9 290 a quasiment gagné 20 % de performances supplémentaires. Quand bien même on utilise le pilote Beta V8 avec le ventilateur réglé à 47 %, la carte modifiée parvient à établir un écart de 13 % en sa faveur. Bien entendu, AMD a pu grappiller en performances avec la sortie des Catalyst 13.11 Beta 9, lesquels ont encore augmenté la vitesse du ventilateur. Mais le dissipateur de la marque, déjà bruyant à l’origine, en est devenu encore plus audible. L’Accelero Xtreme III permet d’atteindre des fréquences supérieures sans ce bruit insupportable.

Comparaison vidéo : Accelero Xtreme III contre dissipateur de référence

Commençons par écouter la Radeon R9 290 overclockée avec le dissipateur d’Arctic, successivement en 12 V (1150 MHz) et 7 V (1100 MHz). On peut ensuite faire la comparaison avec le dissipateur d’origine et son ventilateur réglé à 47 %, lequel abaissait la fréquence de notre carte presse bien en-dessous de sa fréquence maximale (947 MHz). Encore une fois, les Caralyst 13.11 Beta 9.2 rendent la carte encore plus bruyante.

Voici donc l’AMD Radeon R9 290 GHz Edition telle qu’elle aurait dû être :

Conclusion

L’Arctic Accelero Xtreme III fait ce qu’on lui demande : dissiper la chaleur. Mais il le fait avec tant d’efficacité et de silence que l’on en viendrait presque à se demander après installation si l’on est toujours en train d’utiliser une Radeon R9 290.

On aimerait voir Arctic ajouter à son produit quatre radiateurs supplémentaires pour les Radeon R9 290 et 290X : trois plein format et un à faible hauteur afin de couvrir toutes les puces mémoire. Tant que nous y sommes, la zone de contact pour les radiateurs dédiés à l’étage d’alimentation devrait être agrandie.

Le fait est que l’Accelero Xtreme III n’a pas été conçu pour la R9 290 et Arctic n’a même pas listé la carte d’AMD parmi les modèles compatibles. Cependant, les résultats de notre expérience ont été particulièrement convaincants et si l’on ajoute le manque d’alternatives, nous sommes presque obligés de conseiller cette modification.

Il ne s’agit pas seulement d’un test réussi pour l’Accelero Xtreme III, mais d’un correctif indispensable pour tous ceux qui ne peuvent pas ou n’ont pas pu attendre l’arrivée des R9 290/R9 290 X avec dissipateur remanié par les partenaires d’AMD. Certes, il faut débourser une soixantaine d’euros supplémentaires, mais on peut considérer que l’on fait une économie sur le casque que nous jugeons indispensable dans le cas contraire. De plus, le fait de maintenir le GPU Hawaii à sa fréquence maximale plutôt que de le voir baisser en cadence apporte un réel gain de performances, ce qui achève de rendre les cartes de référence obsolètes.

Nous décernons donc le prix achat malin au dissipateur d’Arctic parce qu’il améliore les dernières cartes haut de gamme d’AMD, en les rendant plus rapides et plus silencieuses. AMD doit s’inspirer de ce que fait NVIDIA sur ce point. Son dissipateur de référence ne devrait en aucun cas être considéré comme référence, il s’agit plutôt d’un outil de torture pour un GPU qui a par ailleurs de très belles qualités à faire valoir. Du côté d’AMD, on devrait remercier Arctic pour le sursis offert.