GPU Boost – อธิบายอัลกอริทึมการเร่งความเร็วด้วยตนเองของ Nvidia

เทคโนโลยีกราฟิกการ์ดมีความก้าวหน้าอย่างก้าวกระโดดในช่วงสองสามรุ่นที่ผ่านมา โดยแต่ละรุ่นมีการปรับปรุงอย่างมาก ไม่เพียงแต่ในประสิทธิภาพโดยรวมของการ์ดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติที่การ์ดนำเสนอด้วย ไม่น่าแปลกใจเลยที่ทั้ง Nvidia และ AMD จะต้องสร้างสรรค์นวัตกรรมและพัฒนาชุดคุณสมบัติของการ์ดและเทคโนโลยีภายในพร้อมกับการปรับปรุงประสิทธิภาพของการ์ดกราฟิกแต่ละรุ่นที่ตามมา

การเพิ่มความเร็วนาฬิกาได้กลายเป็นคุณสมบัติหลักในอุตสาหกรรมฮาร์ดแวร์พีซีในปัจจุบันด้วยทั้งการ์ดกราฟิกและซีพียูที่นำเสนอเทคโนโลยีนี้ ความเร็วสัญญาณนาฬิกาของส่วนประกอบที่เปลี่ยนแปลงไปอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงในสภาวะของพีซีสามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นอย่างมากรวมถึงประสิทธิภาพของชิ้นส่วนนั้น ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะมอบประสบการณ์การใช้งานที่ดียิ่งขึ้นให้กับผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านนี้ พฤติกรรมการบูสต์มาตรฐานของกราฟิกการ์ดจึงได้รับการปรับปรุงและปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นด้วยเทคโนโลยีอย่าง GPU Boost 4.0 ที่จะมาถึงระดับแนวหน้าในปี 2020 เทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ได้รับการพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของกราฟิกการ์ด เมื่อจำเป็นในขณะเดียวกันก็รักษาประสิทธิภาพสูงสุดภายใต้น้ำหนักที่เบากว่า

GPU Boost

GPU Boost คืออะไร? พูดง่ายๆ ก็คือ GPU Boost เป็นวิธีการของ Nvidia ในการเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของกราฟิกการ์ดแบบไดนามิก จนกว่าการ์ดจะมีกำลังไฟหรืออุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า GPU Boost Algorithm เป็นอัลกอริธึมที่มีความเฉพาะทางสูงและรับรู้ตามเงื่อนไข ซึ่งทำการเปลี่ยนแปลงในเสี้ยววินาทีกับพารามิเตอร์จำนวนมากเพื่อให้การ์ดแสดงผลมีความถี่บูสต์สูงสุดที่เป็นไปได้ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้การ์ดสามารถเพิ่มความเร็วได้มากกว่า "นาฬิกาเร่ง" ที่โฆษณาซึ่งอาจระบุไว้ในกล่องหรือในหน้าผลิตภัณฑ์

ก่อนที่เราจะเจาะลึกถึงกลไกเบื้องหลังเทคโนโลยีนี้ จำเป็นต้องมีการอธิบายและแยกแยะคำศัพท์ที่สำคัญสองสามคำก่อน

คำศัพท์

ขณะซื้อการ์ดกราฟิก ผู้บริโภคทั่วไปอาจพบตัวเลขจำนวนมากและคำศัพท์ที่สับสนซึ่งไม่สมเหตุสมผลหรือแย่กว่านั้น สุดท้ายก็ขัดแย้งกันเองและทำให้ผู้ซื้อสับสนมากขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาสั้น ๆ ว่าคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่แตกต่างกันหมายถึงอะไรเมื่อคุณดูที่หน้าผลิตภัณฑ์

• นาฬิกาฐาน: Base Clock ของกราฟิกการ์ด (บางครั้งเรียกว่า "Core Clock") คือความเร็วขั้นต่ำที่โฆษณา GPU ให้ทำงาน ในสภาวะปกติ GPU ของการ์ดจะไม่ลดลงต่ำกว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกานี้ เว้นแต่เงื่อนไขจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ตัวเลขนี้มีความสำคัญมากกว่าในการ์ดรุ่นเก่า แต่มีความเกี่ยวข้องน้อยลงเรื่อยๆ เนื่องจากการส่งเสริมเทคโนโลยีถือเป็นจุดศูนย์กลาง
• เพิ่มนาฬิกา: Boost Clock ที่โฆษณาของการ์ดคือความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดที่การ์ดกราฟิกสามารถทำได้ภายใต้สภาวะปกติก่อนที่ GPU Boost จะเปิดใช้งาน หมายเลขความเร็วสัญญาณนาฬิกานี้โดยทั่วไปจะค่อนข้างสูงกว่านาฬิกาฐานเล็กน้อย และการ์ดใช้งบประมาณพลังงานส่วนใหญ่เพื่อให้ได้ตัวเลขนี้ เว้นแต่ว่าการ์ดจะถูกจำกัดความร้อน การ์ดจะกระทบนาฬิกาบูสต์ที่โฆษณาไว้ นี่เป็นพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงในการ์ด "Factory Overclocked" จากพันธมิตร AIB
• “นาฬิกาเกม”: ด้วยการเปิดตัวสถาปัตยกรรม RDNA ใหม่ของ AMD ที่งาน E3 2019 เอเอ็มดียังได้ประกาศแนวคิดใหม่ที่รู้จักกันในชื่อ Game Clock การสร้างแบรนด์นี้เป็นเอกสิทธิ์ของการ์ดกราฟิก AMD ในขณะที่เขียนและให้ชื่อกับความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่กำหนดเองในขณะที่เล่นเกม โดยพื้นฐานแล้ว Game Clock คือความเร็วนาฬิกาที่การ์ดกราฟิกควรจะกดและคงไว้ในขณะที่เล่นเกม ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง Base Clock และ Boost Clock สำหรับกราฟิกการ์ด AMD การโอเวอร์คล็อกการ์ดมีผลโดยตรงกับความเร็วสัญญาณนาฬิกานี้โดยเฉพาะ

กลไกของ GPU Boost

GPU Boost เป็นเทคโนโลยีที่น่าสนใจซึ่งค่อนข้างจะเป็นประโยชน์ต่อเกมเมอร์และไม่มีข้อเสียอย่างที่เห็น GPU Boost จะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่มีประสิทธิภาพของการ์ดแสดงผลแม้จะเกินความถี่บูสต์ที่โฆษณาไว้ก็ตามหากเงื่อนไขบางประการเป็นที่ต้องการ สิ่งที่ GPU Boost ทำนั้นคือการโอเวอร์คล็อกโดยพื้นฐาน ซึ่งจะเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ GPU ให้เกิน "นาฬิกาเร่ง" ที่โฆษณาไว้ ซึ่งช่วยให้การ์ดแสดงผลสามารถบีบประสิทธิภาพได้มากขึ้นโดยอัตโนมัติ และผู้ใช้ไม่ต้องปรับแต่งอะไรเลย อัลกอริทึมนั้น "ฉลาด" โดยพื้นฐานแล้วเนื่องจากสามารถทำการเปลี่ยนแปลงในเสี้ยววินาทีกับพารามิเตอร์ต่างๆ ได้ในคราวเดียว เพื่อรักษาความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่คงอยู่ให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยปราศจากความเสี่ยงที่จะเกิดการแครชหรือสิ่งประดิษฐ์ ฯลฯ ด้วย GPU Boost การ์ดแสดงผลทำงานด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงกว่าที่โฆษณาไว้ตั้งแต่แกะกล่อง ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถโอเวอร์คล็อกการ์ดได้โดยไม่จำเป็นต้องปรับแต่งด้วยตนเอง

GPU Boost ส่วนใหญ่เป็นแบรนด์เฉพาะของ Nvidia และ AMD มีสิ่งที่คล้ายกันที่ทำงานในลักษณะที่แตกต่างออกไป ในเนื้อหานี้ เราจะเน้นที่การใช้งาน GPU Boost ของ Nvidia เป็นหลัก ด้วยกลุ่มผลิตภัณฑ์กราฟิกการ์ดทัวริง Nvidia ได้เปิดตัว GPU Boost รุ่นที่สี่ที่เรียกว่า GPU Boost 4.0 ซึ่งอนุญาตให้ผู้ใช้ปรับอัลกอริธึมที่ GPU Boost ใช้ด้วยตนเองตามที่เห็นสมควร สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ด้วย GPU Boost 3.0 เนื่องจากอัลกอริธึมเหล่านี้ถูกล็อคภายในไดรเวอร์ ในทางกลับกัน GPU Boost 4.0 ช่วยให้ผู้ใช้ปรับแต่งเส้นโค้งต่างๆ ด้วยตนเองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ซึ่งจะเป็นข่าวดีสำหรับนักโอเวอร์คล็อกและผู้ที่ชื่นชอบ

GPU Boost 4.0 ยังได้เพิ่มการปรับแต่งอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ขอบเขตอุณหภูมิที่มีการเพิ่มจุดเปลี่ยนใหม่ ซึ่งแตกต่างจาก GPU Boost 3.0 ที่มีการลดลงอย่างรวดเร็วและฉับพลันจาก Boost clock ลงไปที่ base clock เมื่อข้ามขีด จำกัด อุณหภูมิที่กำหนดตอนนี้อาจมีหลายขั้นตอนระหว่างความเร็วสัญญาณนาฬิกาทั้งสอง ซึ่งช่วยให้มีความละเอียดในระดับที่มากขึ้น ซึ่งช่วยให้ GPU สามารถบีบประสิทธิภาพได้แม้เพียงบิตสุดท้ายภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยเช่นกัน

การโอเวอร์คล็อกการ์ดกราฟิกด้วยการเพิ่ม GPU นั้นค่อนข้างตรงไปตรงมาและไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรมากในเรื่องนี้ การชดเชยใด ๆ ที่เพิ่มให้กับนาฬิกาหลักจะถูกนำไปใช้กับ "นาฬิกาเร่ง" และอัลกอริธึม GPU Boost พยายามปรับปรุงความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดต่อไปด้วยระยะขอบที่ใกล้เคียงกัน การเพิ่มแถบเลื่อน Power Limit ให้สูงสุดสามารถช่วยได้อย่างมากในเรื่องนี้ สิ่งนี้ทำให้การทดสอบความเครียดในการโอเวอร์คล็อกซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากผู้ใช้ต้องจับตาดูความเร็วสัญญาณนาฬิกาตลอดจนอุณหภูมิ การดึงกำลัง และตัวเลขแรงดันไฟฟ้า แต่ คู่มือการทดสอบความเครียดที่ครอบคลุมของเรา สามารถช่วยในกระบวนการนั้นได้

เงื่อนไขสำหรับ GPU Boost

ตอนนี้เราได้พูดถึงกลไกที่อยู่เบื้องหลัง GPU Boost แล้ว สิ่งสำคัญคือต้องหารือเกี่ยวกับเงื่อนไขที่ต้องได้รับการตอบสนองเพื่อให้ GPU Boost มีประสิทธิภาพ มีเงื่อนไขจำนวนมากที่สามารถส่งผลต่อความถี่สุดท้ายที่ทำได้โดย GPU Boost แต่มีเงื่อนไขหลักสามประการที่มีผลกระทบที่สำคัญที่สุดต่อพฤติกรรมการบูสต์นี้

พาวเวอร์เฮดรูม

GPU Boost จะโอเวอร์คล็อกการ์ดโดยอัตโนมัติหากมีพื้นที่ว่างเพียงพอสำหรับการ์ดเพื่อให้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงขึ้น เป็นที่เข้าใจกันว่าความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นจะดึงพลังงานจาก PSU มากขึ้น ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่การ์ดกราฟิกจะมีพลังงานเพียงพอเพื่อให้ GPU Boost ทำงานได้อย่างถูกต้อง สำหรับกราฟิกการ์ด Nvidia ที่ทันสมัยที่สุด GPU Boost จะใช้พลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดเพื่อเร่งความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้สูงที่สุด สิ่งนี้ทำให้ Power Headroom เป็นปัจจัยจำกัดที่พบบ่อยที่สุดสำหรับอัลกอริธึม GPU Boost

การเพิ่มแถบเลื่อน “Power Limit” ให้สูงสุดในซอฟต์แวร์โอเวอร์คล็อกใดๆ อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความถี่สุดท้ายที่การ์ดแสดงผล พลังพิเศษที่จ่ายให้กับการ์ดนั้นถูกใช้เพื่อเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้สูงขึ้น ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ว่าอัลกอริธึม GPU Boost นั้นขึ้นอยู่กับพื้นที่ว่างของพลังงาน

แรงดันไฟฟ้า

ระบบจ่ายไฟของการ์ดกราฟิกจะต้องสามารถให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับการชนและรักษาความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้สูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าเป็นปัจจัยโดยตรงต่ออุณหภูมิเช่นกัน ดังนั้นมันจึงสัมพันธ์กับสภาวะเฮดรูมของความร้อนเช่นกัน ไม่ว่าจะมีข้อจำกัดอย่างหนักสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่การ์ดสามารถใช้ได้และขีดจำกัดนั้นถูกกำหนดโดย BIOS ของการ์ด GPU Boost ใช้ประโยชน์จาก headroom ของแรงดันไฟฟ้าเพื่อพยายามรักษาความเร็วสัญญาณนาฬิกาให้สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้

Headroom ความร้อน

เงื่อนไขสำคัญประการที่สามที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อให้ GPU Boost ทำงานได้อย่างมีประสิทธิผลคือความพร้อมในการระบายความร้อนที่เพียงพอ GPU Boost มีความไวต่ออุณหภูมิของ GPU เป็นอย่างมากเนื่องจากจะเพิ่มและลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงแม้เพียงเล็กน้อย สิ่งสำคัญคือต้องรักษาอุณหภูมิของ GPU ให้ต่ำที่สุดเพื่อให้ได้ความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุด

อุณหภูมิที่สูงกว่า 75 องศาเซลเซียสเริ่มลดความเร็วสัญญาณนาฬิกาลงอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน ความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่อุณหภูมิเหล่านี้ยังคงสูงกว่า Boost Clock อย่างไรก็ตาม ไม่ควรทิ้งประสิทธิภาพไว้บนโต๊ะ ดังนั้นการระบายอากาศของเคสที่เพียงพอและระบบระบายความร้อนที่ดีในตัว GPU อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่ทำได้ผ่าน GPU Boost

Boost Binning และการควบคุมปริมาณความร้อน

ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจซึ่งเกิดขึ้นจากการทำงานของ GPU Boost เรียกว่า boost binning เรารู้ว่าอัลกอริธึม GPU Boost เปลี่ยนความเร็วสัญญาณนาฬิกาของ GPU อย่างรวดเร็วโดยขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ ความเร็วสัญญาณนาฬิกามีการเปลี่ยนแปลงจริงในบล็อกละ 15 Mhz และส่วนความเร็วสัญญาณนาฬิกา 15 Mhz เหล่านี้เรียกว่า Boost bins สังเกตได้ง่าย ๆ ว่าตัวเลข GPU Boost จะแตกต่างกันไปตามปัจจัย 15Mhz ขึ้นอยู่กับพลังงาน แรงดันไฟ และส่วนระบายความร้อน ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขพื้นฐานสามารถลดหรือเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาของการ์ดได้ครั้งละ 15Mhz

แนวคิดของการควบคุมปริมาณความร้อนก็น่าสนใจที่จะสำรวจด้วยการทำงานของ GPU Boost การ์ดแสดงผลจะไม่เริ่มการควบคุมปริมาณความร้อนจนกว่าจะถึงขีด จำกัด อุณหภูมิที่กำหนดซึ่งเรียกว่า Tjmax อุณหภูมินี้มักจะสอดคล้องกับที่ใดที่หนึ่งระหว่าง 87-90 องศาเซลเซียสบน GPU Core และหมายเลขนี้ถูกกำหนดโดย BIOS ของ GPU เมื่อแกน GPU ถึงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ ความเร็วสัญญาณนาฬิกาจะค่อยๆ ลดลงจนต่ำกว่านาฬิกาฐาน นี่เป็นสัญญาณที่ชัดเจนของการควบคุมปริมาณความร้อนเมื่อเทียบกับการเพิ่มบูสต์แบบปกติซึ่งทำได้โดยการเพิ่ม GPU ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการควบคุมปริมาณความร้อนและการเพิ่ม binning คือการควบคุมปริมาณความร้อนเกิดขึ้นที่หรือต่ำกว่านาฬิกาฐาน และการเพิ่ม binning จะเปลี่ยนความเร็วสัญญาณนาฬิกาสูงสุดที่ทำได้โดย GPU Boost โดยใช้ข้อมูลอุณหภูมิ

ข้อเสีย

ไม่มีข้อเสียมากมายสำหรับเทคโนโลยีนี้ซึ่งในตัวของมันเองเป็นสิ่งที่ค่อนข้างกล้าที่จะพูดเกี่ยวกับคุณสมบัติกราฟิกการ์ด GPU Boost ช่วยให้การ์ดเพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกาได้โดยอัตโนมัติโดยที่ผู้ใช้ไม่ต้องป้อนข้อมูลใดๆ และปลดล็อกศักยภาพสูงสุดของการ์ดด้วยการมอบประสิทธิภาพเพิ่มเติมโดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม มีบางสิ่งที่ต้องคำนึงถึงหากคุณเป็นเจ้าของการ์ดกราฟิก Nvidia ที่มี GPU Boost

เนื่องจากการ์ดใช้งบประมาณพลังงานทั้งหมดที่ได้รับการจัดสรร หมายเลขพาวเวอร์ดึงของการ์ดจะสูงกว่าหมายเลข TBP หรือ TGP ที่โฆษณาไว้อาจทำให้คุณเชื่อได้ นอกจากนั้นแรงดันไฟฟ้าและการดึงพลังงานที่เพิ่มขึ้นจะนำไปสู่อุณหภูมิที่สูงขึ้นเนื่องจากการ์ดมีการโอเวอร์คล็อกอัตโนมัติโดยใช้เฮดรูมอุณหภูมิที่มีให้ อุณหภูมิจะไม่สูงจนเป็นอันตรายไม่ว่าด้วยวิธีใด เพราะทันทีที่อุณหภูมิถึงขีดจำกัด แรงดันไฟและการดึงพลังงานจะลดลงเพื่อชดเชยความร้อนที่เพิ่มขึ้น

คำพูดสุดท้าย

ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีกราฟิกการ์ดทำให้เห็นคุณสมบัติที่น่าประทับใจอย่างยิ่งมาถึงมือผู้บริโภค และ GPU Boost ก็เป็นหนึ่งในนั้นอย่างแน่นอน ฟีเจอร์ของ Nvidia (และฟีเจอร์ที่คล้ายคลึงกันของ AMD) ช่วยให้กราฟิกการ์ดมีศักยภาพสูงสุดโดยไม่จำเป็นต้องป้อนข้อมูลจากผู้ใช้ใดๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดที่พร้อมใช้งานทันที คุณลักษณะนี้ทั้งหมดยกเว้นความจำเป็นในการโอเวอร์คล็อกแบบแมนนวล เนื่องจากไม่มีพื้นที่ว่างเพียงพอสำหรับการปรับแต่งแบบละเอียดด้วยตนเอง เนื่องจากการจัดการที่ยอดเยี่ยมของ GPU Boost

โดยรวมแล้ว GPU Boost เป็นคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมที่เราอยากเห็นให้ดีขึ้นเรื่อยๆ ด้วยการปรับปรุงอัลกอริธึมหลักที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีนี้ ซึ่งไมโครจะจัดการการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เล็กน้อยเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด