Grundlagen GPUs: Leistungsaufnahme, Netzteilkonflikte & andere Mythen

Radeon R9 295X als Netzteil-Killer? Myth busted!

Erkenne die Grenzen: Wo liegt die Tolerenzgrenze?

Nachdem wir nun wissen, warum bei aktuellen Grafikkarten so extreme Lastspitzen entstehen, wollen wir uns mit den möglichen Folgen beschäftigen. Wer erinnert sich nicht an die ganzen Diskussionen parallel zum Launch der R9 295X2, welches Kabel an welche Rail des Netzteils anzuschließen wäre, wie haltbar Stecker und Kabel sind sowie der Frage, wo die wirklichen Grenzen liegen? Stecker, Kabel, Netzteil - wer ist eigentlich Schuld, wenn es doch mal mit einem Knall oder Zischen dunkel wird?

Dass AMD mit dieser Karte den Killer jeglicher Standards schlechthin geschaffen habe, wurde gern und ausgiebig kolportiert und auch Nvidias Titan Z bekam später gehörig was auf die Nüsse - nur dass sie nicht sonderlich viele Redakteure im Selbstversuch testen konnten. Genau hier wollen wir ansetzen und zunächst die Frage beantworten, ob diese ganze Aufregung nicht vielleicht viel zu übertrieben war, nur weil die meisten von den Umständen überrascht wurden.

Wie AMD uns mitteilte, ist die TDP der Karte mit maximal 450 Watt spezifiziert - und wenn wir uns die zweite Seite mit Power Tune und der Theorie Erinnerung rufen, dann wissen wir auch, dass diese Angabe nicht nur ein schnöder Schätzwert ist, sondern eine echte Grenze. Beim Gaming messen wir noch knapp unter 430 Watt, so wie von AMD kommuniziert und nicht über 500, wie oft verbreitet:

Beim Stresstest, den wir als Nächstes auch mit einer guten Infrarotkamera (Optris PI450) dokumentieren werden, sind es ebenfalls nur knapp unter 450 Watt. Das beweist, dass man nur schnell genug messen muss, um sich bei der Wertermittlung nicht meilenweit vom tatsächlichen Durchschnittswert zu entfernen.

Infrarot-Video der R9 295X2 unter Maximallast

Wir nutzen für die möglichst perfekte und übersichtliche Aunahme eine PI450 von Optris, die für diese Belange bestens geeignet ist und den gesamten Prozess als Video in Echtzeit aufzeichnen und auswerten kann:

Wir wollen uns in diesem Artikel nun endlich der Frage annehmen, ob denn die Kabel unseres Netzteils sowie die Stecker und Buchsen des PCIe-Anschlusses die Geschichte schadlos überstehen können und wo die Wärme eigentlich herkommt. Übergangswiderstand, schlechte Kontakte, miese Kabel? Kann man alles getrost in die vielzitierte Tonne befördern, denn es kommt völlig anders. Wir lassen die ersten 10 Minuten im Zeitraffer laufen und fassen alles in fünf Minuten zusammen:

R9 295X2 Warming Up

Ausgangspunkt und Mutter aller Temperaturkollapse ist also die Platine! Wie das Video eindrucksvoll beweist, heizt sich zunächst die Platine ordentlich auf. Die Temperaturen der Spannungswandler sind dafür, dass sie aktiv belüftete Kühlkürper besitzen, jenseits aller Akzeptanz. Dies trägt, zusammen mit den zwei GPUs, zur kontinuierlichen Erwärmung der Platine bei, der auch die Backplate nicht mehr helfen kann. Wobei es ohne diese Plate sogar kühler lief, da die Luft frei zirkulieren konnte!

Letztendlich breitet sich die Wärme über die verlöteten Anschlussstifte in die PCI-Express-Anschlussbuchsen (die später auch bis zu 59°C warm wurden) und dann erst über die Steckkontakte in die Kabel aus.

Man darf also beruhigt sein, denn die Kabel und Anschlüsse der Stromversorgung leiden durch diese Karte nicht, solange sie den üblichen Qualitätsstandards entsprechen! Was aber ist nun mit dem Netzteil?

Versorgungsengpässe? Nicht wirklich, wenn...

Um das Ganze noch etwas spannender zu machen, testen wir zunächst eine und später dann sogar zwei solcher Karten im Quad-Crossfire bei brütender Hitze (knapp 30°C Raumtemperatur). Zunächst benutzen wir ein ordentliches 500-Watt-Netzteil (be quiet! Straight Power E10), das erst bei ca. 20 Prozent Überlast sauber abschaltet.

Stimmen unsere Messwerte für die R9 295X2 aus dem Launch-Artikel von durchschnittlich 430 Watt im Gaming-Loop, dann sollten die damit maximal verfügbaren 600 Watt auch für die Grafikkarte, ein Mittelklasse-Mainboard und einen nicht übertakteten Core i7-4770K sowie acht GByte RAM und eine SSD locker ausreichen.

R9 295X2 on an 500W be quiet! Straight Power E10

Und das tun sie auch, denn die Chroma zeigt primärseitig im Maximum nie mehr als 610 Watt an, sondern meist deutlich weniger - und so gehen wir sogar gemütlich zwischendurch eine Pizza essen. Der Loop läuft stabil und wir wundern uns das erste Mal über die Ausfälle der großen Boliden bei den Launch-Artikeln. Aber warum sollten wir nur kleckern?

Einmal mutig geworden, hängen wir nun sogar zwei R9 295X2 an ein nicht mehr ganz taufrisches 1000-Watt-Netzteil (be quiet! Power Zone), das lediglich mit 80+ Bronze zertifiziert ist. Jetzt sollten die Leistungsaufnahme beider Karten und die des Testsystems zusammen bei ca. 1000 Watt auf der Sekundärseite liegen und das Netzteil müsste diese Last seinerseits locker stemmen können.

Beim erneuten, einstündigen Gaming-Loop und nahezu 100-prozentiger Auslastung messen wir an der Chroma primärseitig eine Leistungsaufnahme von bis zu 1100 Watt. Damit liegt unser Gesamtsystem in jedem Fall deutlich unter 1000 Watt, was zunächst erst einmal beweist, das unsere Messungen der Leistungsaufnahme exakt der Realität entsprechen.

Warum aber schalten deutlich großzügiger bemessene Systeme trotzdem ab?

Schauen wir uns auch diese Belastungsprobe im Video an. Zur Information: Die Lautstärke setzt sich aus den röhrenden Chromas und den zwei Grafikkarten zusammen; das Netzteil ging in diesem akustischen Inferno glatt unter:

2x R9 295X2 an einem be quiet! PowerZone 1000W

Netzteil und Grafikkarte sollten zueinander passen. Nicht die pure Wattangabe der Gesamtleistung ist für ein Gelingen entscheidend, sondern Faktoren wie Single- oder Multi-Rail und die verfügbaren und wirklich erreichbaren Stromstärken, die auch bei sehr kurzen, heftigen Lastpitzen ("Spikes") konstant geliefert werden können, ohne dass die Spannungswerte kurzfristig einknicken. Die Frage beantwortet am Ende das Netzteil.

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31 Kommentare
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    Dein Kommentar
  • Tesetilaro
    vielen vielen Dank, etwas das ich schon lange vermutet hatte, wurde endliche "bewiesen" - es kann durchaus das Mainboard sein, was hier abschaltet.

    Wir sind an dem Punkt angekommen wo klar wird, man kann einfach einen selbstgebauten Rechner nicht nur nach den Komponentenpreise zusammenstellen, sondern sollte sehr genau schaun welche Qualität dahinter steckt.

    Eine Mammutaufgabe für den Nutzer, was für mich persönlich zum Urteil führt:
    1. Netzteil - nur noch aus TH tests - und dort das mit den glattesten Ripple Kurven!
    2. Mainboard - auch hier nur noch gut getestet (im Hinblick auf guten Energiehaushalt)
    3. Graka ausschließlich noch von euren Tests...

    Das ganze dann mit einer passenden CPU (in Sachen Leistung) und einem RAM von der QVL garnieren, mit einem wertigen Gehäuse und ausreichend Belüftung verzieren und fertig ist der gemischte Salat ähm, Rechner *g*
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  • Big-K
    Das war ja mal sehr interessant. Aber für den Endkunden gestaltet es sich schwirig die Kondensator Bestückung vor dem kauf zu klären. Und die Einzelhändler werden da auch wenig weiterhefen können.
    Auch die rippel noise werte der un oder ohmsch belasteten nt werden wenig darüber aussagen wie es sich verhält wenn die graka kurzzeitig hohe Last fordert.
    Von da her bleibt trotz aller Theorie wohl trotzdem nur der Praxistest am besten mit einer oder zwei 295.
    Und gerade der fehlte z.b. gestern beim nt test mal wieder. Gut ich hab keine x2 sondern zwei 290. aber kann ich die gestern getesteten Netzteile verwenden? Was nutzt das ganze Fachwissen und die teure Ausrüstung wenn man sie nicht nutzt.
    Ich will mich nicht beschweren das soll nur konstruktive Kritik sein ;-)

    ps. Das E10 video war nur drin um MICH zu ärgern? *egozentrisch*
    Ne aber würde mich freuen wenn dazu ein test käme sobald freigegeben
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  • Diluvian
    Wow, interessanter Artikel, vielen Dank.
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  • quixx
    Früher war es üblich, bei Stromspitzen keramische Kondensatoren den Elkos beizustellen. Keramische haben eine viel niedrigere ESR. Damit bot man den Spitzen gut Paroli. Ab hundert Megahertz sogar nur 10nF (noch lower). Das ist wohl aus der Mode gekommen.
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  • Michalito
    Hoffe dieser Artikel wird vor allem von den Kollegen der anderen Redaktionen auch gelesen, damit die Wissen wo der Hammer hängt..;-)

    Danke Igor

    P.S. Bin ebenso wie Big K dafür das der Herr Afschar seine NT's mal mit dem Labor mal so richtig auf den Zahn fühlt. Oder scheitert das aufgrund von raümlicher Distanz?
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  • miki4
    Lange nicht einen derart geilen Artikel gelesen. Wahrlich ein Genuss.

    Vielen Dank!
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  • Mahlzeit
    mal rein interessehalber eine frage zu dem wasser in den kondensatoren. unpassiviertes aluminium würde so oder so mit wasser reagieren. deltaE^0 ist mit 0,852 V deutlich positiv soll heißen man hätte innerhalb kürzester zeit Al(OH)3 (sollte eigentlich nach unten gestellt sein steht im artikel aber hochgestellt) und wasserstoff. hab ich auch selbst schon eindrucksvoll beobachten können. amalgamiertes aluminium verabschiedet sich recht zügig. eine schicht Al2O3 bildet sich ja schon bei normaler alu-folie mit dem luftsauerstoff. ich schätze mal was gemeint ist, ist die allmähliche zersetzung der Al2O3 schicht. ich vermute mal durch Cl^-. würde das nur gerne genauer wissen.
    was ich mich irgendwie auch gefragt habe wenn die kondensatoren aufplatzen und dann zufälligerweise ein funke (durch einen kurzschluss z.B.) entsteht, könnte es da zu einer kleinen knallgasexplosion kommen oder ist die menge an wasserstoff die da so entsteht zu gering?
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  • alterSack66
    Ist halt echt schwierig für den Kunden. Da kaufst dir ein 200 Euro Netzteil und dann Satz mit X. Am Mainboard sollte man sowieso nicht so arg sparen find ich.
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  • FormatC
    @Mahzeit:
    Unser wertvolles CMS stellt leider alles hoch, da habe ich keinen Einfluss auf die Formtierung beim Importieren :( Normalerweise gehen die Caps ja an den Sollbruchstellen auf, da ist es nur ein leichtes pffff, beim Platzen jedoch ist die Gasmenge zu klein, um irgendiwe von Belang sein zu können. Es sei denn, es ist der fette Primärcap. Aber da habe ich auch noch nichts von gehört...
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  • FormatC
    Anonymous sagte:
    Früher war es üblich, bei Stromspitzen keramische Kondensatoren den Elkos beizustellen. Keramische haben eine viel niedrigere ESR. Damit bot man den Spitzen gut Paroli. Ab hundert Megahertz sogar nur 10nF (noch lower). Das ist wohl aus der Mode gekommen.


    Deshalb bauen ja ainige wieder parallel Solids ein. Bei 100 KHz reichen ja auch wenige Microfarad
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  • X-Ray
    Ein wirklich wahnsinnig guter Artikel. Allerdings wie die anderen schon bemerkt haben ist das für den Endnutzer sehr schwierig selber herauszufinden. Mein Vorschlag wäre: Wieso baut ihr nicht auch mal PCs verschiedener Leistungsklassen auf die dann von Händlern verkauft werden? So wie eure Kollegen der PCGH. Praktisch eine THDE Edition ;) da könnten dann eure Messergebnisse und eure ganze Erfahrung in ein Produkt einfließen!
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  • FormatC
    Ist in Arbeit. Aber es ist schwer, Händler zu finden, die nicht den eigenen Abverkauf unnützer Teile in den Vordergrund stellen ;)
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  • X-Ray
    Sehr gut:D bei mir steht langsam ein neuer PC an:D aber ich kann noch warten bis eure da sind.
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  • Niclas Kraus
    Wirklich guter Artikel, allerdings wohl nicht nur für mich zu viel Fachchinesisch, auch wenn sicherlich schon viel gekürtzt wurde :)
    Ich würde mich in Zukunft über viele, sehr ausführliche Netzteil-Tests freuen, denn so detailiert und tiefgehend wird selten eine Problematik behandelt. Auch wär eine Version des Artikels für Laien interessant :D
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  • doofeOhren
    Vielen Dank lieber Igor
    für diesen fundierten, fachlich und inhaltlich hervorragend geschriebenen Artikel. Es ist wertfreie und ohne eine "Hersteller Brille" erstellt. Journalistische Arbeit wie sie sein soll. (Wobei da auch mehr der Ingenieur raus kommt)
    Da kann man gerne und guten gewissens als Quelle drauf verweisen.
    Leider ist die Qualität der Fachbeiträge nicht überall gleich hoch, es werde Fotos von Platinen und Elkos gelistet das sich der halb technisch interessierte damit vor seinen Kumpels rühmen kann sich ist der informationswert gegen Null. Egal ob das ist Hardware zeitschriften ist oder in anderen Computerforen. viele haben gefährliches Halbwissen und verbreiten dann in der Beratung ahnungslos er user viele abstruse Meinungen.
    Danke für alles und ich freue mich auf mehr Artikeln in dieser Qualität.
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  • Hellsfoul
    Guter Artikel, sehr informativ!

    Ich frage mich aber, warum man die Lastspitzen nicht gleich auf dem Board der Grafikkarte abfängt. So sollte es doch eigentlich sein?! Warum muss sich dann das Netzteil um die ganzen Lastspitzen kümmern. Ich sehe es eher so, dass die Grafikkartenhersteller wieder mal sparen und damit die Stabilität des Systems aufs Spiel setzen.
    Man kann ja davon ausgehen, dass auch die CPU solche Lastspitzen hat. Wenn ich aber auf mein Mainboard schaue, dann sehe ich da viele Kondensatoren, die das hoffentlich abfangen. Wenn man bedenkt, dass die CPUs nur eine Verlustleistung von meist 100W haben, sind das sogar sehr viele.
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  • Tesetilaro
    das mainboad ist aber auch nen ticken komplexer als so ne graka, was die Stromversorgung angeht,

    es müssen ja neben der CPU noch dutzende andere (potentielle) verbraucher mit gesteuert und versorgt werden,
    erschwerend muß das mit 3,3 und 5 und 12 volt passieren, das sind zum einen die ganzen onboard chips, NB, SB,
    USB-Host, Soundchip, etc. pp, dann bekommen ja die anderen PCIe karten ihren saft von da, neben der graka, dann
    natürlich die peripherie und jeder hat seine lastspitzen und besonderheiten..

    Ich gebe dir Trotzdem recht, was die Hersteller der Graphikkarten da treiben ist, zumindest aus meiner Sicht, eine
    Frechheit und zwar zu lasten der Nutzer, die auch noch immer wieder brav die neusten Karten kaufen :-(
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  • FormatC
    Das größte Problem bei Grafikkarten ist ja der Kühler, der leider wenig Platz für mehr und größere Caps lässt. Wobei die Spikes von Hersteller zu Hersteller durchaus schwanken könne, es gibt auch bessere Beschaltungen, die da schon Abhilfe schaffen. Meist sind das aber dann auch die teureren Karten, so dass der Geiz hier sofort bestraft wird. Der Kunde möchte es ja immer so billig wie möglich
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  • Anonymous
    Wirklich gut, dass dieses Thema in diesem Ausmaß aufgegriffen wird.

    Ich hoffe du fühlst in Zukunft möglichst oft den Platinenlayouts von AMD, Nvidia und deren Boardpartnern auf den Zahn.

    An der Stelle ist es aber verdammt schade, dass du dich nicht mehr den Netzteilen widmen möchtest, wo du doch jetzt Messen kannst, was andere nicht können. Die R9 290X oder R9 295X (je nach Wattklasse) als Standardtestparcour wäre traumhaft, man sieht ja sehr gut, wie schief das gehen kann.

    Bitte mehr von solchen Tests, gerne auch komplexer.
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  • Maxxo
    Ein sehr hilfreicher und informativer Artikel, vielen Dank dafür!
    Aber nun mal eine "blöde Frage": wenn man so ein aufwändiges Equipment braucht um den eigentlichen Verbrauch zu messen, schafft das dann auch mein Stromzähler überhaupt noch oder misst der gemütlich und träge die ganzen Peaks sozusagen als Durchschnittswert?

    Unabhängig davon ob er exakt misst oder nicht (was ich nicht hoffe), könnte man bei euren Tests nicht zusätzlich noch einen Stromzähler dranhängen um wirklich schwarz auf weiß zu sehen wie sich die Effizienz usw. auf den Geldbeutel auswirkt? Z.B. im Durchschnitt oder gerne auch mit einem von euch vorgegebenem Strompreis als Richtwert.
    Das wäre natürlich bei sämtlichen Komponenten eine zusätzliche, nützliche Info, nicht nur bei Netzteilen und Grafikkarten.

    Mir ist natürlich klar, dass mein eigenes System auf jeden Fall einen anderen Verbrauch haben wird als euer Testsystem, aber schon alleine die Vergleichbarkeit innerhalb von THG wäre ausreichend.
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