Test : comment réduire la consommation, et le bruit, de la Radeon VII ?

Y a de la marge !

Le Radeon Tweaker Group (RTG, à ne pas confondre avec le Radeon Technology Group) est un groupe de passionnés qui s’est donné pour objectif d’améliorer les cartes AMD Polaris, puis Vega, en effectuant des modifications et réglages pointus pour libérer le plein potentiel des GPU AMD, contenir les nuisances sonores, et garder les températures à un niveau raisonnable.

Radeon Tweaker Group : good job !

Les solutions présentées ici sont directement inspirées du travail de ce groupe de passionnés, que ce soit au niveau du montage alternatif, des modifications du refroidissement en passant par les réglages de tension.

Nous tenons à saluer en particulier le travail fourni depuis des années par Gurdi, Hellm, Vento et la Red BIOS Rebellion Team pour leur travail extraordinaire, auquel nous espérons pouvoir contribuer par nos mesures en laboratoire. Car il faut bien quantifier précisément le gain à attendre par ces transformations !

Nous sommes toujours en l’attente de l’arrivée d’un bloc de refroidissement à eau pour la Radeon VII. Bien sûr, nous publierons les résultats obtenus dès que possible. Cette carte reste en effet un terrain de jeu et d’exploration passionnant pour les bricoleurs.

Dans cette première partie, nous nous concentrons sur la Radeon VII, mais il n’est pas exclu que nous poursuivions ensuite avec les cartes de génération précédente.

L’alimentation de la Radeon VII

Comme nous le détaillons dans notre test complet de la Radeon VII, le choix et la répartition des composants sur le PCB sont particulièrement élaborés. Les composants retenus sont assez plats, afin de laisser le plus d’espace possible au radiateur sur cette carte au format dual slot. Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour les modders.

Deux entrées d’alimentation externes à huit broches ravitaillent la carte en courant. Elles sont placées à l’extrémité supérieure de la carte, comme de coutume sur les modèles grand public. On aurait pu incliner les entrées à 180° pour gagner un peu de place, mais ce n’est pas dramatique. La répartition de l’alimentation électrique est plutôt complexe et on ne peut pas simplement additionner le nombre de convertisseurs de tension comme sur d’autres cartes. AMD utilise en effet un nombre important de tensions intermédiaires.

La tension GPU ou VDDCR_GFX (en rouge sur l’image) est gérée par un contrôleur IR35217 d’International Rectifier et qui régule cinq phases. Grâce à un doubleur IR3599 du même fabricant, chacune des phases est reliée à deux circuits de conversion du courant. On obtient ainsi dix circuits de conversion.

Pour gagner de la place, AMD regroupe tous les composants de la conversion de tension dans une seule puce TDA21472 d’Infineon, qui contient MOSFET de high et low side, driver, diode Schottky et contrôleur. Comme chez NVIDIA, c’est un Power Stage moderne, et AMD a choisi ce modèle en raison de la précision du MOSFET-DCR par rapport au moins précis mais plus économique inducteur DCR. Les informations fournies (intensité et température) permettent un meilleur arbitrage de la répartition de la charge.

La gestion de l’alimentation des quatre modules de mémoire HBM2 est gérée par un second contrôleur PWM IR35217. Les phases ne sont pas doublées.

On voit donc que la répartition et le choix des composant sont vraiment bien pensés et qu’on peut sans souci s’adonner à un overclocking… pour peu que le refroidissement suive.

Conso et températures par défaut

Les mesures ont été effectuées au labo dans des conditions aussi proches que possible de la réalité. Au repos, la carte consomme environ 12 W, ce qui est très raisonnable. En jeu, on monte à 289 W et en test de torture, à 307 W, ce qui correspond à peu près au TBP de 300 W. Si on utilise la totalité de la mémoire, avec une résolution 4K ou 5K, on parvient à dépasser les 300 W en jeu.

Lorsque l’on mesure la consommation d’une carte au millième de seconde, on observe des pics bien plus importants qu’annoncés, et ceux-ci peuvent dans certains cas mener à l’arrêt impromptu du boitier d’alimentation. En effet, la consommation moyenne relevée sur plusieurs secondes (la TBP pour “Typical Board Power”), communiquée par le fabricant ou mesurée par la plupart des testeurs, ne permet pas de déduire automatiquement qu’un boitier d’alimentation est capable de soutenir la charge d’une carte graphique actuelle.

Par défaut, la température GPU en jeu dans Witcher 3 en 4K avec les détails au maximum s’élève à 73-74°C, ce qui correspond aussi à la température sous le package, au dos du PCB. Après 30 min de charge, la fréquence atteint 1732 MHz en moyenne. Le gros problème, ce sont les nuisances sonores inacceptables engendrées par les ventilateurs qui tournent à 2935 tpm.

Notre baisse de tension

Ce n’est un secret pour personne, les cartes AMD ont la réputation d’être des bois-sans-soif, en raison d’une tension trop élevée par défaut. Cela permet certes d’exploiter au maximum le potentiel de chaque GPU, mais c’est souvent beaucoup trop. Le fait est que la plupart des puces fonctionnent aussi bien, voire mieux, si on réduit leur tension, et on arrive bien souvent à dompter des ventilateurs rugissants simplement en baissant la tension de quelques millivolts.

On peut appréhender la baisse de tension de deux manières : soit on essaye de conserver la même performance tout en baissant la consommation, améliorant la performance énergétique de la carte, soit on décide d’aller plus loin et de sacrifier de la performance pour obtenir un compromis idéal entre performance et consommation. Nous allons nous pencher sur les deux approches et Gurdi a préparé une scène de test qui permet de tester rapidement la stabilité de la Radeon VII. Car évidemment, personne ne veut d’une carte instable.

Les changements se font simplement dans le logiciel WattMan, même s’il faut dire que ce logiciel n’est pas la panacée en termes de stabilité et de fiabilité. Il faudra donc noter quelque part les réglages effectués avant plantage, de peur que tout le travail ne soit à recommencer. Nuançons tout de même, la plupart du temps, le programme fait son boulot.

Solution de Gurdi : baisse de tension et ventilation agressive

Voici les réglages proposés par Gurdi, la performance et la stabilité sur le long terme ont été vérifiés sur une carte non modifiée, même s’il faut dire que la Radeon VII se montre alors très bruyante. Mais avec le « ghetto mod » appliqué sur le refroidisseur, on n’entend presque plus rien.

Le fameux « ghetto mod » est assez simple à réaliser : il consiste à conserver le dissipateur de base, mais à changer les ventilateurs pour deux gros 120 mm haut de gamme, capable de bien ventiler en restant silencieux. Il faut sacrifier un troisième slot PCI, et trouver un adaptateur du petit 4 broches de la carte vers un Y de deux connecteurs 4 broches PWM classiques.

La galerie suivante montre les résultats obtenus avec ces réglages. On ne peut vraiment que conseiller aux possesseurs d’une Radeon VII de se lancer, tant le gain est important, aussi bien au niveau de la conso que des nuisances sonores.

Solution maison : baisse de tension et ventilation automatique

Ici, on garde le dissipateur d’origine de la carte. La tension est fixée à 935-940 mV, voire un peu moins si on tombe sur une puce conciliante. Nous avons laissé le réglage du milieu à 1304 MHz pour 800 mV. Cette simple adaptation fait des merveilles, on le verra dans la page suivante. Les réglages sont semblables à ceux de Gurdi, mais nous avons laissé les ventilateurs en mode « automatique ». On pourra un peu accélérer la courbe des ventilateurs si on le souhaite, mais ça ne me semble pas nécessaire.

La performance est comparable avec les réglages par défaut, puisque la fréquence atteint les 1759 MHz, tout en ayant une carte nettement moins bruyante sans changer de dissipateur. Les réglages de Gurdi ne font pas beaucoup mieux puisqu’ils plafonnent à 1766 MHz, ce qui donne des résultats en benchmarks presque identiques. Par rapport aux réglages par défaut, l’amélioration en termes de nuisances sonores est saisissante. Et nous ne parlons même pas des résultats en termes de consommation, que l’on verra à la page suivante, et qui valent le détour !

Vidéo du test de stabilité

Le jeu Resident Evil 2 permet de déceler à coup sûr une instabilité système, alors que d’autres jeux tels que Witcher 3, Wolfenstein II ou Superposition / 3DMark tournaient sans problème. Gurdi utilise une scène du début du jeu facilement atteignable via sauvegarde. La vidéo suivante montre de quelle scène il s’agit. Ajoutons que la scène dans le garage souterrain fonctionne aussi.

Conso et températures en sous-voltage

Si au repos et dans des charges modérées, on n’observe pas de différence avec les réglages par défaut, en charge, la consommation diminue dramatiquement ! Dans une des scènes de test, on mesure une diminution de 69 W, alors que la fréquence est légèrement supérieure ! Le résultat est comparable avec celui de Gurdi.

En test de torture, la conso diminue à 60 W, ce qui reste impressionnant. Le plus surprenant, c’est que la performance n’est pas impactée par la baisse de tension, et que la fréquence se montre même plus régulière !

La courbe d’évolution de la tension s’illustre par une diminution de l’intensité des pics de consommation. Ce qui attise notre curiosité quant aux fameux micro pics de tension mentionnés plus haut…

Si on passe à un intervalle de mesure de 10 µs, on remarque que les pics à l’origine de l’instabilité de certains systèmes ont également significativement diminué.

Le graphique à barre suivant révèle une diminution des pics de consommation de presque 100 W. C’est une raison supplémentaire d’envisager la baisse de la tension dans Wattman. Tant qu’un programme permettant de modifier directement les réglages du BIOS n’est pas disponible, il faut bien se contenter de l’outil fourni par AMD, qui s’améliore lentement.

Températures (boîtier fermé)

Si on a réalisé la modification ghetto qui comprend le changement de ventilateurs, la courbe plus agressive des ventilateurs fournie par Gurdi est incontournable. Avec des températures de 60°C sous l’interposer et de 61°C au sein du GPU, il s’ouvre une perspective très alléchante d’overclocking. Mais nous y reviendrons. La fréquence de 1759 à 1767 MHz (sans les baisses ponctuelles observées sur la carte par défaut) offre un boost de performance.

Avec notre solution, en gardant le dissipateur d’origine avec une courbe de ventilation par défaut, les températures sont plus élevées, mais restent en dessous des températures par défaut. Par ailleurs, la carte est tellement plus silencieuse !

Les nuisances sonores baissent de presque 9 dB, à 41 dB. Cela se fait au prix de températures légèrement plus élevées (2°C de plus que sur le réglage par défaut), mais la fréquence se maintient à un niveau similaire. C’est la vitesse des ventilateurs qui diminue énormément, puisqu’on passe d’un infernal 3000 tpm à un bien plus raisonnable 1859 tpm.

Conclusion

Nous avons tout de suite pensé à reprendre nos graphiques de performances par Watt pour replacer la Radeon VII une fois sa tension diminuée. Et le gain est du coup impressionnant (sachant que nous avons gardé les mêmes performances sous The Witcher 3, les fréquences étant presque identiques). La Radeon VII, qui se faisait ridiculiser par la GTX 1080 dans ce domaine, passe finalement devant de manière nette !

Pour ceux qui ne souhaitent pas se lancer dans le remplacement du système de ventilation, nos résultats ont démontré qu’on pouvait tout de même obtenir une carte bien moins bruyante et énergivore. Voilà une possibilité que personne ne devrait négliger. Pour les plus aventureux prêts à remplacer le système de refroidissement par un « ghetto-mod », les réglages fournis par Gurdi seront sûrement mieux adaptés et permettront de se lancer dans un overclocking de la carte.