Ograniczanie karty przez procesor prawda czy mit? Test na platformie Z77 z GTX 680 oraz GTX 680 SLI

Na forach dyskusyjnych często powtarza się pytanie czy procesor ogranicza kartę graficzną. Moim zdaniem powyższe zjawisko istnieje i często występuje przy źle dobranej konfiguracji sprzętowej kiedy słaby procesor łączymy z topową kartą graficzną. Rozwiązaniem problemu wydaję się zmiana procesora na mocniejszy ale czy mocny procesor jakim jest i7-3770K nie będzie już ograniczał topowej karty? Jeśli planujemy konfigurację SLI, to czy dobierając mocny procesor nie będzie on wąskim gardłem? W dzisiejszym artykule poszukam odpowiedzi na te pytania łącząc procesor i7-3770K z kartą GTX 680 oraz dwoma GTX 680 w konfiguracji SLI

Wstęp 

Na początek wyjaśnię czym jest zjawisko ograniczania kart(y) graficznej przez procesor. Spójrzmy na poniższe wykresy:

Powyższy wykres obrazuje zależność liczby klatek na sekundę (fps) od zegara procesora. Krzywa może mieć różne nachylenie (skalowanie) w zależności od konkretnej lokacji testowej. Jeśli ilość klatek na sekundę (fps) w danej lokacji w grze wzrasta wraz z podkręcaniem zegara procesora oznacza to że ten procesor ogranicza naszą kartę graficzną i nie pozwala jej generować tyle klatek ile jest wstanie zapewnić. Należy jednak pamiętać że w grach mamy zarówno miejsca graficzne gdzie fps jest zależny głównie od wydajności karty graficznej, w małym stopniu od procesora jak i procesorowe gdzie zegar procesora ma duży wpływ na fps. Zjawisko ograniczania karty przez procesor nie jest zależne od obciążenia procesora, może ono wystąpić na danej platformie testowej zarówno kiedy obciążenie procesora jest wysokie jak i niskie. Czy jest ono zalezne od obciążenia karty graficznej? Tutaj zdania są podzielone. Możemy mieć na tej samej karcie graficznej obciążenie GPU wynoszące 99% ale na różnych konfiguracjach sprzętowych z różnymi procesorami fps będzie inny. Moim zdaniem jednak nie należy porównywać obciążenia GPU między różnymi konfiguracjami sprzętowymi z różnymi procesorami ponieważ zmienia to warunki testowe oraz wartości jakie podają programy monitorujące nie są bezwzględne. Nie mniej jednak w obrębie danej platformy testowej występuje następująca zależność: spadek użycia GPU -> spadek fps -> ograniczanie karty przez procesor -> podkręcenie procesora -> wzrost użycia GPU -> wzrost fps, ale tylko do momentu kiedy procesor ogranicza kartę.

Platforma testowa 

System: Windows 7 x 64
Procesor: i7 3770K
Chłodzenie procesora: Prolimatech Megahalems Black
Płyta główna: Asus Sabertooth Z77
RAM: G Skill Sniper 2 x 4GB, 2133MHz, CL 9-11-10-28 2T
Karta graficzna: MSI GTX 680 Lightning, Zotac GTX 680 Amp. (w SLI)
Dysk twardy: Samsung S830
Zasilacz: Seasonic X-760
Obudowa: NZXT Phantom 410 
    

Procedura testowa 

System: Windows 7 x 64

Sterowniki: NVIDIA: 320.00

Zegary testowe kart(y): rdzeń 1202 MHz, pamięci 6000 MHz, dotyczą również SLI.

Konfiguracje testowe procesora:

• i7 3770K @ 3.8 GHz stały zegar
• i7 3770K @ 4.5 GHz stały zegar

Benchmarki testowe i ustawienia:

• Unigine Valley v. 1.0 (Basic edition), preset Extreme HD. Podaje średni fps jaki zwrócił test. Minimalny fps odczytałem z monitoringu MSI Afterburner. Ustawienia graficzne:
  

• Wbudowany benchmark z Bioshock Infinite (Steam). Benchmark uruchomiłem za pomocą zewnętrznej aplikacji Adrenaline Action Benchmark (wersja 1.0.2.1). Podaje średni fps jaki zwrócił test. Minimalny fps odczytałem z monitoringu MSI Afterburner. Ustawienia graficzne:
  

• Crysis 3, wersja 1.0.1.3 (Origin). Jako lokację testową przyjąłem duże pole trawy przy strzelającej wieżyczce na mapie ‘Witamy w dżungli’. Jest to jedno z bardziej wymagających lokacji w grze, gdzie fps jest bardzo zależny od procesora który jest obciążony obliczeniami fizyki falującej trawy. Pomiar średniego fps wykonałem frapsem. Min. fps odczytałem z zakładki monitoringu MSI Afterburner. Ustawienia graficzne:
  
  
  
  
  
  

Wyniki

Unigine Valley 1.0

Porównanie użycia GPU oraz wykresy fps w czasie:

Zrzuty ekranu z wynikami:

Benchmark Unigine Valley jest typowym testem graficznym, gdzie procesor ma nie wiele do powiedzenia, wydajność zależy głównie od karty graficznej. W konfiguracji z pojedynczą kartą GTX 680 procesor i7 3770K taktowany zegarem 3.8 GHz w żadnym stopniu jej nie ograniczał, wyniki po podkręceniu były identyczne. Nieco inaczej sytuacja wygląda w konfiguracji SLI. Podkręcenie procesora z 3.8 GHz do 4.5 GHz (18.4%) spowodowało niewielki wzrost średniego fps z 84 do 86 (3.6%). Ponadto przy nie podkręconym procesorze zaobserwowaliśmy wyraźny spadek użycia GPU obu kart w scenie 6-tej testu gdzie na podkręconym procesorze użycie GPU obu kart jest wyższe przez co uzyskaliśmy w tej scenie ponad 20fps-ów więcej. Na uwagę zasługuje również niewielka poprawa minimalnego fps (z 53 do 55) po podkręceniu procesora w konfiguracji SLI.

Bioshock Infinite, wbudowany benchmark

Porównanie użycia GPU oraz wykresy fps w czasie:

Zrzuty ekranu z wynikami:

Wbudowany benchmark z gry Bioshock Infinite jest również typowym testem graficznym, gdzie procesor ma nie wiele do powiedzenia, a wydajność zależy głównie od karty graficznej. Wnioski są podobne do tych z testu Unigine Valley. W konfiguracji z pojedynczą kartą GTX 680 procesor i7 3770K taktowany zegarem 3.8 GHz w żadnym stopniu jej nie ograniczał, wyniki po podkręceniu były niemal identyczne. W konfiguracji SLI podkręcenie procesora z 3.8 GHz do 4.5 GHz (18.4%) spowodowało wzrost średniego fps z 141 do 143 (2.1%) co nie jest dużą wartością. Jednak bardziej odczuwalnie poprawił się minimalny fps, z 57 do 63 (5.2%) co widać na powyższym screenie z użyciem GPU.

Crysis 3

Miejsce testowe: Mapa "Witamy w dżungli", duże pole trawy przy strzelającej wieżyczce

GTX 680 SLI @ 1202 @ 6000, i7 3770K @ 4.5 GHz:

GTX 680 SLI @ 1202 @ 6000, i7 3770K @ 3.8 GHz:

GTX 680 @ 1202 @ 6000, i7 3770K @ 4.5 GHz:

GTX 680 @ 1202 @ 6000, i7 3770K @ 3.8 GHz:

Powyższe linki mają charakter poglądowy, pokazują miejsce testowe i obrazują różnicę w wydajności. Jednak rzeczywista liczba klatek na sekundę jest wyższa niż ta widoczna na filmikach  z powodu dodatkowego narzutu na fps spowodowanego nagrywaniem. 

Porównanie użycia GPU oraz wykres fps w czasie:

Zrzuty ekranu z wynikami:

Testowana lokacja jest przykładem miejsca procesorowego. Liczba klatek na sekundę jest zależna od zegara procesora. W konfiguracji z pojedynczą kartą GTX 680 procesor i7 3770K taktowany zegarem 3.8 GHz nieco ograniczał kartę, nie generowała ona tyle klatek ile jest wstanie zapewnić w tej lokacji. Podkręcenie procesora z 3.8 GHz do 4.5 GHz (18.4%) spowodowało nieznaczny wzrost średniej liczby klatek na sekundę ale wyraźnie poprawiło skoki fps oraz minimalny fps który wzrósł z 39 do 48 (23%). W konfiguracji SLI procesor taktowany zegarem 3.8 GHz bardziej wyraźnie ograniczał karty, wykorzystanie GPU obu kart przez większość czasu w miejscu testowym oscylowało w granicach 60%. Podkręcenie procesora z 3.8 GHz do 4.5 GHz (18.4%) spowodowało wzrost średniego fps z 64 do 73 (14%) oraz minimalnego fps z 43 do 50 (16%).

Podsumowanie

W dzisiejszym teście pokazaliśmy że nawet mocny procesor jakim jest i7 3770K taktowany zegarem 3.8 GHz potrafi ograniczyć kartę GTX 680. Przykładem lokacji w której tak się dzieje jest duże pole trawy na mapie „Witamy w dżungli” w Crysis 3 gdzie obserwujemy zauważalne spadki fps z winy procesora który nie pozwala generować karcie tyle klatek ile jest wstanie zapewnić. Po podkręceniu procesora z 3.8 do 4.5GHz spadki fps były o wiele mniejsze i komfort gry wyraźnie się poprawił. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt że w grach mamy również miejsca graficzne czego przykładem jest test w Unigine Valley gdzie liczba klatek na sekundę zależy głównie od wydajności karty graficznej. W takiej lokacji procesor i7 3770K na fabrycznym zegarze nie będzie w żadnym stopniu ograniczał pojedynczej karty GTX 680. W przypadku konfiguracji SLI zapotrzebowanie na moc procesora jest o wiele większe. Testy pokazały że nawet w typowym teście graficznym jakim jest Unigine Valley oraz wbudowany benchmark z Bioshock procesor i7 3770K taktowany zegarem 3.8 GHz już nieco ogranicza tandem GTX 680. W testowanym miejscu procesorowym w Crysis 3 zjawisko ograniczania jest o wiele bardziej widoczne. Na zegarze 3.8 GHz w konfiguracji SLI komfort gry był nieco gorszy niż na pojedynczej karcie GTX 680 z podkręconym do 4.5 GHz procesorem. W konfiguracji SLI dopiero podkręcenie procesora z 3.8 GHz do 4.5 GHz zmniejszyło spadki fps i zapewniło płynniejszą rozgrywkę. Skalowanie względem pojedynczej karty w tej lokacji wynosiło zaledwie 32% (73:55) przy podkręconym procesorze oraz tylko 23% (64:52) przy nie podkręconym, gdzie w teście graficznym Unigine Valley wynosiło 91% (86:45). Decydując się na zakup dwóch GTX 680 w SLI należy liczyć się z tym że nawet mocny procesor jakim jest i7 3770K będzie na fabrycznym zegarze nieco ograniczał dwie karty, więc aby lepiej wykorzystać ich moc konieczne jest podkręcenie procesora.

Serdecznie dziękuje firmie Zotac za dostarczenie sprzętu do testów.

www.zotac.com