Scaling come una funzione della tensione
Per determinare il comportamento della scheda come una funzione della sua tensione, abbiamo svolto una serie di test tenendo la temperatura costante. Questo ha richiesto di ridurre la temperatura a -100°C e ricercare un picco di frequenza stabile mentre regolavamo la tensione della GPU.
A 1,1V, il GP102 ha funzionato stabilmente a 2,3 GHz. Grazie alle temperature inferiori, la GPU beneficia concretamente della maggiore tensione - anziché semplicemente surriscaldarsi. Un aumento di 0,1V porta a un miglioramento di 40 MHz.
Il passo successivo è più interessante: lo scaling sembra accelerare, e il salto da 1,2 a 1,3V garantisce un bonus di 70 MHz. Otteniamo un extra di 50 MHz spingendoci a 1,4V, dopo il quale la curva inizia a livellarsi. La tendenza è confermata passando a 1,45V. Qui è dove ci siamo fermati. È inutile continuare a rischiare danni per ottenere poco in cambio. Andare oltre richiede una riduzione delle temperature.
Scaling come una funzione della temperatura
Il nostro obbiettivo qui è lo stesso, salvo che questa volta possiamo variare la temperatura mantenendo una tensione fissa. Il grafico parte a 20 °C con un'impostazione di tensione di 1,35V. Semplicemente non sembrava saggio andare oltre salendo a una temperatura non negativa.
Passare da 20°C a 0°C assicura un miglioramento di 60 MHz. Guardare alla temperatura sembra fare più differenza rispetto alla tensione. Ora capiamo perché MSI ha messo sulla Lightning Z un heatsink così grande.
La soglia di 2300 MHz viene superata a -50°C, e lo scaling sembra quasi lineare da lì in avanti. Siamo arrivati a 2440 MHz a -100°C e 2510 MHz a -130°C. Una frequenza sopra 2,5 GHz che richiede solo 1,35V non è affatto male.
Di solito interrompiamo gli esperimenti al ridimensionarsi dello scaling, ma non è quanto successo qui. Perché fermarci davanti a questo successo? Anzitutto, abbiamo finito l'azoto liquido, malgrado i 200 litri a disposizione. Inoltre è difficile creare queste curve. La pasta termica non ama le temperature negative, il che lo porta a un rapido degrado. Quando ciò avviene, inizierete a vedere un calo della frequenza massima. È più la pasta peggiora, più la frequenza scende. Trovare lo sweet spot operativo richiede il riscaldamento della scheda e poi di nuovo il raffreddamento per assicurarsi che abbiate una buona lettura e non un valore frenato da uno scarso trasferimento termico. Fare tutto ciò consuma una quantità significativa di azoto liquido.
Oltre -130°C non siamo stati in grado di avviare una sessione di test senza che la pasta termica si mettesse sulla nostra strada. Abbiamo provato tre volte prima di finire l'azoto.
La cosa importante da ricordare è che queste schede amano le basse temperature. Il nostro limite di -130°C non è stato imposto dal GP102, ma piuttosto dalla pasta termica. Per deduzione, le frequenze intorno a 2600 MHz dovrebbe essere possibili. Dovete solo trovare il modo di testare a -160°C senza degradazione.
Temperature GPU
Con una lettura di 20°C al tolotto, la nostra GPU riporta una temperatura tra 30 e 40 °C. La temperatura del PCB sale a causa del calore dei chip di memoria e VRM. Non possiamo citare un valore finale per quanto caldo diventa il PCB, tuttavia non si è mai stabilizzato durante i nostri test veloci. Più interessante la temperatura VRM, pari a 74°C. Non c'è niente di cui preoccuparsi; è normale osservare letture elevate con queste tensioni così elevate, in particolare prima che il nostro tolotto si raffreddi.
Quando il sensore interno scende sotto una soglia di 0°C, vediamo la frequenza calare. Nelle nostre precedenti schermate, un OC di +230 MHz ha portato a 2138 MHz. Quindi sareste inclini a pensare che +430 MHz restituisca 2338 MHz. Ma no, abbiamo ottenuto 2282 MHz.
Anche se la differenza non è enorme, dovreste comunque fare attenzione a giocare con temperature attorno ai 0°C, dato che potrebbe entrare in azione un incremento di frequenza casuale. Se avviate un test a -10°C, il boost viene disattivato totalmente e dovrete impostare un offset maggiore per compensare. Poi la temperatura della GPU sale superando 0°C, e il boost entra in gioco con un'accelerazione istantanea di 60 MHz, e la scheda va in crash.
A una temperatura del tolotto di -100°C, la GPU legge -40°C e non si muove. La temperatura del PCB scende anch'essa, le temperature basse del tolotto si diffondono e anche la GDDR5X si raffredda.
I VRM si stabilizzano attorno a 50°C. È una temperatura ideale perché è lontana dal surriscaldamento e una lettura positiva impedisce alla scheda di congelarsi. È la barriera contro la condensazione che abbiamo citato in precedenza.
Variabilità della GPU
Testando sotto raffreddamento aria è possibile ipotizzare come un componente hardware si comporterà sotto azoto liquido. Un processore raffreddato ad aria stabile a 5 GHz e 1,2V si comporterà, senza dubbio, molto meglio con l'azoto di un altro chip che raggiunge appena 4,8 GHz a 1,4V.
Ma quando la differenza tra i sample è ridotta, tutte le scommesse perdono di valore. È totalmente possibile per un circuito che raggiunge 5 GHz a 1,2V ad aria comportarsi peggio di un sample che mantiene 5 GHz a 1,22V non appena si applica l'azoto. Questo è ancora più vero nel nostro caso, dato che le temperature hanno un enorme effetto sul potenziale di overclock.
Una GPU che scala meglio sotto azoto o non soffre di degradazione della pasta termica è destinata quasi sicuramente a emergere. Al contrario, determinate schede a volte nascondono cattive sorprese: si rifiutano di lavorare sotto 0°C. Perciò, abbiamo testato tutte e quattro le schede in modo da capire il loro comportamento. Questo piccolo esperimento è quello che ha consumato la maggior parte dell'azoto liquido.
GPU #1
La nostra prima GPU è stata una vera delusione. In breve non siamo riusciti a fare nemmeno un benchmark sotto -40°C. Una volta raggiunta quella temperatura, la scheda si è "freezata". E da -40 a -110°C, è stato impossibile riavviare. Ma a -120°C è avvenuto un miracolo e il sistema ha iniziato a funzionare di nuovo. Pensavamo fossimo salvi, ma il sensore di temperatura interno ci ha rovinato la festa.
In teoria quando sono troppo freddi, i sensori riportano l'ultimo valore letto o il valore di temperature minore che sono in grado di leggere. Per esempio le motherboard spesso rimangono fisse a -11°C. Nel caso della prima GTX 1080 Ti Lightning Z, le temperature erano sbagliate. Una volta che il sensore toccava il minimo, saltava al massimo. Questo ci ha impedito di avviare un test perché la scheda andava in protezione, pensando di essere sopra 90°C.
GPU #2, #3 e #4
Fortunatamente le tre schede successive hanno collaborato. Siamo stati in grado di overcloccarle sopra 2500 MHz a circa -120°C e 1,45V. La parte più dura era determinare quale fosse la migliore perché i loro risultati erano troppo vicini.
Al fine di assicurarci che il nostro alimentatore non interferisse con gli overclock più alti, abbiamo attivato il suo monitoraggio dei consumi. Con un'impostazione di 1,5V, l'uscita si è avvicinata a 900W. Questo alimentatore da 1200W di Cooler Master ha ancora un po' di margine, anche se il monitoraggio è lento e non riflette i brevi picchi di alimentazione. Abbiamo provato a rimpiazzare il MasterWatt Maker 1200W con un Corsair AX1500i e non abbiamo notato la differenza.
Dati i problemi citati con la degradazione della pasta termica, classificare le nostre tre Lightning Z rimanenti ha richiesto ore. Senza segnali chiari abbiamo tagliato una scheda che si è dimostrata leggermente difficile da riavviare e una seconda che è sembrata un po' più debole rispetto all'ultima scheda. Usando questo sample, abbiamo raggiunto 2570 MHz durante il nostro primo test Time Spy.