Wraz z premierą nowych mobilnych kart graficznych z rodziny Ampere, Nvidia zrezygnowała z dotychczasowego oznaczania za pomocą określenia Max-Q bardziej energooszczędnych i mniej wydajnych wariantów swoich GPU. Zamiast tego, w założeniach Nvidii, producenci laptopów będą podawać TGP układu, czyli moc, z jaką działa dane GPU w konkretnym modelu laptopa. W tym artykule wyjaśniamy czym jest TGP i jak wpływa na wydajność układu graficznego.
To samo GPU temu samemu GPU nierówne
Ze względu na duże różnice w wydajności, przez ponad dekadę układy graficzne w komputerach przenośnych były wyraźnie oznaczone i różniły się nazwą od kart przeznaczonych do komputerów stacjonarnych. W przypadku AMD było to dodatkowe słowo Mobility w nazwie lub/i litera M. Podobnie było z układami Nvidii, które zamiast GTX mogły mieć w nazwie jedynie GT, a przede wszystkim literę M na końcu. To jednoznaczne wskazywało, że są to układy energooszczędne, o mniejszej wydajności, niż karty desktopowe. Niestety Nvidia zakończyła tę dobrą praktykę wraz z wprowadzeniem na rynek układów GTX serii 1000, a GPU przeznaczone do laptopów otrzymały nazwy, które uniemożliwiły ich odróżnienie od kart desktopowych. Układy Nvidii choć miały identyczną nazwę i na ogół oparte były na tych samych rdzeniach GPU, to jednak w laptopach, ze względu zwłaszcza na ograniczone możliwości odprowadzenia ciepła, miały dużo niższe limity mocy ograniczające ilość emitowanego ciepła. Żeby ich nie przekraczać, GPU musiało działać na niższym napięciu z dużo niższym taktowaniem, co przekładało się oczywiście na mniejszą wydajność w porównaniu do kart desktopowych. Dopiero po jakimś czasie Nvidia postanowiła wprowadzić oznaczenie Max-Q. To jednak nie dotyczyło wszystkich układów mobilnych, a jedynie tych najbardziej energooszczędnych wariantów. Co jeszcze bardziej mylące, nawet układy o identycznej nazwie (z dopiskiem Max-Q jak i te bez niego) w różnych laptopach mogły nieco różnić się mocą, a wielu przypadkach teoretycznie mocniejsze GPU oferowało niższą wydajność niż słabszy model, ale o wyższej mocy. Tym samym nawet znając dokładny model karty kupujący nie był w stanie określić, jak wydajny jest układ w danym urządzeniu.
Nowy (lepszy?) standard
Najnowsze rozwiązanie Nvidii zakłada, że wszystkie układy mobilne, niezależnie od mocy, będą cechować się nazwą zawierającą jedynie niewiele znaczący dopisek „Laptop GPU”. Natomiast to producenci laptopów będą odpowiedzialni za informowanie o przybliżonej wydajności graficznej i poza taktowaniem GPU, będą podawać również TGP, czyli maksymalną moc układu graficznego.
Niestety na razie taka informacja jest mniej dostępna (wielu producentów wciąż nie podaje jej w specyfikacji laptopa), ale trzeba przyznać, że jest to dużo bardziej precyzyjne rozwiązanie (jednak nic nie stało na przeszkodzie, żeby najbardziej energooszczędne układy wciąż były wyraźniej oznaczone).
Równocześnie zmianie uległo znaczenie Max-Q. Choć Nvidia zrezygnowała z widocznego oznaczenia za jego pomocą kart o niższej mocy i wydajności, to samemu określeniu nadała nowe, dużo szersze znaczenie, które odnosi się teraz praktycznie do wszystkich nowych układów mobilnych i oznacza wsparcie dla kilku technik, w tym, istotnego w kontekście tego artykułu, Dynamic Boost 2, który dodatkowo może zwiększyć moc GPU kosztem mocy procesora. Dodatkowa moc może mieć wartość od 5W do 25W. Według portalu videocardz.com na rynku jest obecnie co najmniej 28 wariantów mobilnych układów graficznych z rodziny Ampere różniących się od siebie mocą: 11 wariantów RTX-a 3080, 6 wariantów RTX-a 3070 oraz 11 wariantów RTX-a 3060. Dodatkowo każdy z nich w różnych laptopach może mieć inną wartość dla Dynamic Boost 2, zatem faktyczna ilość konfiguracji mocy układów graficznych jest ogromna.
Jak wspominaliśmy, jeszcze nie wszyscy producenci podają moc układu w specyfikacjach swoich produktów. Tym bardziej przed wyborem laptopa radzimy zapoznać się z jego recenzjami. Natomiast łączną, maksymalną moc układu graficznego (TGP) w urządzeniu możemy samodzielnie sprawdzić w Panelu Sterowania Nvidia w zakładce Informacje o systemie.
Czym jest TGP?
Maksymalna moc karty graficznej, czyli to ile pobiera mocy (i ile ciepła musi odprowadzić jej układ chłodzenia) może być wyrażona za pomocą kilku parametrów. W przypadku układów mobilnych, obecnie najczęściej stosuje się parametr TGP (Total Graphics Power). TGP określa w watach (W) faktyczną, całkowitą moc prądu jaką maksymalnie może pobierać układ graficzny i obejmuje moc GPU, kości pamięci VRAM i kilku innych mniejszych komponentów. Ilość pobieranej mocy zależy zarówno od budowy (mikroarchitektury) i charakterystyki samych podzespołów, jak i od napięcia elektrycznego z jakim pracują. W przypadku GPU napięcie może być płynnie regulowane, a im wyższe napięcie, tym wyższa może być częstotliwość taktowania, a co za tym idzie, wydajność GPU. Niestety wraz ze wzrostem napięcia, wzrasta też ilość wydzielanego ciepła. W przypadku laptopów o ograniczonych możliwościach chłodzenia, moc układów graficznych musi być dostoswana do tego, ile ciepła jest w stanie odprowadzić układ chłodzenia, tak aby nie doszło do przegrzania komponentów. Dlatego producenci komputerów przenośnych muszą ograniczyć ilość generowanego ciepła za pomocą limitu TGP. Najczęściej jest on znacznie niższy, niż w przypadku kart desktopowych, zatem wydajność układów graficznych w laptopie jest na ogół znacznie mniejsza, niż bazujących na takim samym GPU kart w komputerach stacjonarnych.
Jak działa limit mocy?
W przypadku mobilnych układów graficznych limit mocy TGP jest na ogół stały, a użytkownik laptopa najczęściej nie ma możliwości jego zmiany. TGP układu nie definiuje jednak konkretnego stałego maksymalnego taktowania z jakim może działać dany układ graficzny. Choć GPU układów graficznych o różnych TGP mają określone taktowania podstawowe oraz taktowania w trybie Boost (1.0), to współczesne GPU dzięki technice Boost 3.0/4.0 oraz zapisanej w oprogramowaniu układowym krzywej taktowania w zależności od napięcia mogą oportunistycznie zwiększać napięcie, a co za tym idzie, podnosić taktowanie. Na przykład podczas gry taktowanie może wzrastać do póki wymagane do tego napięcie nie spowoduje przekroczenia limitu mocy (TGP) lub limitu temperatury. W ten sposób TGP determinuje taktowanie GPU, a więc i wydajność układu graficznego. Trzeba jednak pamiętać, że w zależności od zastosowania, elementy układu graficznego czy różne podjednostki GPU mogą być obciążone w różnym stopniu, zatem mogą wymagać różnego napięcia i emitować różną ilość ciepła, zatem w obrębie tego samego limitu mocy taktowanie GPU w różnych grach może się różnić.
Dynamic Boost 2
Trzeba również dodać, że w najnowszych mobilnych układach graficznych na maksymalne TGP składają się dwie wartości: podstawowe TGP oraz dodatkowa moc, która jest przydzielana GPU z puli procesora, kiedy ten nie jest intensywnie obciążony (np. podczas gier) a zredukowanie jego mocy na rzecz układu graficznego wpłynie pozytywnie na sumaryczną wydajność. Taka funkcja nosi nazwę Dynamic Boost 2, a dodatkowa moc przekazana w ten sposób może mieć od 5 do 25W.
Wydajność a TGP w praktyce – testy
Choć maksymalne TGP mobilnego układu graficznego jest jak już wspomnieliśmy stałe (i uwzględnia już Dynamic Boost 2), tak niektórzy producenci dają możliwość obniżenia mocy układu np. żeby laptop pracował ciszej lub podczas obciążenia utrzymywał niższe temperatury. Jednym z urządzeń z bardzo rozbudowaną możliwością takiej regulacji limitu TGP jest laptop Hyperbook Pulsar V15 wyposażony w układ RTX 3060 Laptop GPU, którego maksymalne TGP może wynosić aż 130W (115W + 15W w ramach Dynamic Boost 2). W aplikacji Control Center mamy możliwość regulacji mocy układu co 1 wat w zakresie od 80 do 115 watów oraz dodatkowo zmiany wartości mocy Dynamic Boost od 5 do 15 watów. Niestety opcja całkowitego wyłączenia Dynamic Boost nie działa poprawnie, zatem najmniejszą mocą z jaką mógł działać układ graficzny było 85 watów.
Dysponując takim laptopem postanowiliśmy sprawdzić, jak moc układu przekłada się na taktowanie, temperatury i wydajność w grach. Pierwszy przeprowadzony test miał na celu pokazać jak TGP przekłada się na taktowanie, temperaturę i wydajność w grze Shadow of the Tomb Raider. Żeby ograniczyć wpływ samej temperatury test przeprowadzany był na laptopie ze zdemontowanym dolnym panelem i wentylatorami układu chłodzenia działającymi na maksymalnych obrotach. Parametry układu były logowane przez 10 minut. Pierwsze pięć minut było pomijane, a z kolejnych pięciu wyciągana była średnia: taktowania GPU, temperatury GPU, raportowanej mocy oraz liczby generowanych klatek na sekundę. Jak widać, wraz ze wzrostem TGP zwiększa się taktowanie, temperatura GPU oraz płynność animacji. Wzrost ten jednak nie jest równomierny. Ponadto od pewnego momentu wzrost taktowania i wydajności wyraźnie zwalnia. To naturalne, im wyższa częstotliwość tym więcej mocy potrzeba, żeby ją przekroczyć. Warto też zauważyć, że niemal 50%-owy wzrost raportowanej mocy układu (z 84,6W do maksymalnych 124W, co wiązało się też z podniesieniem temperatury aż o ponad 22 stopnie Celsjusza) przełożył się na jedynie 12%-owy wzrost wydajności.
Drugi przeprowadzony test znacznie różnił się od poprzedniego. W tym przypadku zależało nam na praktycznym wpływie mocy na wydajność laptopa, zatem testy przeprowadziliśmy już przy zamkniętej obudowie laptopa i na domyślnych ustawieniach wentylatorów układu chłodzenia. Dzięki temu mogliśmy otrzymane wyniki porównać z kilkoma laptopami wyposażonymi w inne układy graficzne o różnym TGP. Do testów wybraliśmy grę Wiedźmin 3 oraz miejsce testowe ekstremalnie obciążające GPU, w którym wydajność procesora praktycznie nie ma wpływu na ostateczną wydajność.
Z powyższego wykresu można wyciągnąć kilka bardzo ciekawych wniosków:
- RTX 3060 Laptop GPU działający z mocą 130W oferuje wydajność zbliżoną do RTX-a 2080 SUPER Max-Q o mocy 90W spotykanego jedynie w bardzo drogich laptopach
- RTX 3060 Laptop GPU o mocy 95W lub wyższej, jest wydajniejszy od RTX-a 3070 Laptop GPU o TGP 85W
- Różnica w wydajności RTX 3060 Laptop GPU o mocy 85W a 130W to nieco ponad 10%, natomiast wzrost zapotrzebowania na moc jest ponad 50 procentowy
- RTX 2080 o TGP 150W jest zdecydowanie wydajniejszy od teoretycznie mocniejszego RTX-a 2080 SUPER Max-Q, ale o mocy jedynie 90W
- RTX 2080 o TGP 150W wyprzedza nawet najnowsze RTX-y 3080 o mocy 95-130W
Choć wnioski są bardzo ciekawe, trzeba jednak pamiętać, że nie są one uniwersalne dla wszystkich gier i zastosowań. Wydajność w wielu grach, w zależności od ustawień może zależeć od w większej mierze od zalet nowej architektury, szybkości pamięci VRAM czy wydajności rdzeni RT niż od wyższego TGP i taktowania.
Posumowanie
Ogromna ilość konfiguracji mocy układów graficznych w laptopach wraz ich niejasnym oznaczeniem może stanowić problem dla mniej zaawansowanego użytkownika. Choć mobilne układy graficzne często mają identyczne nazwy, to jak pokazują nasze testy, mogą znacznie różnić się wydajnością. W wielu przypadkach teoretycznie słabsze GPU wypada w praktyce lepiej, niż wyższy i droższy model, ale o niższym TGP. Trzeba zatem pamiętać, żeby przed wyborem laptopa sprawdzić w jego specyfikacji moc układu graficznego lub wcześniej przeczytać jego recenzję. W ten sposób trafnie wybierzemy odpowiadający nam laptop, a możliwe, że i zaoszczędzimy dużo pieniędzy.
