GPU Boost - Explicação do algoritmo de Self Boosting da Nvidia

As tecnologias de placas de vídeo progrediram a passos largos nas últimas gerações, com cada geração trazendo uma melhoria substancial não apenas no desempenho geral das placas, mas também nos recursos que as placas oferecem. Não é nenhuma surpresa que seja vital para a Nvidia e a AMD continuar inovando e progredindo nos conjuntos de recursos de suas placas e nas tecnologias intrínsecas delas, junto com as melhorias geracionais no desempenho com cada linha subsequente de placas gráficas.

A Nvidia GeForce RTX 3080 é uma das placas gráficas mais rápidas com suporte para Ray Tracing - Imagem: Nvidia

O aumento da velocidade do clock se tornou um recurso comum na indústria de hardware de PC atualmente, tanto com as placas de vídeo quanto com os processadores que oferecem esta tecnologia. Variar as velocidades de clock do componente devido a mudanças nas condições do PC pode levar a um desempenho altamente aprimorado, bem como à eficiência dessa parte, o que, em última análise, fornece uma experiência de usuário muito melhor. No entanto, devido à rápida progressão neste campo, o comportamento de impulso padrão das placas gráficas foi ainda mais aprimorado e refinado com tecnologias como GPU Boost 4.0 chegando à vanguarda em 2020. Essas novas tecnologias foram desenvolvidas para maximizar o desempenho da placa gráfica quando necessário, ao mesmo tempo que mantém a eficiência máxima sob cargas mais leves.

GPU Boost

Então, o que exatamente é GPU Boost? Bem, de forma simples, GPU Boost é o método da Nvidia de aumentar dinamicamente a velocidade do clock das placas gráficas até que as placas atinjam um limite de energia ou temperatura predeterminado. O GPU Boost Algorithm é um algoritmo altamente especializado e condicionalmente ciente que faz alterações em frações de segundo em um grande número de parâmetros para manter a placa gráfica em sua frequência máxima de aumento possível. Esta tecnologia permite que o cartão ganhe muito mais do que o anunciado “Boost Clock” que pode estar listado na caixa ou na página do produto.

O GPU Boost permite que a placa maximize seu desempenho usando os recursos disponíveis - Imagem: Nvidia

Antes de mergulharmos no mecanismo por trás dessa tecnologia, algumas terminologias importantes precisam ser explicadas e diferenciadas.

Terminologias

Ao comprar uma placa gráfica, o consumidor médio pode se deparar com uma série de números e terminologias confusas que fazem pouco sentido ou até pior, acabam se contradizendo e confundindo ainda mais o comprador. Portanto, é necessário dar uma breve olhada no que significam as diferentes terminologias relacionadas à velocidade do relógio quando você está olhando a página de um produto.

• Relógio Base: O Base Clock de uma placa gráfica (também conhecido como “Core Clock”) é a velocidade mínima na qual a GPU é anunciada para funcionar. Em condições normais, a GPU da placa não cairá abaixo desta velocidade de clock, a menos que as condições sejam alteradas significativamente. Esse número é mais significativo em cartões mais antigos, mas está se tornando cada vez menos relevante à medida que as tecnologias de impulso ocupam o centro do palco.
• Boost Clock: O Boost Clock anunciado da placa é a velocidade máxima do clock que a placa gráfica pode atingir em condições normais antes que o GPU Boost seja ativado. Este número de velocidade de clock é geralmente um pouco maior do que o clock base e a placa usa a maior parte de seu orçamento de energia para atingir esse número. A menos que a placa seja termicamente restrita, ela atingirá o clock de impulso anunciado. Este também é o parâmetro que é alterado nas placas “Factory Overclocked” dos parceiros AIB.
• “Relógio do Jogo”: Com o lançamento da nova arquitetura RDNA da AMD na E3 2019, a AMD também anunciou um novo conceito conhecido como Game Clock. Essa marca é exclusiva das placas de vídeo AMD no momento em que este artigo foi escrito e na verdade dá um nome às velocidades de clock arbitrárias que veríamos durante os jogos. Basicamente, Game Clock é a velocidade de clock que a placa de vídeo deve atingir e manter durante o jogo, que geralmente está em algum lugar entre Base Clock e Boost Clock para placas de vídeo AMD. O overclock da placa tem um efeito direto nesta velocidade de clock em particular.

A base anunciada e os relógios de impulso da GeForce RTX 3070 - Imagem: TechPowerUp

Mecanismo de GPU Boost

GPU Boost é uma tecnologia interessante que é bastante benéfica para os jogadores e realmente não tem nenhuma desvantagem significativa, por assim dizer. O GPU Boost aumenta a velocidade efetiva do clock da placa de vídeo, mesmo além da frequência de boost anunciada, desde que certas condições sejam favoráveis. O que o GPU Boost faz é essencialmente overclocking, onde empurra a velocidade do clock do GPU além do anunciado “Boost Clock”. Isso permite que a placa de vídeo extraia mais desempenho automaticamente e o usuário não precisa ajustar nada. O algoritmo é essencialmente 'inteligente' devido ao fato de que ele pode fazer alterações em frações de segundo em vários parâmetros de uma só vez, a fim de manter a velocidade do clock sustentada o mais alta possível, sem o risco de travar ou causar artefatos, etc. as placas gráficas executam velocidades de clock mais altas do que o anunciado fora da caixa, o que dá ao usuário essencialmente uma placa com overclock sem a necessidade de qualquer ajuste manual.

GPU Boost é principalmente uma marca específica da Nvidia e a AMD tem algo semelhante que opera de uma maneira diferente. Neste conteúdo, estaremos focados principalmente na implementação do GPU Boost da Nvidia. Com sua linha de placas gráficas Turing , A Nvidia introduziu a quarta iteração do GPU Boost, chamada GPU Boost 4.0, que permitiu aos usuários ajustar manualmente os algoritmos que o GPU Boost usa, caso considerem necessário. Isso não foi possível com o GPU Boost 3.0, pois esses algoritmos foram bloqueados dentro dos drivers. O GPU Boost 4.0, por outro lado, permite que os usuários ajustem manualmente várias curvas para aumentar o desempenho, o que será uma boa notícia para overclockers e entusiastas.

GPU Boost 4.0 também adicionou vários outros ajustes finos, como domínio da temperatura, onde novos pontos de inflexão foram adicionados. Ao contrário do GPU Boost 3.0, onde houve uma queda abrupta e repentina do clock de boost para o clock base quando um certo limite de temperatura foi cruzado, agora pode haver várias etapas ao longo do caminho entre as duas velocidades de clock. Isso permite um maior nível de granularidade que permite à GPU espremer até mesmo o último bit de desempenho sob condições desfavoráveis.

O PU Boost 4.0 permite etapas adicionais definidas pelo usuário entre o boost clock original e o clock base - Imagem: Nvidia

Fazer overclock das placas de vídeo com GPU boost é bastante simples e não mudou muito a este respeito. Qualquer deslocamento adicionado ao clock do núcleo é realmente aplicado ao “Boost Clock” e o algoritmo de Boost da GPU tenta melhorar ainda mais a maior velocidade do clock por uma margem semelhante. Aumentar o controle deslizante Limite de potência ao máximo pode ajudar significativamente nesse aspecto. Isso torna o teste de estresse do overclock um pouco mais complicado porque o usuário tem que ficar de olho nas velocidades do clock, bem como nas temperaturas, consumo de energia e números de voltagem, mas nosso guia de teste de estresse abrangente pode ajudar nesse processo.

Condições para GPU Boost

Agora que discutimos o mecanismo por trás do GPU Boost em si, é importante discutir as condições que precisam ser satisfeitas para que o GPU Boost seja eficaz. Há um grande número de condições que podem ter um efeito na frequência final que é alcançada pelo GPU Boost, mas existem três condições principais que têm o impacto mais significativo neste comportamento de boost.

Power Headroom

O GPU Boost fará o overclock automático da placa, desde que haja espaço de energia suficiente para a placa para permitir velocidades de clock mais altas. É compreensível que velocidades de clock maiores consumam mais energia da PSU, por isso é extremamente importante que haja energia suficiente para a placa de vídeo para que o GPU Boost possa funcionar corretamente. Com a maioria das placas de vídeo Nvidia modernas, o GPU Boost usará toda a energia disponível que pode usar para aumentar a velocidade do clock o máximo possível. Isso torna o Power Headroom o fator de limitação mais comum para o algoritmo GPU Boost.

O GPU Boost pode depender muito do Power Limit - Imagem: Nvidia

Simplesmente aumentar o controle deslizante “Limite de energia” ao máximo em qualquer software de overclock pode ter um grande impacto nas frequências finais que são atingidas pela placa de vídeo. A potência extra que é fornecida à placa é usada para aumentar ainda mais a velocidade do clock, o que é uma prova de quanto o algoritmo de Boost da GPU depende do espaço de potência.

Voltagem

O sistema de fornecimento de energia da placa gráfica precisa ser capaz de fornecer a voltagem adicional necessária para atingir e manter as velocidades de clock mais altas. A tensão também contribui diretamente para a temperatura, por isso também se relaciona com a condição de headroom térmico. Independentemente disso, há um limite rígido de quanta voltagem a placa pode usar e esse limite é definido pelo BIOS da placa. O GPU Boost usa qualquer espaço de tensão para tentar manter a maior velocidade de clock possível.

A tensão também afeta as velocidades do clock final - Imagem: Nvidia

Altura livre térmica

A terceira condição principal que precisa ser cumprida para a operação eficaz do GPU Boost é a disponibilidade de espaço térmico adequado. O GPU Boost é extremamente sensível à temperatura da GPU à medida que aumenta e diminui a velocidade do clock com base mesmo nas menores mudanças de temperatura. É importante manter a temperatura da GPU o mais baixa possível para atingir as velocidades de clock mais altas.

As temperaturas acima de 75 graus Celsius começam a diminuir a velocidade do clock visivelmente, o que pode ter um impacto no desempenho. A velocidade do clock nessas temperaturas provavelmente ainda será maior do que o Boost Clock, no entanto, não é uma boa idéia deixar o desempenho de lado. Portanto, a ventilação adequada do case e um bom sistema de resfriamento no próprio GPU podem ter um impacto significativo nas velocidades de clock obtidas através do GPU Boost.

Boost Binning e controle térmico

Um fenômeno interessante que é intrínseco à operação do GPU Boost é conhecido como boost binning. Sabemos que o algoritmo GPU Boost muda rapidamente a velocidade do clock da GPU dependendo de vários fatores. A velocidade do clock é realmente alterada em blocos de 15 Mhz cada, e essas porções de 15 Mhz das velocidades do clock são conhecidas como caixas de reforço. Pode ser facilmente observado que os números do GPU Boost variam entre si por um fator de 15Mhz dependendo da potência, tensão e espaço térmico. Isso significa que alterar as condições subjacentes pode diminuir ou aumentar a velocidade do clock do cartão em um fator de 15Mhz de cada vez.

O conceito de afogamento térmico também é interessante de explorar com a operação do GPU Boost. A placa de vídeo não inicia o estrangulamento térmico até atingir um limite de temperatura definido conhecido como Tjmax. Esta temperatura geralmente corresponde a algo entre 87-90 graus Celsius no núcleo da GPU e este número específico é determinado pelo BIOS da GPU. Quando o núcleo da GPU atinge a temperatura definida, as velocidades do clock cairão gradualmente até ficarem abaixo do clock base. Este é um sinal seguro de afogamento térmico em comparação com o binning de boost regular que é feito pelo boost de GPU. A principal diferença entre o throttling térmico e boost binning é que o throttling térmico ocorre no clock base ou abaixo dele, e boost binning altera a velocidade máxima do clock que é alcançada pelo GPU Boost usando os dados de temperatura.

Inconvenientes

Não há muitas desvantagens nesta tecnologia, que por si só é uma coisa bastante ousada a se dizer sobre um recurso de placa de vídeo. O GPU Boost permite que a placa aumente sua velocidade de clock automaticamente sem qualquer intervenção do usuário e libera todo o potencial da placa, fornecendo desempenho adicional sem nenhum custo extra para o usuário. No entanto, há algumas coisas a se manter em mente se você possui uma placa de vídeo Nvidia com GPU Boost.

Devido ao fato de que o cartão usa todo o orçamento de energia alocado a ele, os números de consumo de energia do cartão serão maiores do que os números TBP ou TGP anunciados podem fazer você acreditar. Além disso, a tensão extra e o consumo de energia levarão a temperaturas mais altas devido ao fato de que a placa está com overclock automático usando o headroom de temperatura disponível para ela. As temperaturas não ficarão perigosamente altas de forma alguma, porque assim que as temperaturas ultrapassarem um certo limite, a tensão e o consumo de energia serão diminuídos para compensar o calor extra.

Power Draw pode aumentar além do TBP anunciado (320W no caso de RTX 3080) com GPU Boost - Imagem: Techspot

Palavras Finais

O rápido progresso nas tecnologias de placa de vídeo viu alguns recursos extremamente impressionantes chegarem às mãos dos consumidores, e o GPU Boost é certamente um deles. O recurso da Nvidia (e o recurso semelhante da AMD) permite que as placas gráficas atinjam seu potencial máximo sem a necessidade de nenhuma entrada do usuário para oferecer o máximo desempenho pronto para uso. Este recurso praticamente elimina a necessidade de overclock manual, já que não há realmente muito espaço disponível para o ajuste fino manual devido ao excelente gerenciamento do GPU Boost.

No geral, o GPU Boost é um excelente recurso que gostaríamos de ver cada vez melhor, com melhorias no algoritmo principal por trás dessa tecnologia que microgerencia os pequenos ajustes em diferentes parâmetros para obter o melhor desempenho possível.