Обзор видеокарт NVIDIA GeForce RTX 3080/3090 Founders Edition и тесты на 8К-экране

Обзоры видеокарт NVIDIA 30-й серии, которые мы опубликовали в прошлом месяце, отклонились от привычной схемы. Обычно первым делом мы изучали новейшие GPU на примере ускорителей референсного дизайна, сделанных по заказу чипмейкера, и лишь затем переходили к партнерским моделям в стремлении дополнить картину производительности и эксплуатационных качеств устройствами различных ценовых подкатегорий. На этот раз все пошло не так: тестовые образцы Founders Edition надолго задержались в пути, и знакомство с GeForce RTX 3080 и RTX 3090 пришлось начинать с относительно недорогих (если судить по их конструкции и обычной ценовой политике фирмы) партнерских модификаций Palit GamingPro OC.

С одной стороны, это неплохо, ведь основная доля разновидностей того или иного ускорителя на рынке рано или поздно переходит в руки партнеров создателей GPU, а запуск серии RTX 30 изначально сопровождала широкая палитра оригинальных продуктов от всех крупных производителей игрового железа. С другой стороны, NVIDIA совершила далеко не рядовое обновление линейки GeForce именно в плане требований к охлаждению и питанию флагманских моделей. До появления GeForce RTX 3090 еще не было потребительских видеокарт на базе единственного GPU с типовым энергопотреблением 350 Вт, да и 320-ваттный RTX 3080 не имеет аналогов среди одночиповых ускорителей NVIDIA. Резонно ожидать, что в такой ситуации от оснастки графического процессора зависит очень многое, и это уже проиллюстрировали проблемы со стабильностью отдельных партнерских версий даже на штатных тактовых частотах.

Мы уже не раз повторяли, что старшие представители архитектуры Ampere не созданы дешевыми, и не были удивлены, что попытки экономии на важных компонентах могут довести до беды. А если оставить за рамками вопрос стабильности, уже решенный в новой версии драйвера путем ограничения пиковых частот, на первый план выходит разница в быстродействии, уровне шума и оверклокерском потенциале (мы еще надеемся обнаружить последний). Зная это, NVIDIA подошла к разработке эталонных версий с особой ответственностью. Уже в рамках 20-й серии марка Founders Edition разошлась с понятием «референс», но теперь, чтобы называть так Founders Edition не осталось ни малейших оснований. Референсный дизайн печатных плат существует, но это совсем не то же самое: он понадобился для того, чтобы вендоры скорее наладили выпуск собственных разновидностей RTX 3080 и RTX 3090, соответствующих базовым критериям качества VRM. Так, на него опираются уже знакомые устройства Palit.

В то же время видеокарты Founders Edition распространяются только через собственный интернет-магазин NVIDIA (по крайней мере, в России) и, что особенно важно, выпущены ограниченной партией. Немногие счастливчики, которым они достанутся, получат их строго по рекомендованной стоимости, установленной для GeForce RTX 3080 и 3090, то есть значительно дешевле партнерских версий. Однако главное предназначение Founders Edition в том, чтобы во всей полноте продемонстрировать недюжинный потенциал чипа GA102 на страницах обзоров. По воле обстоятельств с 3DNews получилось иначе, но мы, пусть с опозданием, намерены отдать должное стараниям NVIDIA и повторить тестирование новинок 30-й серии в том виде, какой оно должно было принять по плану. Кроме того, в связи с вынужденным снижением тактовых частот графического процессора сложилась некрасивая ситуация, когда в пилотных обзорах показан один уровень производительности, а после первого же обновления драйверов он будет несколько иным. Изменения коснулись не всех разновидностей новых ускорителей, но это еще один повод вернуться к полномасштабному тестированию GeForce RTX 3080 и RTX 3090 уже с актуальной версией ПО.

Наконец, много шуму наделали заявления NVIDIA о том, что старшая модель теперь позволяет играть в разрешении 8К, причем с комфортной частотой смены кадров. Поверить в это нелегко, но вместе с тем мы хорошо представляем себе условия, при которых возможно и такое. А теперь у нас появилась возможность узнать на практике, какая из двух точек зрения — оптимистичная или скептическая — ближе к истине. В общем, впереди много работы, и мы начнем с самого интересного — физического осмотра и анализа системы охлаждения карт Founders Edition.

⇡#Видеокарты GeForce RTX 3080 и RTX 3090 Founders Edition

NVIDIA стремится дистанцировать марку Founders Edition от понятия «референсная модель» начиная с линейки GeForce 10. И если над ускорителями GeForce GTX 1070, 1080, а затем 1080 Ti с пометкой FE в свое время шутили, то уже по 20-й серии стало заметно, что чипмейкер прилагает большие усилия для того, чтобы Founders Edition можно было поставить в один ряд с лучшими образцами партнерских устройств. Однако «родным» моделям RTX 2070, RTX 2080 и RTX 2080 Ti свойствен фабричный разгон. К RTX 3080 и RTX 3090 это не относится: Base Clock и Boost Clock обоих ускорителей соответствует референсным параметрам, а фактическое преимущество в быстродействии перед более слабыми партнерскими аналогами, которое проявится в тестах, обусловлено качеством системы охлаждения и VRM, позволяющим автоматике GPU устанавливать повышенные тактовые частоты в рамках штатного резерва мощности 320 и 250 Вт и без необходимости повышать напряжение питания.

Кулер и система питания Founders Edition, собственно говоря, и являются той причиной, по которой мы считаем, что эти видеокарты созданы в первую очередь для обозревателей железа, а не для рядовых пользователей. По слухам, производство одного экземпляра системы охлаждения FE обходится в $150, и это при официальной цене младшей модели $699.

Так чем же настолько замечательна конструкция Founders Edition? Во-первых, своим внешним видом, качеством изготовления и материалами деталей. Все панели кожуха RTX 3080 и RTX 3090 сделаны из алюминия, причем окантовка в виде восьмерки, судя по всему, выточена из цельной металлической болванки. Весят устройства соответствующе: RTX 3080 — 1388 г, RTX 3090 — 2218. Дизайн Founders Edition вызывает ассоциации с компьютерами Apple в лучшие годы башенных Mac Pro, да и в корпусе новой «прошки» они бы чувствовали себя как дома (хотя делать ставить эти карты туда, разумеется, бессмысленно в связи с отсутствием драйвера для современных «зеленых» чипов в macOS). Цветовая гамма фирменных видеокарт поменялась: вместо нейтральной анодированной поверхности алюминию придали темный окрас с коричневым отливом — похоже на излюбленный NVIDIA цвет шампанского, только приглушенный.

Но, разумеется, главное, что притягивает внимание в новинках, — это необычная организация потоков воздуха в системе охлаждения. Кулер Founders Edition прошлого поколения работает гораздо эффективнее и тише, чем СО с одиноким тангенциальным вентилятором, которая использовалась в референсных моделях раньше, однако у 20-й серии GeForce есть очевидные недоработки — такие как выступы кожуха, частично закрывающие ребра радиатора по длинным сторонам видеокарты. Вместо того чтобы исправлять старую конструкцию, инженеры NVIDIA придумали для охлаждения чрезвычайно прожорливого и горячего чипа GA102 нечто совершенно новое.

Здесь по-прежнему используются два вентилятора, но отработанный воздух покидает кулер иным путем. Вентилятор, смонтированный на лицевой стороне платы, гонит воздух наружу из компьютера: для этого расширили просветы в крепежной панели, а ребра радиатора в ближайшей зоне ориентированы перпендикулярно решетке. Кроме того, в ряду внешних разъемов освободилось место, которое раньше занимал порт USB Type-C с поддержкой мертворожденного протокола DisplayLink.

Второй вентилятор установлен с противоположной стороны PCB и работает на выдув, а саму печатную плату уменьшили в размерах для того, чтобы фактически превратить хвостовую часть устройства в аналог башенного кулера, через который насквозь проходит воздух. На самом деле подобное решение не является чем-то принципиально новым. Кто-то из читателей наверняка вспомнит, что «красные» графические карты Radeon R9 Fury тоже собраны на укороченной печатной плате и некоторые производители (например, SAPPHIRE) воспользовались этим для того, чтобы устроить сквозной продув радиатора. Плата под GA102 тоже располагает к высокой плотности компонентов из-за повышенных требований к разводке шины VRAM, и NVIDIA не упустила возможность одновременно усилить охлаждение GPU. Как бы то ни было, вся потребляемая мощность видеокарты превращается в тепло, а она в данном случае далеко не маленькая. Да, конструкторы Founders Edition приняли меры для того, чтобы часть воздуха покидала корпус ПК. И все же вентиляции жилища, в котором поселится GeForce RTX 3080 или тем более RTX 3090, следует уделить повышенное внимание.

Внутри кулер обеих моделей Founders Edition устроен одинаково. Кремний графического процессора, чипы оперативной памяти на лицевой стороне PCB и часть силовых каскадов регуляторов напряжения накрыты основанием испарительной камеры, а радиатор пронизан четырьмя массивными теплотрубками. Отметим, что две боковых секции радиатора изолированы друг от друга глухими перегородками так, чтобы каждый вентилятор создавал максимальное давление в своей зоне. Клиновидные блоки ребер посередине охлаждаются пассивно, благодаря конвекции в корпусе компьютера. Вспомогательной частью системы охлаждения является крышка на оборотной стороне печатной платы. Она прижата к чипам, распаянным под ней, через термопрокладки, а в RTX 3090 отводит тепло от дополнительных 12 микросхем VRAM.

Принципиальных различий между системами охлаждения RTX 3080 и RTX 3090 нет, но у флагмана все детали крупнее: он весит почти вдвое больше, занимает три полных слота расширения, а крыльчатки вентиляторов увеличили с 85 до 110 мм. RTX 3080 же требует всего два слота.

GeForce RTX 3080 FE

GeForce RTX 3090 FE

Еще одной отличительной чертой Founders Edition нового поколения является позиция и форм-фактор разъема внешнего питания. Из-за того, что печатная плата здесь очень короткая, NVIDIA пришлось отказаться от стандартных восьмиконтактных разъемов в пользу одного 12-контактного. Он рассчитан на такой же номинал мощности 300 Вт, как два восьмиконтактника, а в комплект поставки ускорителей входит переходник. Конечно, это не самое элегантное решение, но в противном случае пришлось бы тянуть кабель сквозь корпус видеокарты для того, чтобы вынести разъем или разъемы подальше от центра.

Наконец, у любых версий GeForce RTX 3090 есть интерфейс NVLINK, позволяющий связать два ускорителя прямым каналом передачи данных. Можно забыть о том, что технология SLI будет использоваться новыми играми, но RTX 3090 — это просьюмерская видеокарта, а рабочие приложения найдут применение NVLink. Только следует иметь в виду, что стандарта, описывающего положение разъема, не существует, поэтому видеокарты в тандеме должны быть одинаковыми.

Печатные платы

Мы уже акцентировали внимание на том, что высокое энергопотребление чипа GA102 выдвигает повышенные требования к качеству регуляторов напряжения на плате GPU. Даже условно недорогие разновидности GeForce RTX 3080 и RTX 3090 — такие как Palit GamingPro OC — имеют 18–19 фаз питания GPU и оперативной памяти, а сам референсный дизайн PCB, на который ориентировалась, в частности, компания Palit, позволяет развести вплоть до 20 фаз. Вместе с тем референсная печатная плата одновременно и хороша, и плоха тем, что допускает большую вариативность не только в количестве фаз VRM, но и в подборе составляющих частей отдельных регуляторов напряжения. Платы Founders Edition, напротив, заселены компонентами с большим запасом прочности.

Обвязка GA102 подразумевает наличие отдельных VRM для питания «ядерной» части графического процессора и периферии, к которой относятся, в частности, контроллеры оперативной памяти. В Founders Edition первым VRM управляют два ШИМ-контроллера: десятифазный чип MP2888B от Monolithic Power Systems и четырехфазный MP2884B того же производителя, а общее количества фаз этого регулятора составляет 9 в GeForce RTX 3080 и 10 в RTX 3090. Uncore-часть GPU в обоих фирменных ускорителях NVIDIA питают 6 фаз под управлением ШИМ-контроллера MP2886B. Каким образом Founders Edition разделяет обязанности между двумя ШИМ’ами в пределах одного регулятора, нам не вполне понятно, зато известно, что продукты на основе референсного дизайна (как пресловутые Palit GamingPro OC) пользуются упрощенной схемой, когда ядро GPU питает восьмифазный VRM, и с его периферийной зоной происходит тот же самое (за вычетом одной-трех фаз, изъятых в целях экономии).

Кроме того, NVIDIA не поскупилась на дорогостоящие силовые каскады MP86957 (тоже от Monolithic Power Systems) высокого номинала 70 А. На практике подобных токов быть не может, но мощные силовые каскады гарантируют высокий КПД преобразования напряжений. К примеру, на плате Palit каждая сборка рассчитана на ток в пределах 50 А, и это наверняка стало одной из причин, почему Founders Edition позволяет расширить лимит мощности устройства на 14–15 %, а GamingPro OC — всего лишь на 4–9 %.

Оперативную память GDDR6X в Founders Edition обслуживает трех- или четырехфазный VRM под управлением ШИМ-контроллера UPI uS5650Q, а ключевой особенностью всех плат для RTX 3080 и RTX 3090 является расположение фаз питания VRAM по разным сторонам от корпуса GPU в промежутках между его фазами. Тем самым конструкторы видеокарт выровняли напряжение на чипах и предотвратили излишний нагрев слоев питания.

Впрочем, главное, что выделяет платы Founders Edition среди PCB большинства партнерских версий, — это фильтры на входе и выходе VRM. В силу высокой плотности компонентов на текстолите NVIDIA пришлось использовать исключительно SMD-конденсаторы (все они расположены на оборотной стороне), в то время как референсный дизайн вполне позволяет обойтись емкостями сквозного монтажа. Но преимущество SMD не только в габаритах, но и, как правило, в лучших показателях ESR и ESI, что также идет на пользу стабильности GPU при высоких тактовых частотах и большой нагрузке.

Что касается блокировочных конденсаторов в «подбрюшье» GPU, на которые возложили вину за потерю стабильности некоторых модификаций RTX 3080, то в Founders Edition применяется комбинация многослойных керамических конденсаторов (MLCC) с алюминиевыми электролитическими конденсаторами (SP-CAP), считающаяся одним из безопасных вариантов.

Напоследок заметим, что количество активных фаз VRM — вот, пожалуй, и все, чем существенно отличаются друг от друга PCB двух моделей Founders Edition, кроме, разумеется, габаритов и количества посадочных площадок под модули оперативной памяти. Из-за того, что Micron не производит чипов GDDR6X объемом 16 Гбит, NVIDIA разместила 24 микросхемы на обеих сторонах печатной платы GeForce RTX 3090. В RTX 3080 используются чипы с номинальной пропускной способностью 19 Гбит/с на контакт шины, в RTX 3090 — 21 Гбит/с, хотя в интересах стабильности ее опустили до 19,5 Гбит/с.