GPU Boost - Giải thích thuật toán tự tăng cường của Nvidia

Công nghệ Card đồ họa đã tiến bộ nhảy vọt trong vài thế hệ qua với mỗi thế hệ mang lại sự cải tiến đáng kể không chỉ về hiệu suất tổng thể của card mà còn về các tính năng mà card mang lại. Không có gì ngạc nhiên khi điều quan trọng đối với cả Nvidia và AMD là phải tiếp tục đổi mới và tiếp tục phát triển các bộ tính năng của thẻ cũng như các công nghệ nội tại của chúng, cùng với những cải tiến thế hệ về hiệu suất với mỗi dòng thẻ đồ họa tiếp theo.

Tăng tốc độ xung nhịp đã trở thành một tính năng chủ đạo trong ngành Phần cứng PC ngày nay với cả card đồ họa cũng như CPU đều cung cấp công nghệ này. Thay đổi tốc độ xung nhịp của thành phần do những thay đổi trong điều kiện của PC có thể dẫn đến hiệu suất cũng như hiệu quả của bộ phận đó được cải thiện cao, cuối cùng mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn nhiều. Tuy nhiên, do sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực này, hành vi boost tiêu chuẩn của card đồ họa đã được cải thiện và hoàn thiện hơn nữa với các công nghệ như GPU Boost 4.0 sẽ đi đầu vào năm 2020. Những công nghệ mới này đã được phát triển để tối đa hóa hiệu suất của card đồ họa khi cần thiết đồng thời duy trì hiệu suất cao nhất khi tải nhẹ hơn.

Tăng cường GPU

Vậy chính xác thì GPU Boost là gì? Nói một cách đơn giản, GPU Boost là phương pháp của Nvidia nhằm tăng tốc độ xung nhịp của các cạc đồ họa một cách tự động cho đến khi các cạc đạt đến giới hạn công suất hoặc nhiệt độ được xác định trước. Thuật toán GPU Boost là một thuật toán chuyên biệt cao và có điều kiện nhận biết, thực hiện các thay đổi trong tích tắc đối với một số lượng lớn các thông số để giữ cho cạc đồ họa ở tần số tăng tối đa có thể. Công nghệ này cho phép thẻ tăng cao hơn nhiều so với “Đồng hồ tăng cường” được quảng cáo có thể được liệt kê trên hộp hoặc trên trang sản phẩm.

Trước khi chúng ta đi sâu vào cơ chế đằng sau công nghệ này, một số thuật ngữ quan trọng cần được giải thích và phân biệt.

Thuật ngữ

Trong khi mua sắm một chiếc card đồ họa, người tiêu dùng bình thường có thể bắt gặp một loạt các con số và các thuật ngữ khó hiểu không có ý nghĩa hoặc thậm chí tệ hơn, cuối cùng lại mâu thuẫn với nhau và càng khiến người mua bối rối. Do đó, cần phải xem qua các thuật ngữ khác nhau liên quan đến tốc độ đồng hồ có nghĩa là gì khi bạn xem trang sản phẩm.

Đồng hồ cơ bản: Xung nhịp cơ bản của cạc đồ họa (đôi khi còn được gọi là “Đồng hồ lõi”) là tốc độ tối thiểu mà GPU được quảng cáo để chạy. Trong điều kiện bình thường, GPU của thẻ sẽ không giảm xuống dưới tốc độ xung nhịp này trừ khi các điều kiện bị thay đổi đáng kể. Con số này có ý nghĩa hơn trong các thẻ cũ hơn nhưng ngày càng ít phù hợp hơn khi các công nghệ tăng cường chiếm vị trí trung tâm.
Đồng hồ tăng cường: Xung nhịp được quảng cáo của card là tốc độ xung nhịp tối đa mà card đồ họa có thể đạt được trong điều kiện bình thường trước khi GPU Boost được kích hoạt. Con số tốc độ đồng hồ này thường cao hơn một chút so với Đồng hồ cơ bản và thẻ sử dụng hầu hết ngân sách năng lượng của nó để đạt được con số này. Trừ khi thẻ bị ràng buộc nhiệt, nó sẽ đạt mức xung nhịp được quảng cáo này. Đây cũng là thông số được thay đổi trong thẻ “Factory Overclock” từ các đối tác AIB.
“Đồng hồ trò chơi”: Với việc phát hành kiến trúc RDNA mới của AMD tại E3 2019, AMD cũng đã công bố một khái niệm mới được gọi là Đồng hồ trò chơi. Thương hiệu này là độc quyền cho các card đồ họa AMD tại thời điểm viết bài và thực sự đặt tên cho tốc độ đồng hồ tùy ý mà người ta sẽ thấy khi chơi game. Về cơ bản, Game Clock là tốc độ xung nhịp mà card đồ họa phải đạt và duy trì trong khi chơi game, thường nằm ở khoảng giữa Base Clock và Boost Clock đối với Card đồ họa AMD. Việc ép xung thẻ có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ đồng hồ cụ thể này.

Cơ chế của GPU Boost

GPU Boost là một công nghệ thú vị khá có lợi cho các game thủ và thực sự không có bất lợi nào đáng kể. GPU Boost làm tăng tốc độ xung nhịp hiệu quả của cạc đồ họa thậm chí vượt quá tần số tăng cường được quảng cáo, miễn là có một số điều kiện thuận lợi. Những gì GPU Boost thực hiện về cơ bản là ép xung, trong đó nó đẩy tốc độ xung nhịp của GPU vượt qua “Xung nhịp tăng cường” được quảng cáo. Điều này cho phép card đồ họa tự động tăng hiệu suất và người dùng không phải chỉnh sửa gì cả. Thuật toán về cơ bản là "thông minh" do thực tế là nó có thể thực hiện các thay đổi trong tích tắc đối với các thông số khác nhau cùng một lúc để giữ tốc độ đồng hồ duy trì ở mức cao nhất có thể mà không có nguy cơ bị lỗi hoặc tác động, v.v. Với GPU Boost, card đồ họa chạy với tốc độ xung nhịp cao hơn so với quảng cáo, mang đến cho người dùng về cơ bản một card được ép xung mà không cần bất kỳ điều chỉnh thủ công nào.

GPU Boost chủ yếu là một thương hiệu dành riêng cho Nvidia và AMD có một thứ tương tự hoạt động theo một cách khác. Trong phần nội dung này, chúng tôi sẽ chủ yếu tập trung vào việc triển khai GPU Boost của Nvidia. Với dòng sản phẩm card đồ họa Turing của mình, Nvidia đã giới thiệu lần lặp thứ tư của GPU Boost được gọi là GPU Boost 4.0 cho phép người dùng điều chỉnh thủ công các thuật toán mà GPU Boost sử dụng nếu họ thấy phù hợp. Điều này không thể xảy ra với GPU Boost 3.0 vì các thuật toán này đã bị khóa bên trong trình điều khiển. Mặt khác, GPU Boost 4.0 cho phép người dùng tinh chỉnh các đường cong khác nhau theo cách thủ công để tăng hiệu suất, đây sẽ là một tin tốt cho những người đam mê ép xung.

GPU Boost 4.0 cũng đã bổ sung nhiều tinh chỉnh tốt khác như miền nhiệt độ nơi các điểm uốn mới đã được thêm vào. Không giống như GPU Boost 3.0, nơi có sự sụt giảm đột ngột từ xung nhịp tăng xuống đến xung nhịp cơ bản khi vượt qua ngưỡng nhiệt độ nhất định, giờ đây có thể có nhiều bước trên đường đi giữa hai tốc độ xung nhịp. Điều này cho phép mức độ chi tiết cao hơn, giúp GPU cũng có thể tăng hiệu suất đến cả bit cuối cùng trong các điều kiện không thuận lợi.

Việc ép xung các card đồ họa bằng GPU boost khá đơn giản và không có nhiều thay đổi về mặt này. Bất kỳ khoảng chênh lệch bổ sung nào cho xung nhịp lõi đều thực sự được áp dụng cho “Xung nhịp tăng tốc” và thuật toán GPU Boost cố gắng cải thiện hơn nữa tốc độ xung nhịp cao nhất bằng một biên độ tương tự. Tăng thanh trượt Power Limit lên mức tối đa có thể giúp ích đáng kể trong vấn đề này. Điều này làm cho việc kiểm tra căng thẳng khi ép xung trở nên phức tạp hơn một chút vì người dùng phải theo dõi tốc độ đồng hồ cũng như nhiệt độ, mức tiêu thụ điện và số điện áp, nhưng hướng dẫn kiểm tra căng thẳng toàn diện của chúng tôi có thể giúp với quá trình đó.

Điều kiện cho GPU Boost

Bây giờ chúng ta đã thảo luận về cơ chế đằng sau chính GPU Boost, điều quan trọng là phải thảo luận về các điều kiện cần được đáp ứng để GPU Boost hoạt động hiệu quả. Có một số lượng lớn các điều kiện có thể ảnh hưởng đến tần số cuối cùng mà GPU Boost đạt được, nhưng có ba điều kiện chính có tác động đáng kể nhất đến hành vi thúc đẩy này.

Phòng điện

GPU Boost sẽ tự động ép xung thẻ với điều kiện có đủ khoảng trống năng lượng cho thẻ để cho phép tốc độ xung nhịp cao hơn. Có thể hiểu rằng tốc độ xung nhịp cao hơn sẽ lấy nhiều năng lượng hơn từ PSU, vì vậy điều cực kỳ quan trọng là phải có đủ năng lượng cho card đồ họa để GPU Boost có thể hoạt động bình thường. Với hầu hết các card đồ họa Nvidia hiện đại, GPU Boost sẽ sử dụng hết sức mạnh hiện có mà nó có thể sử dụng để đẩy xung nhịp lên cao nhất có thể. Điều này làm cho Power Headroom trở thành yếu tố hạn chế phổ biến nhất đối với thuật toán GPU Boost.

Chỉ cần tăng thanh trượt “Giới hạn nguồn” lên mức tối đa trong bất kỳ phần mềm ép xung nào cũng có thể có tác động lớn đến tần số cuối cùng mà cạc đồ họa đạt được. Nguồn điện bổ sung được cung cấp cho thẻ được sử dụng để đẩy tốc độ xung nhịp lên cao hơn nữa, đây là một minh chứng cho việc thuật toán GPU Boost phụ thuộc vào khoảng không công suất như thế nào.

Vôn

Hệ thống phân phối điện của cạc đồ họa cần có khả năng cung cấp điện áp bổ sung cần thiết để đạt được và duy trì tốc độ xung nhịp cao hơn. Điện áp là yếu tố góp phần trực tiếp vào nhiệt độ, do đó nó cũng liên quan đến điều kiện nhiệt độ. Bất kể, có một giới hạn cứng đối với mức điện áp mà thẻ có thể sử dụng và giới hạn đó được thiết lập bởi BIOS của thẻ. GPU Boost tận dụng mọi khoảng trống điện áp để thử và duy trì tốc độ xung nhịp cao nhất có thể.

Khoảng cách nhiệt

Điều kiện chính thứ ba cần được đáp ứng để hoạt động hiệu quả của GPU Boost là sự sẵn có của khoảng không tản nhiệt thích hợp. GPU Boost cực kỳ nhạy cảm với nhiệt độ của GPU khi nó tăng và giảm tốc độ xung nhịp dựa trên những thay đổi nhiệt độ dù là nhỏ nhất. Điều quan trọng là phải giữ nhiệt độ của GPU càng thấp càng tốt để đạt được tốc độ xung nhịp cao nhất.

Nhiệt độ cao hơn 75 độ Celcius bắt đầu giảm tốc độ đồng hồ một cách đáng kể có thể ảnh hưởng đến hiệu suất. Tốc độ đồng hồ ở những nhiệt độ này vẫn có thể cao hơn Đồng hồ tăng cường, tuy nhiên, không phải là một ý tưởng tuyệt vời nếu để hiệu suất trên bàn. Do đó, việc thông gió đầy đủ cho vỏ máy và một hệ thống làm mát tốt trên chính GPU có thể có tác động đáng kể đến tốc độ xung nhịp đạt được thông qua GPU Boost.

Tăng cường thùng rác và điều chỉnh nhiệt

Một hiện tượng thú vị bên trong hoạt động của GPU Boost được gọi là boost binning. Chúng tôi biết rằng thuật toán GPU Boost thay đổi nhanh chóng tốc độ xung nhịp của GPU tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau. Tốc độ đồng hồ thực sự được thay đổi theo từng khối 15 Mhz, và các phần 15 Mhz này của tốc độ đồng hồ được gọi là thùng tăng tốc. Có thể dễ dàng nhận thấy rằng số lượng GPU Boost sẽ khác nhau với hệ số 15Mhz tùy thuộc vào công suất, điện áp và khoảng không nhiệt. Điều này có nghĩa là việc thay đổi các điều kiện cơ bản có thể làm giảm hoặc tăng tốc độ đồng hồ của thẻ lên 15Mhz tại một thời điểm.

Khái niệm về điều chỉnh nhiệt cũng rất thú vị để khám phá với hoạt động GPU Boost. Card đồ họa không thực sự bắt đầu điều chỉnh nhiệt cho đến khi nó đạt đến Giới hạn nhiệt độ đã đặt được gọi là Tjmax. Nhiệt độ này thường tương ứng với khoảng từ 87-90 Độ Celcius trên GPU Core và con số cụ thể này được xác định bởi BIOS của GPU. Khi lõi GPU đạt đến nhiệt độ cài đặt này, tốc độ xung nhịp sẽ giảm dần cho đến khi chúng xuống thấp hơn cả xung nhịp cơ bản. Đây là một dấu hiệu chắc chắn của việc điều chỉnh nhiệt so với việc tăng cường binning thông thường được thực hiện bằng cách tăng GPU. Sự khác biệt chính giữa điều chỉnh nhiệt và tăng cường binning là điều chỉnh nhiệt xảy ra ở hoặc thấp hơn xung nhịp cơ bản và tăng tốc binning làm thay đổi tốc độ xung nhịp tối đa mà GPU Boost đạt được bằng cách sử dụng dữ liệu nhiệt độ.

Hạn chế

Không có nhiều điểm hạn chế đối với công nghệ này, trong đó bản thân nó là một điều khá táo bạo khi nói về tính năng của card đồ họa. GPU Boost cho phép thẻ tự động tăng tốc độ xung nhịp mà không cần bất kỳ thông tin nào của người dùng và khai thác toàn bộ tiềm năng của thẻ bằng cách cung cấp hiệu suất bổ sung mà không phải trả thêm phí cho người dùng. Tuy nhiên, có một số điều cần lưu ý nếu bạn sở hữu một card đồ họa Nvidia với GPU Boost.

Do thẻ sử dụng toàn bộ ngân sách điện năng được phân bổ cho nó, nên số lần rút điện của thẻ sẽ cao hơn số TBP hoặc TGP được quảng cáo có thể khiến bạn tin tưởng. Thêm vào đó, điện áp và nguồn điện tăng thêm sẽ dẫn đến nhiệt độ cao hơn do thẻ tự động ép xung bằng cách sử dụng khoảng nhiệt độ có sẵn cho nó. Nhiệt độ sẽ không tăng cao một cách nguy hiểm bởi vì ngay khi nhiệt độ vượt qua một giới hạn nhất định, điện áp và nguồn điện sẽ được giảm xuống để bù cho lượng nhiệt tăng thêm.

Từ cuối cùng

Sự tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ card đồ họa đã chứng kiến một số tính năng cực kỳ ấn tượng đã đến tay người tiêu dùng và GPU Boost chắc chắn là một trong số đó. Tính năng của Nvidia (và tính năng tương tự của AMD) cho phép các cạc đồ họa đạt được tiềm năng tối đa của chúng mà không cần bất kỳ thông tin đầu vào nào của người dùng để mang lại hiệu suất tối đa có thể. Tính năng này giúp loại bỏ hoàn toàn nhu cầu ép xung thủ công vì thực sự không có nhiều khoảng trống để tinh chỉnh thủ công do sự quản lý tuyệt vời của GPU Boost.

Nhìn chung, GPU Boost là một tính năng tuyệt vời mà chúng tôi muốn thấy ngày càng tốt hơn với những cải tiến đối với thuật toán cốt lõi đằng sau công nghệ này, quản lý vi mô các điều chỉnh nhỏ đối với các thông số khác nhau để có được hiệu suất tốt nhất có thể.