Вся правда о TGP в видеокартах NVIDIA GeForce RTX 30 для ноутбуков08.02.2021 15:02

Привет, Хабр!

С момента официального анонса нового поколения мобильных видеокарт NVIDIA GeForce RTX 30-й серии для ноутбуков в сети появилось множество разной и в тоже время противоречивой информации о новой графике. Мы расскажем о частотах и энергопотреблении новых видеокарт в наших ноутбуках, а также дадим ответ на вопрос, почему одна и та же видеокарта, установленная в разных ноутбуках, может показывать разную производительность, и как выбрать именно то, что нужно вам.

Почему мобильная графика раньше была медленнее десктопной?

Прежде чем переходить к техническим характеристикам мобильных видеокарт GeForce RTX 30-й серии, стоит вспомнить, с чего всё началось. Откуда появилась технология Max-Q, для чего она создавалась и какие преимущества она предоставила пользователям. Давайте вспомним, с чего всё начиналось.

С момента своего появления мобильная графика отставала от аналогичных по названию десктопных версий. В начале нулевых техпроцесс всё ещё измерялся в десятках и сотнях нанометров, и несмотря на то, что топовая десктопная графика того времени не требовала двух- или трёх-слотовых систем охлаждения, уместить её в ноутбуках не представлялось возможным. Ведь остальные электронные компоненты также были большими и требовали больше места для размещения на материнской плате. К тому же системы охлаждения того времени были не так эффективны, как нынешние. В итоге NVIDIA снижала мощность мобильных видеокарт, чтобы сделать возможной их установку в ноутбуки. Даже драйвера для мобильных и десктопных видеокарт в то время различались и выпускались строго по отдельности.

Чтобы пользователи лучше понимали, какая видеокарта устанавливается в ноутбук, мобильная графика обозначалась иначе, чем десктопная. Когда названия серий состояли из одной цифры, в названии мобильной графики появилось дополнительное слово «Go». Например, видеокарта NVIDIA GeForce 4 MX 460 предназначалась для компьютеров, а NVIDIA GeForce 4 Go 460 — для ноутбуков.

Ранее снижение производительности и тепловыделения графики выражалось в понижении тактовых частот. Для сравнения возьмём всё ту же десктопную NVIDIA GeForce 4 MX460 и мобильную GeForce 4 Go 460. Строение видеоядра у двух видеокарт одинаковое: 2 пиксельных конвейера, 4 текстурных блока (TMU) и два блока растеризации (ROP). Изменились только частоты — десктопная GeForce 4 MX 460 работала с частотой 300 МГц, а мобильная GeForce4 Go 460 оказалась на 50 МГц медленнее.

Когда видеокарты NVIDIA стали наращивать количество унифицированных шейдерных процессоров, одного лишь снижения частот стало недостаточно. Чтобы уложиться в теплопакет, с которым может справиться система охлаждения ноутбуков, NVIDIA стала отключать часть шейдерных процессоров в видеоядре.

В 2009 году NVIDIA изменила наименования линеек своих видеокарт, перейдя на сотые серии, ситуация повторилась — к мобильным видеокартам добавилась буква «M». Просто взглянув на модель графики, можно сразу понять, что NVIDIA GeForce GTX 760 создана для стационарных компьютеров, а GeForce GTX 760M — для ноутбуков. Частоты у мобильной графики также были ниже, а в GPU была отключена часть шейдерных процессоров, которые со временем преобразовались в CUDA-ядра благодаря унифицированной архитектуре.

Разница в производительности десктопных и мобильных видеокарт сохранялась до 2016 года, пока NVIDIA не представила архитектуру Pascal и видеокарты GeForce GTX 10-й серии. На этом этапе NVIDIA смогла свести к минимуму разницу между десктопными и мобильными GPU. Для обозначения мобильных видеокарт больше не требовались дополнительная буква, индекс или слово.

У NVIDIA GeForce GTX 1080 и GTX 1060, созданных для ноутбуков и компьютеров, стало одинаковое количество ядер CUDA. Даже у мобильной GeForce GTX 1070 оказалось чуть больше CUDA-ядер по сравнению с её десктопным аналогом. Разумеется, частоты у мобильных и десктопных видеокарт немного различались, но разрыв между мобильной и «полноценной» десктопной графикой в рамках одного поколения стал не настолько большим и заметным, как это было ранее. А в зависимости от эффективности системы охлаждения, разницы могло и вовсе не быть, как, например, в случае с ноутбуком ROG G703.

Появление архитектуры Pascal стало прорывом для тех, кто предпочитал играть на ноутбуках которые, в отличии от компьютера, всегда можно взять с собой. Ноутбуки с видеокартами GeForce GTX 10-й серии легко справлялись с играми того времени.

Появление технологии Max-Q

Игровые ноутбуки с топовой графикой, которая справляется с современными играми — это прекрасно. Однако, у любой медали есть две стороны. Производительная видеокарта непременно будет горячей, для неё потребуется большая система охлаждения, которая во много определяет толщину и вес ноутбука.

Для примера возьмём ROG G703, высокую производительность которого обеспечивал 4-ядерный процессор Intel Core i7–7820HK в паре с видеокартой NVIDIA GeForce GTX 1080. Топовая конфигурация для своего времени! Однако, при толщине в 51 мм и весе в 4,7 кг ROG G703 совершенно точно нельзя назвать ноутбуком, который можно носить с собой на работу каждый день. Скорее, это полноценная замена десктопа, которую при необходимости можно легко перенести в другое место. Главное, не забыть с собой огромный блок питания :).

Пользователям хотелось получить не только мощные, но и тонкие игровые ноутбуки, а производители стремились удовлетворить потребности. Все-таки, ноутбук ассоциируется с компактностью и мобильностью. К тому же, игровые ноутбуки многие используют для работы — мощная начинка одинаково хорошо справляется как с играми, так и с большинством тяжёлых задач, вроде сложных расчётов, обработки фото, видеомонтажа и так далее. Но это требовало создания более энергоэффективных видеокарт, которыми в будущем и стали линейки под названием NVIDIA Max-Q.

В аэродинамике точкой Max-Q называют момент максимальной нагрузки на ракету в атмосфере, который особенно учитывается конструкторами. Компания NVIDIA применила похожий подход при разработке серии видеокарт Max-Q, которые работают на пределе своей энергоэффективности.

Необходимо пояснить, что не стоит путать понятия «энергоэффективность» и «производительность». В первом случае графика работает с максимальной производительностью относительно потребляемой мощности, и не выходит за пределы заложенного лимита энергопотребления. Во втором случае происходит прирост производительности, за который приходится расплачиваться увеличивающимся тепловыделением и энергопотреблением.

Зависимость между потребляемой мощностью и ростом производительности нелинейная. При увеличении потребляемой мощности прирост производительности сперва будет заметным, линейным, а потом, после прохождения точки максимальной эффективности, прирост производительности (который не стоит путать с самой производительностью) замедляется. Проще говоря, видеокарта NVIDIA GeForce GTX 1080 будет быстрее GTX 1080 Max-Q, но при этом потребует улучшенной системы охлаждения и станет потреблять больше энергии.

В результате в 2017 году на рынке появилось два типа ноутбуков: с классической графикой GTX 10-й серии и с графикой Max-Q. Появление линейки Max-Q позволило выпускать тонкие и лёгкие игровые модели, чего не удавалось добиться ранее. Для Max-Q не требуется крупногабаритная система охлаждения. При этом, видеокарты Max-Q остались производительными. Например, топовая версия GeForce GTX 1080 Max-Q оказалась почти в 2 раза быстрее обычной мобильной GeForce GTX 1060.

Благодаря появлению видеокарт Max-Q, мы смогли выпустить тонкие, лёгкие и при этом мощные игровые ноутбуки. Первой моделью стал 15-дюймовый ROG Zephyrus GX501. В ноутбуке толщиной 17,9 мм и весом 2,26 кг была установлена графика NVIDIA GeForce GTX 1080 в дизайне Max-Q в паре с 4-ядерным процессором Intel Core i7–7700HQ. Для рынка ноутбуков 2017 года это стало революцией.

Различия между TDP и TGP

Долгое время энергопотребление видеокарт обозначалось аббревиатурой TDP. Расшифровать эти три буквы можно как Thermal Design Point или Thermal Design Parameter. Значение TDP обозначало, сколько Ватт тепла нужно отводить от кристалла GPU, и не указывало общее энергопотребление видеокарты. Параметр TGP напротив указывает, сколько Ватт потребляет вся видеокарта целиком.

Видеопамять и другие электронные компоненты также потребляют свою часть электричества во время работы. Судя по таблице, реальное энергопотребление видеокарт оказалось заметно выше, чем тепловыделения GPU. Например, у GeForce RTX 2080 разнице между TDP и TGP составляет 67 Ватт, а у RTX 2070 — 55 Вт.

Графика NVIDIA GeForce RTX 30-й серии в ноутбуках ASUS и ROG

За время существования графики NVIDIA GeForce RTX 10-й и 20-й серий, мы успели привыкнуть к тому, что видеокарты для ноутбуков и десктопов стали практически одинаковыми. Однако, выход мобильных видеокарт нового поколения на архитектуре Ampere снова поменял правила игры.

Десктопные видеокарты NVIDIA GeForce RTX 30-й серии оказались не только производительными, но и требовательными к питанию. Согласно официальному сайту NVIDIA, энергопотребление GeForce RTX 3080 составляет 320 Вт, когда как GeForce RTX 2080 Super потребляла 250 Вт. При этом, мы имеем в виду энергопотребление, указанное без заводского разгона и самых пиковых значений.

Разница в энергопотреблении у старого и нового поколения видеокарт оказалась заметной. Впервые видеокарта NVIDIA с одним GPU потребляет более 300 Вт. Учитывая высокое энергопотребление и впечатляющую производительность графики, перед инженерами NVIDIA появилась сложная задача по оптимизации десктопной графики к мобильным реалиям. Если системы охлаждения ASUS и Republic of Gamers легко могут отвести от десктопной видеокарты всё лишнее тепло, то в случае с ноутбуками мы ограничены толщиной корпуса, которая не позволяет установить СО толщиной несколько сантиметров.

В результате, инженерам NVIDIA пришлось вынужденно вернуться к старым методикам –отключению CUDA-ядер. Также при разработке ноутбука стало возможным ограничивать TGP видеокарты как в большую, так и в меньшую стороны. Это означает, что на этапах проектирования и производства можно выставить максимальное энергопотребление согласно возможностям системы охлаждения. В результате на рынке появились ноутбуки с одинаковым названием видеокарт, но разной производительностью, что закономерно привело в замешательство многих пользователей.

Мы всегда открыто рассказываем о компонентах своих игровых ноутбуков. Чтобы у наших пользователей не осталось вопроса, какая именно графика используется в заинтересовавшем ноутбуке, мы публикуем таблицу с данными TGP и рабочими частотами для каждой отдельной модели. Скоро эти данные станут доступны на нашем официальном сайте в разделе технических характеристик на страницах новых ноутбуков.

В таблице указано как энергопотребление видеокарты (TGP), так и дополнительная мощность, потребляемая в режиме Dynamic Boost. Вместе с мощностью в таблице указана частота Boost Clock. Стоит отметить, что это скорее базовые частоты, на которых будет работать GPU. Реальная максимальная частота окажется выше, она зависит от системы охлаждения ноутбука и температуры в конкретный момент.

Теперь разберёмся с новой мобильной графикой на примере. Рассмотрим пять 15-дюймовых ноутбуков с графикой NVIDIA GeForce RTX 3070: ROG Zephyrus Duo 15 SE, ROG Zephyrus G15, ROG Strix SCAR 15, TUF Dash F15 и TUF A15. Для того, чтобы сравнение стало наглядным, поместим ноутбуки в отдельную таблицу.

В сравнении наглядно видно, что производительная система охлаждения Active Aerodynamic System, которая используется в ROG Zephyrus Duo 15 SE, может отвести 130 Вт тепла от видеокарты. Основная мощность в 115 Вт приходится на стандартное энергопотребление (TGP), и ещё 15 Вт — на Dynamic Boost. Если система решит, что возможностей системы охлаждения ноутбука хватит для увеличения нагрузки на графику, то, благодаря GPU Boost, видеокарта получит дополнительные 15 Вт мощности и сможет работать быстрее. В результате её энергопотребление вырастет до 130 Вт.

Системы охлаждения остальных ноутбуков ROG Zephyrus G15, TUF Dash F15 и TUF A15, сделаны по классическому принципу. В них у видеокарт был снижен параметр TGP, чтобы система охлаждения справилась со своей задачей. Вместе с TGP закономерно снизились частоты примерно на 16%, но при этом энергопотребление платы снизилось на 30%.

Заключение

Мы делаем всё возможное, чтобы предложить нашим пользователям полную и разнообразную линейку ноутбуков с разными форм-факторами, производительностью и ценой. Надеемся, что опубликованная информация по энергопотреблению мобильных видеокарт будет для вас полезной, и поможет лучше разобраться в современном рынке игровых ноутбуков, и понять различия в мобильной графике нового поколения в ноутбуках ASUS и Republic of Gamers.