Nvidia GeForce GTX 780 Ti im Test (4/14)

Performance durch Kühlung - Warum der Kühler so wichtig ist

Oder wie man 30% Taktrate in 2 Minuten verliert!

Viele unserer Leser werden sich sicher fragen wieso wir gerade bei den Highend-Karten so viel Wert auf den Kühler legen und doch recht scharfe Worte zu AMDs aktueller R9 290X verlieren.

Der Kühler ist für eine Grafikkarte vom Kaliber einer GTX 780 Ti oder R9 290X außerordentlich wichtig. Früher als GPUs mit konstanten Taktraten liefen, da wurde eine Grafikkarte laut und heiß, aber die Performance hat sich unter normalen Umständen quasi nicht geändert. Die Taktrate der GPU war nämlich keine Variable. Seit GPU-Boost und Powertune ist das aber anders. Temperatur, Kühler, Lüfter und Taktrate spielen nun Hand in Hand. Zur Variable Lüfterdrehzahl ist nämlich die Variable Taktfrequenz dazu gestoßen.

Damit eine GPU nicht den Hitzetod stirbt, besteht nicht mehr nur noch die Möglichkeit die Lüfterdrehzahl zu erhöhen oder ganz abzuschalten, sondern eben auch die Taktfrequenz zu senken, was dann gleichbedeutend mit einem Performance-Verlust ist. Wenn ein Hersteller heute seine Karte schön leise will, dann muss er dazu keinen guten Kühler verbauen, er kann sich einen angenehmen Lautstärke-Level einfach durch geringe Lüfterdrehzahl, hohe Temperaturen und eine Absenkung der Taktfrequenz erkaufen. Genau das ist aktuell gut bei der AMD R9 290X im Quiet-Modus zu sehen. 

Umgedreht bedeutet dies aber auch, dass eine gute Kühlung direkt zu einer besseren Performance führt, da die Taktrate länger auf hohem Level gehalten werden kann.

In diesem Zusammenhang spielt nicht nur das Design des Kühlers sondern auch das Chipdesign der GPU eine große Rolle. Zuletzt konnte man bereits bei den CPUs sehen das eine kleinere Die-Fläche oft deutlich schwerer zu kühlen ist, da bei gleicher TDP mehr Wärmeleistung pro mm² abgeführt werden muss. Ähnlich sieht das hier bei den GPUs aus. AMD muss auf 455 mm mehr Wärme abführen als Nvidia auf 533 mm. Nvidia hat dazu eine Folie bereitgestellt, die darlegt, dass die abzuführende Wärme bei der R9 290X deutlich über der der GTX 780 Ti liegt. Natürlich ist das zum Teil der übliche Marketingkampf, aber die Auswirkungen zeigen sich hier eben auch in der Praxis.

Um genau diese Auswirkungen einmal zu demonstrieren, haben wir uns eine AMD Radeon R9 290X vorgenommen und sie gegen die GeForce GTX 780 in Sachen Taktstabilität antreten lassen.

Beide Karten wurden auf einem offenen System eingesetzt, also unter idealen Kühlungsbedingungen. Für den Test wurde eine Szene aus Crysis 3 geladen. Im Game wird ein Standbild generiert, das sich nicht ändert um so eine konstante Last und konstante Frameraten zu generieren. Während das Game läuft, wurden dann FPS, Taktfrequenz, Temperatur und Lüfterdrehzahl live aufgezeichnet.

Das folgende Video zeigt die Aufzeichnung der Taktraten der Radeon R9 290X im Quiet-Modus. Wie man hier sieht, hat sich die Karte nach 2 Minuten im Game so stark auf 95 Grad aufgeheizt, dass der Kühler nicht mehr in der Lage ist, die GPU ausreichend zu kühlen. Als Resultat, fällt die Taktrate innerhalb von Sekunden ab einem gewissen Punkt von 1000 MHz auf 727 MHz, also um fast 30%, ab. Die Performance im Game sinkt dabei von 58 FPS auf 47 FPS. Das ist ein Performanceverlust von 19%.

Schaut man sich die gleiche Situation bei der GeForce GTX 780 Ti an, so zeigt sich hier ein komplett anderes Bild. Wichtig dabei ist, dass die GeForce GTX 780 Ti in den Standardeinstellungen bereits bei 83 Grad und nicht erst bei 95 Grad abgeregelt. Bis zu dieser Temperatur hält die Karte einen Takt von 1006 MHz, was deutlich über dem garantierten Takt von 875 MHz liegt. Sobald die 82 Grad erreicht werden, schaltet die Karte einen Gang zurück, um nach einiger Zeit bei etwa 900 MHz zu landen. Die Karte verliert also nur etwa 10% an Takt. Bei den FPS bedeutet dies eine Absenkung von 71 auf 65, was etwa 8.5% entspricht.

Gewährt man der GeForce GTX 780 Ti die gleichen Freiheiten, die Temperatur auf 95 Grad hoch zu schrauben, so stellt man fest, dass die Karte davon keinen Gebrauch macht. Die Karte taktet in dieser Situation konstant mit 1006 MHz und liefert 70-71 FPS. Die Temperatur steigt auf etwa 85 Grad. Man kann hier also recht gut sehen, wie sich die Kühlung und Temperaturlimits direkt in Performance umwandeln.

Nun kann man natürlich die AMD Karte auch durch den "Uber-Mode" dazu bewegen, deutlich mehr zu Kühlen. Leider gibt es dabei einen Unterschied. Der Kühler der AMD Karte besitzt überhaupt nicht die Leistung um die Karte auf Dauer bei akzeptabler Lautstärke kühl zu halten, genau aus diesem Grund gibt es überhaupt erst den Quiet-Modus! Auch im Uber-Mode steigt die Temperatur der AMD Karte zudem schnell auf 95 Grad, die Taktraten werden zwar hoch gehalten, im Laufe der Zeit wird der Lüfter der Karte allerdings durch die hohe Drehzahl so laut, dass man die Karte in diesem Modus nicht wirklich betreiben will. Dazu zeigt sich, dass der Nvidias Lüfter bei gleicher Drehzahl deutlich leiser agiert.

Nvidia kann sich hier also durch die gute Kühlung der GeForce GTX 780 Ti ganz klar Punkte sichern, die AMD aufgrund des unzureichenden Kühlerdesigns der R9 290X einfach verschenkt.