Test : le circuit d’alimentation de la RTX 2080 Ti FE décrypté

Structure

Les premiers tests des GeForce RTX Founders Edition ont été publiés, et beaucoup de discours et d’analyses différentes ont créé la confusion sur le Web concernant l’alimentation de la GeForce RTX 2080 Ti Founders Edition… Sachant qu’en premier lieu, c’est le discours de NVIDIA qui est très confus à l’origine. Il est officiellement question de 13 phases non doublées dont 3 pour la mémoire, afin d’offrir au GPU une qualité d’alimentation optimale. Lors de notre test, nous avons compté 8 phases réelles pour le GPU, d’autres en ont compté 10… Mais notre compte était bien exact, et voici un décryptage total de ce système d’alimentation très original pour ne plus laisser aucun doute possible.

Phase, phase doublée, et phases parallèles

Il est tout à fait possible de doubler par exemple 6 phases en 12 circuits de transformation de tension, ce qui aide à répartir la charge électrique sur plus de composants, afin de les préserver. Le principal avantage consiste à étaler la production de chaleur sur une plus grande surface, pour faciliter sa dissipation et éviter les points chauds sur le PCB.

Pour diviser ces phases, on utilise habituellement un doubleur : une puce qui va gérer la répartition de la charge électrique sur les deux circuits de transformation. Le problème, c’est que ce doubleur prend la main, et empêche alors toute communication entre le contrôleur PWM (qui supervise la livraison d’énergie en gérant notamment toutes les phases) et les SPS (Smart Power Stage).

La seconde possibilité est plus simple : elle consiste à contrôler deux SPS en parallèle sur une phase. Le comportement de chaque régulateur est alors symétrique. C’est aussi bien pour la répartition de la chaleur, permet un contrôle direct par le contrôleur PWM, mais il ne s’agit pas d’une phase doublée.

Combien de phases nécessaires ?

Au delà de tous les discours marketing (12, 13, 14 phases), il faut savoir une chose bien claire : la différence de qualité de l’alimentation est bien palpable entre 6, 7 ou 8 phases (réduction de bruit électrique). Mais au delà de 8 phases, il n’y a aucune amélioration. Les cartes graphiques haut de gamme se contentent d’un maximum de 8 phases réelles pour le GPU, parfois doublées. Voilà pourquoi la RTX 2080 Ti n’échappe pas à la règle. Une alimentation à 10 phases ou plus est totalement inutile en termes de qualité de courant.

Voilà comment NVIDIA montre les bénéfices de l’étage d’alimentation de sa RTX 2080, elle aussi à 8 phases, pour le GPU :

Deux contrôleurs différents !

La confusion est aussi venue du fait que les RTX 2080 Ti Founders Edition prêtées aux journalistes n’avaient pas toutes le même contrôleur PWM : la notre était équipée d’un UPI uP9512P, alors que d’autres étaient équipées d’un MP2888 signé Monolithic. Le MP2888 est le tout premier contrôleur PWM programmable capable de gérer réellement 10 phases, alors que les autres sont limités à 8 phases, comme notre modèle uP9512P. Notez que le MP2888 était d’ailleurs déjà utilisé au sein de la Titan V.

Le MP2888 est plus haut de gamme, un peu plus cher, mais ses capacités maximales très élevées sont totalement hors sujet dans le domaine des cartes graphiques. Cette puce était peut-être trop chère, ou en rupture de stock, il a donc fallu la remplacer par une uP9512P sur certaines cartes.

Combien y a-t-il de phases sur la RTX 2080 Ti Founders Edition ?

Après de nombreuses mesures et examens de la carte, nous avons pu déterminer l’organisation de son étage d’alimentation avec certitude. Certains expliquent que NVIDIA ne double pas les phases, et contrôle les 16 phases de la carte indépendamment. C’est faux.

En fait, même le MP2888 fonctionne en mode 8 phases, et pas à son maximum de 10. Nous avions dit que le GPU était alimenté par 5 phases doublées et 3 phases non doublées. Effectivement, ces 5 phases ne sont pas « doublées », il n’y a d’ailleurs aucun doubleur sur le PCB : elles sont en fait composées de deux SPS en parallèle. C’est la seconde solution dont nous parlions, qui ne coupe pas la communication entre les SPS et le contrôleur PWM. Et c’est aussi valable pour les cartes avec un contrôleur MP2888.

En résumé, nous avons donc bien 5 phases avec deux SPS chacune, et 3 autres phases à SPS unique. Voici exactement ces différentes phases sur le PCB :

Quels bénéfices ?

Nous avons été assez élogieux sur la qualité d’alimentation des nouvelles Founders Edition, nous allons donc pouvoir ici vous montrer vraiment pourquoi.

Pourquoi est-ce « smart » ?

Le contrôleur PWM uP9512P de notre échantillon de test permet une tension de sortie programmable et dynamique, pour ajuster la tension en fonction de la charge exigée. Il est parfait pour ce type d’utilisation. Il est en plus compatible avec le système Open Voltage Regulator Type 4i+ avec fonction PWMVID de NVIDIA. En entrée, le PWMVID est traité et filtré pour déterminer une tension de référence avec une grande précision.

L’autre avantage, c’est la gestion matérielle d’ajustement en temps réel du nombre de phases actives en fonction de la charge. Rien de bien nouveau (c’est déjà ce qui se fait sur les cartes mères haut de gamme, par exemple), mais cette technique a été grandement améliorée au fil du temps. Pour ce type de contrôle, il est inutile d’avoir un très grand nombre de phases, mais simplement d’en coordonner finement 8, en les éteignant en fonction de la charge.

Quand la charge est faible, les trois phases à SPS unique sont parfaites pour gérer l’alimentation de manière très précise. La consommation des RTX est toutefois élevée au repos à cause du contrôleur NVLink, qui reste actif. Un problème qui pourrait être corrigé par une mise à jour de firmware, ou même dans les pilotes des cartes. A priori, cela n’a rien à voir avec l’alimentation VDCC. Le SMBus intégré offre ensuite suffisamment de souplesse pour optimiser les performances et l’efficacité de la carte. Notez que le contrôleur PWM est spécialement compatible avec les Smart Power Stage dont nous parlions, ce qui est aussi très important.

Les SPS sont des FDM 3170 de ON Semiconductor, et sont en fait des MOSFET PowerTrench intégrant tout en leur sein (diode de Schottky, gate driver, en high side et low side). Leur côté « Smart » vient du fait qu’ils peuvent désormais fournir des informations précises sur le courant (iMON) et les températures (TMON), en temps réel et avec une haute résolution de capture. Voilà pourquoi ces derniers doivent absolument pouvoir communiquer avec le contrôleur PWM, et qu’un doublement classique de phase par doubleur est impossible.

Une alimentation plus propre

NVIDIA avait annoncé des variations de charge électrique beaucoup moins importante pendant sa présentation, c’est ce que nous allons tester précisément ici en comparant l’alimentation de la RTX 2080 Ti avec celle de GTX 1080 Ti. Commençons par la fréquence de fonctionnement des phases (switching frequency). D’après nos mesures, les deux cartes sont à 300 KHz dans ce domaine, sans aucun doute possible. Cette fréquence n’a donc pas d’influence dans l’amélioration de l’alimentation des cartes. Notez que les deux contrôleurs PWM peuvent gérer une fréquence d’opération beaucoup plus élevée dans leurs caractéristiques, mais pas ici.

Pour bien faire la comparaison, nous avons overclockée la GTX 1080 Ti pour qu’elle atteigne la même consommation que la RTX 2080 Ti dans le jeu The Witcher 3, soit 280 W environ. Nous avons alors observé des pics à 442 W avec la GTX 1080 Ti. On peut voir sur le graphique de mesure que l’alimentation est un peu en « mode panique », avec des grosses variations : presque 348 W entre les creux les plus bas et les pics les plus élevés ! Un écart qui ne peut que s’agrandir si on augmente l’overclocking.

Avec les nouveaux circuits d’alimentation de la RTX 2080 Ti, les choses vont nettement s’améliorer. Le graphique suivant montre la même charge sur cette nouvelle carte. On constate d’abord que la fréquence de contrôle et de réaction de l’alimentation augmente nettement. La panique n’est plus : toujours pour une valeur moyenne de 280 W, l’écart entre les valeurs hautes et basses se réduit drastiquement à 246 W, soit 111 W de moins ! Le pic de consommation le plus élevé est inférieur de 50 W (377 W). Un excellent progrès.

Encore perfectible ?

La carte doit maintenant corriger sa consommation minimale trop élevée à cause de son contrôleur NVLink. On espère que ce sera possible. D’après nos informations, il existe aussi un problème de bref pic de consommation beaucoup trop élevé observé en laboratoire, dans des conditions extrême. Un problème que ne connaîtront pas les utilisateurs classiques, mais sur lequel NVIDIA est actuellement en train de travailler. Dernier détail : l’overclocking des cartes RTX pourrait être assez frustrant, au delà du scanner automatique. Pour casser les limites très verrouillées des cartes, surtout pour la tension chez Turing, il faudra non seulement faire des modifications matérielles, mais aussi impérativement se munir d’un BIOS spécial. On vous en dira plus bientôt !