Comment concevoir un radiateur GPU passif ?
Dans notre article « Test : une GeForce GTX 1050 Ti peut-elle être passive ? », nous avions tenté – et échoué de peu – de refroidir une carte graphique avec un gros radiateur sans aucun ventilateur. Sans aucune ventilation, nous avions dû nous rendre une fois encore à l’évidence : c’était mission impossible. Mais voici que deux constructeurs sortent simultanément des cartes censées résoudre la quadrature du cercle : la RX 460 4GB Passive Heatsink Edition de XFX et la GTX 1050 Ti KalmX 4GB de Palit. Notre réputation de bricoleur étant en jeu, nous nous devions de vérifier si ces modèles étaient effectivement capables de faire mieux.
Mission impossible ?
Bien sûr, un radiateur spécialement conçu pour un refroidissement passif donnera de meilleurs résultats qu’un autre prévu pour travailler avec un ventilateur : on peut orienter les lamelles de manière intelligente et aussi prévoir un plus grand espace entre celles-ci, pour que l’air puisse passer plus aisément. Notre expérience de testeur nous laisse pourtant très sceptiques quant à la viabilité d’une telle solution.
Nous allons donc tester ces cartes dans trois cas de figure : à l’air libre sur une table de benchmark, dans un boitier sans ventilateur, et dans un boitier ventilé. Dans le dernier cas on distinguera deux configurations : d’abord avec un seul ventilateur à l’avant, c’est a dire quand le boitier est en surpression par rapport à l’extérieur, puis avec deux ventilateurs, un à l’avant, l’autre à l’arrière, ce qui simule un boitier en dépression par rapport à l’extérieur.
Deux conceptions opposées
Il est intéressant de noter que les deux fabricants ont choisi des voies complètement différentes dans la construction de leur radiateur. Tandis que la Palit semble en mesure de produire son propre flux d’air via des lamelles orientées à la verticale, la carte XFX semble quant à elle vouloir profiter d’une ventilation boitier de l’avant vers l’arrière.
Avant de les ausculter en détail, jetons tout de même un coup d’œil aux spécifications techniques des deux modèles :
XFX RX460 Passive Heatsink Edition 4Go
151€ > Amazon| GPU | Baffin PRO (Polaris 11) |
|---|---|
| Fréquence de base | 1090 MHz |
| Boost | 1220 MHz |
| Mémoire | 4 Go GDDR5 / 1750 MHz |
| Bus mémoire | 128-bit |
| Bande passante | 112 Go/s |
| Nb. shaders | 896 |
| TMU | 56 |
| ROP | 16 |
| Consommation repos | 12 W |
| Consommation en jeu | 62 W |
| Consommation stress test | 58 W |
| Dissipateur | Passif, ailettes à l'horizonale |
| Température max GPU (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 92 °C / 79 °C |
| Température max VRM (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 89 °C / 78 °C |
| Longueur | 20,2 cm |
| Hauteur | 12,5 cm |
| Épaisseur | 3,5 cm |
| Poids | 337 g |
Palit GTX 1050 Ti KalmX 4Go (Passive)
192,29€ > Amazon| GPU | GP107-400-A1 (Pascal) |
|---|---|
| Fréquence de base | 1290 MHz |
| Boost | 1392 MHz |
| Mémoire | 4 Go GDDR5 / 1752 MHz |
| Bus mémoire | 128-bit |
| Bande passante | 112 Go/s |
| Nb. shaders | 768 |
| TMU | 48 |
| ROP | 32 |
| Consommation repos | 8 W |
| Consommation en jeu | 58 W |
| Consommation stress test | 58 W |
| Dissipateur | Passive Cooling, Fins Vertically Orientated |
| Température max GPU (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 87 °C / 76 °C |
| Température max VRM (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 80 °C / 74 °C |
| Longueur | 18,3 cm |
| Hauteur | 13,7 cm |
| Épaisseur | 3,5 cm |
| Poids | 466 g |
La Palit GTX 1050 Ti KalmX est bien meilleure sur le papier, mais ce n’est pas le propos. Car avant de nous préoccuper des performances en jeu, il faut tout d’abord vérifier que les cartes sont en mesure de fonctionner. Les belles promesses marketing ne valent en effet rien si la carte cesse de fonctionner à la première occasion.
Méthode de test
Pour ce comparatif, nous avons eu recours à notre tout nouveau système de test. Si vous voulez en savoir plus, vous pouvez consulter l’article que nous avons consacré à nos nouvelles méthodes de test des cartes graphiques.
XFX RX 460 4 Go Passive Heatsink Edition
La carte reprend le même look que feu les cartes de la série iCooler de HIS. Logique, puisque HIS et XFX appartiennent dorénavant toutes deux à Pine. C’est donc XFX qui reprend le flambeau des cartes passives et nous présente sa XFX RX 460 4GB Passive Heatsink Edition. Elle carte s’inspire grandement des précédentes HIS, que ce soit l’orientation des lamelles ou la taille du radiateur.
Une carte mini-format
Première impression : petite, mignonne et légère… seulement 337 grammes ! Le radiateur dépasse un peu du PCB, la carte mesure ainsi de l’équerre PCI à l’extrémité du radiateur 20,2 cm. Elle est large de 12,5 cm (du port PCIe à l’extrémité du caloduc sur le haut) et épaisse de 3,5 cm, ce qui en fait une dual-slot.
L’arrière de la carte révèle le PCB, long de seulement 16,5 cm. Pas de plaque arrière, pas de courbure des lamelles vers l’arrière de la carte pour augmenter la surface de dissipation. XFX fait simple et nous le remercions : la carte passera sans problème même dans les boitiers ITX les plus étroits.
Coté slot PCIe, on observe l’extrémité des deux caloducs nickelés de 6 mm d’épaisseur. Comme les lamelles sont à l’horizontale, il a bien fallu se résoudre à placer les caloducs de cette façon, ce qui a pour conséquence une carte presque 3 cm plus haute.
L’extrémité de la carte est complétement ouverte, comme de coutume sur une carte à refroidissement passif. L’équerre PCI est peu pourvue en sorties, et possède de nombreuses aérations. On retrouve une sortie DVI-D, une DisplayPort 1.4 et une sortie HDMI 2.0.
Analyse des composants
Observons les composants sur le PCB en retirant le système de refroidissement. Les convertisseurs de tension sont une nouvelle fois placés du côté de l’équerre PCI. C’est logique puisque la carte est ravitaillée en courant par le port PCIe de la carte mère et que les connecteurs pour l’alimentation 12 V sont placés tout au début de cette dernière.
XFX a choisi de la mémoire Samsung comme sur la carte de référence AMD. Les modules K4G80325FB-HC28 ont une capacité respective de 8 Gbit (32×256 Mbit), une plage de tension allant de 1,305 à 1,597 V et une fréquence maximale de 1750 MHz. Les modules mémoires sont donc moins rapides que sur la Radeon RX 470, mais ils devraient aussi chauffer beaucoup moins.
Observons plus en détail les étages d’alimentation. XFX se repose sur un contrôleur PWM à double sortie, le TR8880 de Realtek. C’est une solution originale qui a le mérite de simplifier grandement le design des VRM. Ce contrôleur intègre en effet trois drivers pour l’alimentation du GPU et aussi un quatrième, séparé, pour la mémoire. On a donc affaire à un système à 3+1 étages.
Chacun des étages du GPU est équipé d’un MOSFET canal N M3092 pour le haut étage et de deux MOSFET canal N M3098 pour le bas étage. Les bobines sont assez grossièrement encapsulées dans de la ferrite. Comme elles n’ont à lisser que les 45 W du GPU, elles devraient cependant largement suffire et dans l’idéal, rester discrètes.
Le courant de la mémoire est converti par un duo très conventionnel de MOSFET canal N M3098 de haut et bas étage, puis lissé par une petite bobine encapsulée semblable à celles produites par Foxconn.
Consommation et respect des normes
La consommation n’est pas très élevée, ce qui n’étonne pas sur une solution à refroidissement passif. En jeu, la carte consomme 62 W et en stress-test, on redescend à 58 W. La limite de consommation étant fixée à 60 W, il sera difficile de faire mieux, même si on relève de courts pics, qui ne sont cependant pas pris en compte dans notre mesure finale.
Les deux graphiques ci-dessous montrent l’évolution de la consommation pendant 2 minutes en jeu et lors du stress-test. Nous nous basons sur ces mesures pour établir la consommation moyenne.
Passons maintenant à l’évaluation de l’intensité du courant. Que ce soit en jeu ou lors du stress-test, la carte graphique reste nettement en dessous de la limite de la norme PCI SIG qui stipule que l’on peut tirer au maximum 5,5 A sur l’alimentation 12 V de la carte mère.
Radiateur sous-dimensionné
Ôtons le radiateur en dévissant les quatre vis du socle du GPU. On découvre alors un bloc de refroidissement en cuivre sur lequel vient se superposer un second bloc d’aluminium. Entre les deux se logent deux caloducs nickelés de 6 mm d’épaisseur. Le bloc d’aluminium supporte le radiateur et les caloducs répartissent la chaleur entre les ailettes en aluminium.
Voici un résumé des caractéristiques techniques de la carte :
XFX RX460 Passive Heatsink Edition 4Go
| GPU | Baffin PRO (Polaris 11) |
|---|---|
| Fréquence de base | 1090 MHz |
| Boost | 1220 MHz |
| Mémoire | 4 Go GDDR5 / 1750 MHz |
| Bus mémoire | 128-bit |
| Bande passante | 112 Go/s |
| Nb. shaders | 896 |
| TMU | 56 |
| ROP | 16 |
| Consommation repos | 12 W |
| Consommation en jeu | 62 W |
| Consommation stress test | 58 W |
| Dissipateur | Passif, ailettes à l'horizonale |
| Température max GPU (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 92 °C / 79 °C |
| Température max VRM (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 89 °C / 78 °C |
| Longueur | 20,2 cm |
| Hauteur | 12,5 cm |
| Épaisseur | 3,5 cm |
| Poids | 337 g |
Palit GTX 1050 Ti KalmX 4Go
Palit est un habitué des cartes à refroidissement passif et commercialise depuis plusieurs années une GeForce GTX 750 Ti KalmX. On ne remarque pas de grande évolution du radiateur entre la nouvelle GeForce GTX 1050 Ti KalmX et l’ancienne GTX 750 Ti KalmX. On peut donc se demander dans quelle mesure ce système de refroidissement est toujours pertinent, et quels compromis il va falloir faire en termes de performance.
Le compromis le plus évident se fait au niveau de la fréquence, puisque celle-ci a été réduite à 1291 MHz (1392 MHz en Boost). Mais on sait que ces chiffres n’ont pas grand-chose à voir avec les fréquences réelles de fonctionnement ; nous en reparlerons plus loin, une fois la carte poussée dans ses derniers retranchements.
Design, haut, mais peu épais
La carte pèse seulement 466 grammes, à peine plus que la carte XFX. Elle mesure 18,3 cm de long, 13,7 cm de large et 3,6 cm d’épaisseur, ce qui en fait une carte double slot particulièrement compacte mais très haute.
Palit a renoncé à intégrer une plaque arrière au dos du PCB et, contrairement à la génération précédente, les ailettes ne dépassent plus au dos du PCB. La carte se prête donc parfaitement à une installation dans un système ITX et ne butera pas sur un radiateur CPU trop volumineux.
Pour mieux répartir la chaleur, Palit emploie deux caloducs nickelés de 6 mm de diamètre qui viennent se fondre dans un bloc en cuivre. Comme sur le modèle précédent, les ailettes sont orientées à la verticale. Cela permet à la carte de générer par elle-même un flux d’air vers le haut, mais n’est pas idéal pour profiter du courant d’air dans un boitier ventilé à l’avant.
Cette orientation verticale des ailettes peut devenir un handicap lorsque la carte est placée à la verticale, comme c’est le cas dans de nombreux mini-boitiers ou solutions Mini ITX. Dans ce cas la, les cartes dont les ailettes sont orientées à l’horizontale prennent l’avantage. C’est le cas des cartes HIS et désormais XFX.
Les sorties disponibles sur l’équerre PCI se limitent au minimum syndical : une sortie DVI-D, une sortie HDMI et une sortie DisplayPort 1.4. La place ainsi économisée est dévolue à une grille en nid d’abeille, qui ne nous semble cependant pas très utile avec des ailettes à la verticale.
Un PCB ultra court
Palit a fixé sur sa nouvelle mouture une limite de consommation raisonnable, comme le suggère l’absence d’un câble d’alimentation PCI externe. Comme le PCB est issu d’une Palit GTX 1050 Ti normale, on retrouve cependant les emplacements dédiés à un connecteur d’alimentation à 6 broches. On remarque aussi que tous les convertisseurs de tension ont été placés du côté de l’équerre PCI.
Sur les trois étages d’alimentation du GPU prévus sur le PCB, Palit en a conservé deux.
Contrairement à XFX, Palit utilise des modules mémoire Micron d’une capacité de 8 Gbit (32×256 Mbit) et dont la fréquence est revue à 1752 MHz, ce qui permet de ne pas devoir les refroidir activement. Enfin, en théorie, puisque les modules Micron, on le verra, chauffent plus que les Samsung.
L’alimentation GPU est gérée par un contrôleur PWM uP9509 de chez Semiconductor Corp. Chacun des deux étages transforme le courant grâce à un MOSFET canal N 4C019 en haut étage et un duo de MOSFET canal N 4C024. Les bobines sont en ferrite encapsulée protégées d’une coque et placées à la main sur le PCB.
Pour l’alimentation de la mémoire, on a recours à un convertisseur Buck RT8128 de Realtek et pour le haut et le bas étage, à un MOSFET canal N 4C024.
Consommation et respect des normes
La consommation de la carte est semblable à celle de la RX460 de XFX, c’est-à-dire très modérée, comme il se doit sur une carte refroidie passivement. En jeu, la carte consomme un peu moins de 58 W, tandis qu’en stress-test, on dépasse un peu les 58 W. La limite de consommation est fixée à 60 W. En termes de consommation, les deux cartes se situent donc au même niveau, bien que les performances de la carte GeForce soient supérieures.
Les deux graphiques ci-dessous montrent l’évolution de la consommation pendant 2 minutes en jeu et lors du stress-test. Nous nous basons sur ces mesures pour établir la consommation moyenne. 
Passons maintenant à l’évaluation de l’intensité du courant. Dans tous les cas de figure, la carte graphique reste nettement en dessous de la limite de la norme PCI SIG qui stipule que l’on ne peut que tirer au maximum 5,5 A sur l’alimentation 12 V de la carte mère. 
Système de refroidissement
Le bloc de refroidissement se laisse facilement démonter en dévissant simplement les quatre vis qui le maintiennent sur le socle du GPU. On découvre alors un bloc de refroidissement en cuivre sur lequel vient se superposer un second bloc d’aluminium. Entre les deux, viennent se loger deux caloducs nickelés de 6 mm d’épaisseur. Le bloc d’aluminium supporte le radiateur et les caloducs répartissent la chaleur sur les lamelles en aluminium.
Contrairement à XFX, Palit a pensé aussi aux convertisseurs de tension en les recouvrant de pads thermiques, chargés de transmettre leur chaleur. Est-ce que cela suffira ? Nous verrons.
Résumons pour finir les données techniques dans un tableau récapitulatif :
Palit GTX 1050 Ti KalmX 4Go (Passive)
| GPU | GP107-400-A1 (Pascal) |
|---|---|
| Fréquence de base | 1290 MHz |
| Boost | 1392 MHz |
| Mémoire | 4 Go GDDR5 / 1752 MHz |
| Bus mémoire | 128-bit |
| Bande passante | 112 Go/s |
| Nb. shaders | 768 |
| TMU | 48 |
| ROP | 32 |
| Consommation repos | 8 W |
| Consommation en jeu | 58 W |
| Consommation stress test | 58 W |
| Dissipateur | Passive Cooling, Fins Vertically Orientated |
| Température max GPU (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 87 °C / 76 °C |
| Température max VRM (sans / avec ventilateurs de boîtier) | 80 °C / 74 °C |
| Longueur | 18,3 cm |
| Hauteur | 13,7 cm |
| Épaisseur | 3,5 cm |
| Poids | 466 g |
Températures, fréquences et performances
Ventilation de boîtier obligatoire !
Mauvaise nouvelle : non, une carte graphique passive n’est toujours pas capable de fonctionner correctement dans un boitier non ventilé. Bonne nouvelle : une carte graphique passive est capable de tenir la distance sur un test d’une heure sur une table de benchmark, c’est à dire à l’air libre. Toutefois, on est loin des performances annoncées.
Les deux cartes ont échoué au test boitier fermé sans aération. Précisons que dans ce boitier, nous avions exclu la chaleur engendrée par le CPU et que le boitier était aussi ouvert que possible pour un boitier que l’on se devait de pouvoir qualifier encore de fermé.
On remarque tout de suite que la carte XFX, dont le radiateur est nettement plus petit, a beaucoup plus de mal à être refroidie que la carte Palit. Alors que la Palit GTX 1050 Ti KalmX 4GB mijotait encore à la plus basse fréquence, la carte XFX RX 460 a jeté plusieurs fois l’éponge et affichait le damier noir et blanc caractéristique de plantage. Cela signifie que les dispositifs de protection n’avaient même pas fonctionné. Passé 93°C, les deux cartes rendent les armes.
Constat semblable lorsque l’on observe la température au niveau des convertisseurs de tension. Si les MOSFET de la carte Palit ont beau avoir fort à faire en raison de l’absence du troisième étage d’alimentation, les pads thermiques permettent de compenser ce handicap.
Là où le bât blesse pour Palit, c’est au niveau des modules mémoire qui ne sont pas en contact avec le radiateur. Ici, le classement est inversé et les modules mémoire Micron de la Palit s’en sortent beaucoup moins bien que les Samsung sur la XFX.
Tant que l’on n’aère pas le boitier avec deux ventilateurs, la température dépasse les 85°C, c’est à dire la température maximale recommandée par le constructeur. Sur le long terme, de telles températures pourraient endommager les modules de la carte Palit, ce qui relativise les bons résultats précédents.
Thermographie infrarouge
Voici ce que nous caméra infrarouge a enregistré, au cours des trois essais réussis :
Table de bench ouverte
Boîtier fermé, 1 ventilateur
Boîtier fermé, 2 ventilateurs
Les mesures révèlent que certains composants dépassent largement les températures maximales spécifiées par les fabricants. Ce n’est tout simplement pas tenable sur la durée. Palit aurait mieux fait de baisser un peu la fréquence des modules mémoire et ainsi la tension. Ou bien d’opter pour les modules Samsung, qui chauffent moins. NVIDIA a sa part de responsabilité, puisque le fondeur vend ses GPU en packs comprenant aussi la mémoire.
Fréquences réelles
Quel est l’impact de ces températures élevées sur la fréquence ? Pour répondre à cette interrogation, nous avons fait tourner les cartes pendant une heure avant de mesurer la fréquence moyenne atteinte par les GPU sur plusieurs minutes.
Si la RX 460 reste à une fréquence relativement constante dans les différents cas de figure, elle n’arrive jamais à atteindre les 1090 MHz vantés par sa fiche technique de manière stable. La surface de dissipation bien trop petite montre ici clairement ses limites.
La GeForce de Palit fait meilleure figure pour deux raisons. D’une part, son système de refroidissement est clairement supérieur, les 100 grammes de plus signifient plus de surface de dissipation. D’autre part, le système Boost de Nvidia adapte la fréquence beaucoup plus finement. Si la carte montre des signes de faiblesses boitier fermé, elle parvient à se redresser sur la table de benchmark et on arrive à des performances proches d’une carte activement refroidie quand le radiateur profite un flux d’air boitier fermé.
Si on fait les comptes, la Palit GTX 1050 Ti ne concède que peu de performances par rapport à une carte classique, tandis que la XFX RX 460 Passive Heatsink Edition, à la base déjà moins rapide, ne parvient pas à sortir la tête de l’eau.
À la vue de ces résultats alarmants, on se demande une fois de plus si les constructeurs testent correctement leurs cartes et vérifient que ce qu’ils vendent fonctionne en situation réelle. C’est pourtant simple : installer dans un vrai boitier, faire des tests et réaliser pourquoi un tel produit est voué à l’échec.
Performances en jeu
Sniper Elite 4 est jouable au niveau de détail moyen sur les deux cartes. La GeForce GTX 1050 est logiquement plus rapide, mais l’écart est faible et ne justifie pas forcément de payer 40 € de plus. L’utilisation de DirectX 12 ainsi que l’activation du mode Async creusent plus nettement l’écart et le GPU Polaris 11 peut montrer ses muscles.
Les jeux plus classiques en DirectX 11 profitent à la GeForce GTX 1050 Ti qui domine le débat, sans consommer plus. Par contre, la fréquence varie assez fortement en raison de la sensibilité à la chaleur du système Boost.
Verdict : passez votre chemin !
Chacune des deux cartes possède d’indéniables qualités, mais aussi des défauts inexcusables.
XFX RX 460 Passive Heatsink Edition
Cette carte est plutôt mignonne, mais son radiateur sous-dimensionné l’empêche de fonctionner correctement.
XFX aurait pu prolonger un peu le radiateur pour atteindre l’équerre PCI et aussi mieux utiliser la profondeur à disposition entre le PCB et le radiateur. Ou encore diminuer la fréquence à 1000 MHz, et ainsi atteindre les 50 W en diminuant la tension. Mais tout cela ne vend pas, alors XFX a succombé aux sirènes marketing et fait une carte qui ne tient pas ses promesses.
Les bricoleurs envisageront peut-être d’installer un ventilateur ultrasilencieux de 92 voire 120 mm directement sur le radiateur, ce qui résoudrait tous ses problèmes, une carte à refroidissement actif restera moins chère, plus performante et pas beaucoup plus bruyante.
XFX RX 460 Heatsink Edition 4 Go
Palit GTX 1050 Ti KalmX 4 Go
Le modèle proposé par Palit est nettement plus abouti, mais a un talon d’Achille : la surchauffe des modules mémoire. Côté tarif, des cartes à refroidissement actif très discrètes sont disponibles pour 30 € de moins et pourraient lui mener la vie dure.
La carte n’est vraiment utilisable que dans un boitier bien aéré. Et même comme cela, la mémoire mijote toujours au-delà de la température maximale recommandée. Les bricoleurs ajouteront des pads thermiques sur les zones à problème. Ça ne coûte pas grand-chose.
Palit GeForce GTX 1050 Ti KalmX 4 Go
Mission possible, mais…
Les deux cartes fonctionnent tant qu’un ventilateur boitier permet une circulation d’air minimum. On ne peut donc que s’interroger sur l’intérêt de ces cartes, qui souffrent des limitations inhérentes au refroidissement passif, mais qui ont toujours besoin d’un ventilateur pour fonctionner. Aucune des deux cartes ne mérite notre conseil d’achat. N’importe quelle carte à refroidissement actif réalisée correctement les mettra au tapis, que ce soit chez AMD ou NVIDIA.
Nous en appelons une fois encore aux constructeurs : testez vos cartes dans des conditions réelles ! Si c’était le cas, les erreurs élémentaires comme un radiateur beaucoup trop petit ou des modules mémoire bien trop chauds n’auraient pas lieu.
