BOOST 3.0 ovvero l’overclocking secondo NVIDIA 

NVIDIA con la serie 10 delle sue schede basate sul chipset Pascal, ha completamente cambiato il modo con il quale le sue schede possono essere overcloccate, semplificando decisamente l’intero processo.

L’idea è semplice, permettere a tutti i videogiocatori di sfruttare al massimo la propria scheda senza complicate operazioni. Tradizionalmente infatti la gestione del clock di una scheda è sempre stata, per così dire, lineare. Per aumentare il clock della scheda è necessario un certo voltaggio e questo processo è ben rappresentato dalla classica curva del voltaggio presente in MSI afterburner. Ad ogni punto della curva, che rappresenta un certo voltaggio, corrisponde un certo clock.

Con Boost 3.0 NVIDIA ha mescolato le carte introducendo voltaggio e clock dinamici basati essenzialmente su Power Draw, Thermal Limits e Voltage Limits, ovvero assorbimento energetico, limiti termici e limiti di voltaggio. Il primo indica quanti watt o meglio l’assorbimento complessivo che la scheda avrà a pieno carico; il secondo indica la temperatura massima oltre la quale, al fine di evitarne il danneggiamento, la scheda andrà in thermal throttling, il terzo, come è facile immaginare quanti volts la scheda è autorizzata ad utilizzare. Si tratta di parametri di funzionamento, ma anche e soprattutto di parametri di sicurezza, che permettono un funzionamento corretto e stabile della scheda.

Come è facile immaginare, nonostante il nuovo Boost 3.0 permetta alla gran parte dei videogiocatori di avere una scheda che, in sostanza, si overclocca da sola, le limitazioni imposte da NVIDIA bloccano molte delle potenzialità dei chipset Pascal. Il primo limite è quello del voltaggio, fissato in maniera immutabile a 1.093v. Nessun ABP, ovvero (Authorized Board Partners) è autorizzato a superarlo, tranne che per alcune schede “speciali” come le schede della famiglia MSI Lightning, o le EVGA KingPIN.

L’altro limite è quello all’assorbimento massimo, fissato per le 1080 Ti reference intorno ai 250w (+120%). In questo caso però i produttori sono autorizzati a modificare tali limiti ed, in alcuni casi,  a non imporne affatto (alcune schede ASUS con BIOS XOC, disattivano tutte le limitazioni inerenti assorbimento, voltaggio e limiti termici). Poiché il voltaggio massimo è limitato, la potenza extra che la VGA è autorizzata ad “assorbire” è generalmente non necessaria.

Il limite termico, che di default è fissato a 80 °C e può essere infine alzato fino a 90°C. E’ questo uno dei parametri più importanti, poiché tutta l’energia prodotta genera calore che va dissipato e se questo non è correttamente fatto o per problemi di aerazione nel vostro case, o per problemi di design della vostra scheda, le potenzialità di Pascal verranno generalmente sprecate.  E’ per questo motivo che negli ultimi tempi abbiamo assistito ad un proliferare di versioni customizzate della stessa scheda, anche da parte dello stesso produttore.

Zotac GeForce GTX 1080 Ti AMP! Extreme – la più bella

La Zotac 1080 Ti AMP! Extreme è una delle schede più “belle” in circolazione; il suo design dominato dai grandi led RGB che percorrono tutto l’enorme apparato di raffreddamento della scheda, è indubbiamente spettacolare. Si tratta di led a controllo digitale che possono essere comodamente impostati attraverso l’applicazione FireStorm di Zotac. La Zotac 1080 Ti AMP! Extreme,  se si escludono le versioni KINGPIN e Lightning di cui abbiamo detto, è inoltre una delle schede con clock di base più alto tra quelle in circolazione (Base: 1645 MHz, Boost a 1759 MHz) e soprattutto la più grande, con un ingombro che occupa ben 2,5 slot PCIexpress (quasi tre in realtà), come è possibile verificare dai dati tecnici qui sotto.

Specifiche tecniche Zotac 1080 Ti AMP! Extreme

GPU: GeForce GTX 1080 Ti
CUDA cores: 3584
Video Memory: 11GB GDDR5X
Memory Bus: 352-bit
Engine Clock:
Base: 1645 MHz
Boost: 1759 MHz
Memory Clock: 11.2 GHz
PCI Express: 3.0
Display Outputs:
3 x DisplayPort 1.4
HDMI 2.0b
DL-DVI-D
HDCP Support: Yes
Multi Display Capability: Quad Display
Recommended Power Supply: 600W
Power Consumption: 320W
Power Input: Dual 8-pin
DirectX: 12 API feature level 12_1
OpenGL: 4.5
Cooling: 3 x 90mm fans
Slot: 2.5-Slot
SLI: Yes, SLI HB Bridge Supported
Supported OS: Windows 10 / 8 / 7
Dimensioni: 325 x 148 x 56.6mm
Accessori:
2 x Dual 6-pin to 8-pin mesh wrapped power adapter
Driver disk
User Manual

Si tratta di una scheda sicuramente estrema che si inserisce in un settore premium, anche per il prezzo (circa 800 euro) per chi cerca il top delle performance. Come tante recensioni nazionali ed internazionali hanno evidenziato, però, le differenti versioni custom della 1080 Ti, hanno prestazioni tutte più o meno simili con una differenza ravvisabile principalmente nel sistema di raffreddamento, che come abbiamo visto svolge con NVIDIA BOOST 3.0 un ruolo fondamentale nelle prestazioni in overclock.

Da una scheda così massiccia, che pubblicizza addirittura 16 fasi (!), ci si aspetterebbe un sistema di raffreddamento perfetto, ed invece, nonostante le dimensioni dell’heatsink e la presenza di ben tre ventole, sin dall’inizio sono emersi alcuni difetti di progettazione soprattutto dal punto di vista termico, che di fatto lasciano sprecate gran parte delle potenzialità della scheda.

La scheda in full load opera ad una temperatura di esercizio intorno ai 66/68 gradi se si lasciano impostate di base tutte le opzioni principali. A questa temperatura, la rumorosità delle ventole si attesta intorno ai 40dB. La scheda insomma si fa sentire ed è decisamente il componente più rumoroso del nostro rig. Le temperature non sono per nulla diverse da quelle delle altre 1080 ti custom di tutti gli altri produttori. Se da un lato questo ci fa stare tranquilli, dall’altro ci chiediamo: a cosa serve questo enorme heat sink, le tre ventole e l’occupare ben tre slot PCI Express se le temperature sono le medesime di altre schede?

Utilizzando un sistema di misurazione della temperatura delle VRM sveliamo immediatamente l’arcano: sotto un piccolo heatsink apposito, le VRM operano in un range compreso tra i 90 ei 100° celsius: siamo ancora al di sotto del range operativo massimo dei componenti, ma è decisamente un valore troppo elevato per una scheda con un sistema di dissipazione di questa portata.

Le ventole

Il primo accorgimento che abbiamo preso per abbassare la temperatura di esercizio della scheda riguarda le ventole. Zotac ha previsto di base su questa scheda l’opzione Fan Stop, che disabilita il funzionamento delle ventole sino a quando la temperatura non raggiunge i 45°C. Se da un lato questa può sembrare un’ottima cosa, in realtà vi porta ad avere una temperatura di base molto più alta rispetto al dovuto. Considerando che le ventole a basso regime di rotazione sono quasi inudibili, la prima cosa che abbiamo fatto è disabilitare, tramite il software FireStorm (menù spectra, scorrete in basso alla voce FAN, disabilitate Fan Stop).

Così facendo abbiamo innanzitutto abbassato la temperatura in Idle della scheda, che passa dai 40-43° ai 32-33° con ventole attive. Ovviamente ciò non è sufficiente quando si tratta di abbassare le temperature di esercizio durante benchmark ma soprattutto il gaming. In un ambiente chiuso, soprattutto se il vostro processore è overcloccato, le temperature interne al case possono essere molto alte. Se si decide di overcloccare la scheda grafica, la temperatura dei VRM potrebbe arrivare a sfiorare i 100/110°, ancora nel margine di funzionamento dei componenti, ma una temperatura decisamente troppo alta se si vuole mantenere un clock costante e spingere la scheda e le memorie al massimo delle loro capacità.

Aperta la scheda, ci accorgiamo subito del problema. Zotac in primo luogo ha utilizzato componenti non molto efficienti dal punto di vista energetico. A 1,1v  le temperature generate dai mosfet (hi-side mosfet QN3103 e low side mosfet QN3107) sono incredibilmente alte, sfiorando i 95° con una efficienza davvero molto bassa: 200 A – 25w, 300 A – 45w, 400 A – 62w; Per fare un esempio, la Zotac in oggetto è battuta in efficienza anche dalla Founders Edition, che genera con 200A 20w di calore, con 300A 35w e a 400A 44w. Le 16 fasi promesse dalla scheda, il numero più alto su una scheda 1080ti custom, in realtà ha ben poco senso con mosfet così inefficienti dal punto di vista termico ed energetico.

Questo ha reso necessario adottare una strategia non molto comune in schede di altri produttori. Zotac ha infatti separato il sistema di raffreddamento dei VRM del resto del sistema previsto per memorie e GPU. La scheda come è possibile vedere nelle foto qui sotto, dispone di un grande heatsink che rimane almeno nella parte di destra, praticamente inutilizzato. Le VRM infatti sono dotate di un piccolo (e crediamo non molto efficiente) heatsink autonomo che resta separato dal corpo della scheda.

Il problema però non è soltanto questo. Zotac, probabilmente per evitare che i due componenti potessero danneggiarsi a vicenda ha piazzato sull’heatsink principale un piccolo nastro in gomma, che non fa altro che bloccare il flusso di aria proveniente dalle ventole diretto verso l’heat sink del VRM. Ha in pratica isolato le VRM. Si tratta di un problema che purtroppo non è la prima volta che capita in questa generazione di schede NVIDIA, sebbene la prima con il produttore Zotac. In passato già EVGA era incappata con almeno un paio di schede in questo grossolano e banale errore di ingegnerizzazione con le schede EVGA GeForce GTX 1080 ACX 3.0,  EVGA GeForce GTX 1080 FTW DT ACX 3.0, EVGA GeForce GTX 1070 ACX 3.0, e EVGA GeForce GTX 1070 FTW DT ACX 3.0. Dopo un primo intervento del produttore, via update BIOS che in pratica tarpava le ali alle schede impedendo di raggiungere le temperature incriminate, EVGA si è decisa ad effettuare un richiamo delle schede o in alternativa ad inviare a tutti i possessori thermal pads aggiuntivi che andasse a sostituire quelli incriminati.

Tornando all’analisi della nostra Zotac, cosa significa quanto detto in termini prestazionali? Se non siete interessati a realizzare un sistema altamente efficiente dal punto di vista energetico, ben poco. Le prestazioni infatti sono in linea con quelle di altre schede della stessa fascia di prezzo, se non superiori, il punto è che che con un sistema di raffreddamento come quello messo in piedi da Zotac, non riuscire a sfruttarlo a pieno e tirare fuori qualche MHz in più è davvero un peccato.

Desiderosi di sfruttare al massimo le potenzialità di una scheda che sulla scehda promettere faville, e che è indubbiamente una delle schede più belle attualmente in circolazione, ci siamo rivolti a FUJIPOLY, forse il maggior produttore mondiale di thermal pads al mondo. I suoi prodotti, tutti di altissima qualità sono utilizzati in quei settori dove è essenziale una corretta dissipazione del calore, nel miglior modo possibile.

Tuttavia orientarsi nel loro immenso catalogo (di cui potete farvi un’idea qui) non è impresa facile. Abbiamo quindi deciso di affidarci direttamente ad un loro esperto spiegando le nostre intenzioni. In poco più di una settimana grazie all’aiuto della straordinaria Patricia Kollarikova, Sales Engineer di Fujipoly Europe Ltd. Eravamo già pronti a provare alcuni prodotti che potessero fare al caso nostro. In particolare la nostra prova è stata effettuata con i seguenti prodotti, tutti appartenenti alla famiglia Fujipoly Sarcon:

• Sarcon PG80-A-00-150BL (spessore 1,5mm 100x20mm) con massima conduttività termica di 13 W/m-K
• Sarcon PG80-A-00-200BL(spessore 2mm 100x20mm) con massima conduttività termica di 13 W/m-K
• Sarcon GR80A-00-150GY(spessore 1,5mm 100x20mm) con massima conduttività termica di 13 W/m-K
• Sarcon GR80A-00-200GY(spessore 2mm 100x20mm) con massima conduttività termica di 13 W/m-K
• Sarcon 200x-m (spessore 2mm 100x20mm) con massima conduttività termica di ben 17 W/m-K
• Sarcon 150x-M (spessore 1,5mm 100x20mm) con massima conduttività termica di ben 17 W/m-K

Gli ultimi due Thermal Pads, in particolare rappresentano il prodotto con la più alta conducibilità termica presente sul mercato

L’installazione dei pad termici è una operazione non troppo complicata, e almeno in questo caso specifico, non abbiamo dovuto rimuovere sigilli che potessero invalidare in qualche modo la garanzia. Nonostante questo sostituire pasta termica e pads potrebbe essere considerato manomissione della scheda e farebbe quindi decadere la garanzia del produttore. Prima di avventurarvi in una operazione di questo tipo, il nostro consiglio è verificare direttamente con il produttore i termini per la garanzia.

Avendo a disposizione prodotti aventi caratteristiche diverse, prima di procedere all’applicazione è stato necessario studiare un po’ le caratteristiche tecniche dei diversi prodotti. In particolare oltre ad individuare il corretto spessore dei thermal pads utilizzati originariamente dal produttore, è stato necessario valutare su quali dei componenti applicare i Thermal Pads più efficienti, nel nostro caso i Sarcon X-M, in ragione della compressione fornita dal serraggio delle viti.

Una volta rimosso l’heatsink dei VRM, abbiamo proceduto all’applicazione del Sarcon 150x-M, con spessore da 1,5mm direttamente sui VRM, lo stesso thermal pad è stato utilizzato anche per i mosfet della memoria, ma con spessore differente, 2.mm e 1,5mm. In questo specifico case non sarebbe stato necessario in quanto le temperature generate sono molto basse ed in linea con quelle di tutte le altre schede 1080ti (1.35v – 35A – 7 W).

Purtroppo non avevamo a disposizione un sample che facesse al caso nostro per la sostituzione dei thermal pads delle memorie. Quelli rimasti a nostra disposizione infatti avevano uno spessore eccessivo e non erano molto comprimibili, il che, una volta montata la scheda, faceva sì che il dissipatore non facesse abbastanza contatto sulla GPU determinando un aumento anomalo delle temperature. Siamo per questo motivo dovuti tornare ai pad originali (che avevamo fortunatamente conservato adeguatamente). Le temperature generali in questo senso avrebbero potuto essere anche migliori sostituendo i pad di memoria originali (di solito quelli usati nella grande produzione hanno un coefficiente di conducibilità tra i 2-3 W/m-K.

Prima di applicare un’altro strato di thermal pad sull’heatsink deI VRM (PG80A 13W/m-K, nella foto sotto in blu), in modo da permetterne il contatto con l’heatsink principale e la dissipazione del calore, abbiamo deciso di provare a lasciare l’heat sink libero, senza cioè alcun thermal pad e senza nemmeno il supporto in gomma, in modo da poter valutare l’impatto della sola sostituzione del thermal pad originale sui VRM. In questo modo le ventole hanno la possibilità di passare attraverso l’heatsink e raffreddare l’heatsink del VRM.

La differenza di temperatura del comparto VRM è stata subito evidente con un calo che in full load ha sfiorato i 7/8 gradi, riportando le temperature della scheda ampiamente al di sotto del range di funzionamento originario.

Abbiamo poi ripetuto l’esperimento applicando il PG80A da 2mm tra l’heatsink delle VRM e quello principale della scheda. Anche in questo caso le temperature sono scese, ma in maniera ancora più massiccia. Grazie ad una migliore dissipazione del calore delle VRM, che ora in full load viaggiano con temperature intorno agli 80-85 gradi, contro i 95-100 precedenti, siamo quindi riusciti a modifica completata ad ottenere un calo complessivo che arriva fino ai 15 gradi!  Ricordiamo che una temperatura di 80-85 è pienamente nel range di funzionamento delle VRM.

Cosa comporta questo in termini sostanziali? Come abbiamo spiegato in apertura, la temperatura è uno degli elementi fondamentali del nuovo BOOST 3.0 di NVIDIA; abbassare la temperatura significa poter spingere in overclock la scheda ancora oltre, significa avere maggiore stabilità generale, ma è un vantaggio anche per chi non è intenzionato ad overcloccare manualmente. La scheda a temperature più basse infatti terrà il massimo boost per più tempo, senza cali improvvisi, regalandovi prestazioni decisamente più elevate e più stabilità generale.

Mentre con il sistema termico di fabbrica il boost della scheda supera solo per qualche secondo la soglia dei 2000 MHz, poi attestandosi intorno ai 1930 MHz. Con la mod questi valori cambiano totalmente. Senza alcun ritocco alla curva del voltaggio la scheda tocca i 2033 MHz di boost, attestandosi poi stabilmente sui 2012 mhz si tratta di una differenza di circa 80 MHz, ripetiamo senza alcuna modifica al voltaggio della scheda.

In overclock i risultati sono ancora più sorprendenti. La scheda infatti tocca un boost di 2150, attestandosi poi sui  2088 MHz di frequenza media mentre la temperatura rimane ancorata ai 67° gradi centigradi del core, e agli 86/87°del VRM, il tutto ben inteso in un case chiuso.

Commento finale

I thermal pads di Fujipoly fanno insomma egregiamente il loro lavoro, superando delle inefficienze progettuali davvero grossolane per un produttore importante come Zotac e sono sicuramente l’upgrade più efficace che possiate fare non soltanto per rendere meno calda la vostra scheda grafica ma anche, per le ragioni illustrate, più performante, indipendentemente dal fatto che abbiate intenzione di overclockare o meno la scheda. Sulle 1080 Ti infatti i vantaggi dell’overclock andrebbero sempre verificati in game, in quanto all’aumentare del clock non sempre corrisponde un effettivo incremento delle prestazioni di gioco, e solo qualche punto in più nei benchmark sintetici. Superato un certo limite, anzi, un eccessivo overclock  si traduce in una perdita di stabilità che influisce sul punteggio nei benchmarks e sulla resa generale della scheda. Senza contare che a meno di “shunt mod” e sostituzioni del bios di serie per eliminare il power draw limit, vi troverete ad avere a che fare ben presto con il limite di assorbimento energetico e di voltaggio che taglia le frequenze. Per quanto riguarda la Zotac in questione, si tratta di una scheda che tutto sommato fa egregiamente il suo lavoro e lo fa meglio di altre, grazie ad un OC molto spinto già di fabbrica. Tuttavia è una delle 1080ti premium più care in circolazione e da una scheda di questo tipo ci saremmo aspettati il meglio soprattutto sul piano della dissipazione del calore, che è l’unico aspetto che veramente differenzia le diverse custom che hanno più o meno prestazioni reali parogonabili con variazioni nell’ordine del 5/10%. Passi pure l’utilizzo di mosfet non propriamente efficienti (sono gli stessi per la cronaca utilizzati sulle 1070 più economiche sul mercato) tuttavia lasciare inutilizzato un sistema di raffreddamento gigantesco come quello della Zotac 1080 Ti AMP! Extreme e soprattutto ingombrante (quasi tre slot PCI Express) è davvero un errore grossolano che vanifica le potenzialità di questa scheda.  La modifica però ci ha regalato una scheda del tutto nuova, con una corretta dissipazione del calore e capace di offrire prestazioni di assoluto rilievo, probabilmente le più alte tra quelle registrate tra le 1080ti custom (escludendo le varie KingPIN o Lightning che utilizzano un PCB e una circuteria del tutto diversa).