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Deutliches Leistungsplus und künstliche Frames

GeForce RTX 4090 in der Founders Edition im Test - Das PCB, Kühler und waren 600 W wirklich geplant?

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Seite 7: Das PCB, Kühler und waren 600 W wirklich geplant?
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Wir werden die Founders Edition der GeForce RTX 4090 nicht selbst auseinanderbauen, sondern verlassen uns an dieser Stelle auf die vom Hersteller zur Verfügung gestellten Fotos. Oben sehen wir das PCB der GeForce RTX 4090 Founders Edition, unten entsprechend das der GeForce RTX 3090 Ti.

Auffällig für die GeForce RTX 4090 ist das Fehlen der NVLink-Anschlüsse. Diese spielen nun also auch bei den High-End-Modellen keinerlei Rolle mehr. Aber kommen wir zur Spannungsversorgung. NVIDIA sah für die GeForce RTX 3090 Ti 18 Spannungsphasen vor. Bei der GeForce RTX 4090 sind es nun 20 – zwei zusätzliche in der linken Reihe. Der GDDR6X-Speicher kommt weiterhin mit drei Spannungsphasen aus.

Für die einzelnen Spannungsphasen verwendet NVIDIA Monolithic Power Systems MP86957 Power Stages. Gesteuert werden diese von einem Monolithic Power Systems MP2891 VRM-Controller. Auf den Fotos ebenfalls zu erkennen ist, dass man die GPU etwas weiter nach unten auf dem PCB platziert hat. Dies soll die Spannungsversorgung des Chips verbessern und eine bessere Balance der Impedanz ermöglichen. Das PCB verfügt zudem über zwei weitere Layer. Diese helfen in der Signalübertragung des GDDR6X-Speichers bzw. werden ausschließlich dazu verwendet. Die Signale des Speichers werden besser vom Rauschen der Spannungsversogung entkoppelt. Zudem hat NVIDIA das dielektrische Material (die Laminatschichten im PCB) gewechselt (von IT150GS zu NPG-170D) – ebenfalls im die Signalintegrität zu verbessern.

Auch am Kühler hat NVIDIA zahlreiche Veränderungen vorgenommen. Die Abwärme der GPU, Speicherchips und auch der Komponenten der Spannungsversorgung werden von einer Vapor Chamber aufgenommen. Diese ist größer als auf der GeForce RTX 3090 Ti. Die Wandstärke der Vapor Chamber wurde auf 0,4 mm verringert, um den Wärmeübergang zu verbessern. Theoretisch ist die Vapor Chamber in der Lage mehr als 650 W an Abwärme aufzunehmen. Der Abstand und die Anzahl der vertikalen Säulen in der Kammer wurde erhöht. Somit wird der Wärmewiderstand verringert. Die zum Kühler zugewandte Wand der Vapor Chamber ist mit 1 mm deutlich dicker. Ein höheres Volumen an Flüssigkeit in der Kammer soll die Kühlleistung bzw. Qmax (maximal abführbare Leistungsaufnahme) ebenfalls erhöhen.

Der Kühlkörper besteht aus Aluminium. Die Finnen bauen höher auf, haben nun aber größere Abstände zueinander. Damit sollen der Luftstrom und Gegendruck auf gleichem Niveau gehalten werden. Laut NVIDIA beträgt der Abstand nun 2 mm, bei den flacheren Kühlern der GeForce RTX 4080 Founders Edition sollen es 1,7 mm sein.

Zum Design des Kühlers gehört auch, dass NVIDIA die Kontaktfläche zu den Speicherchips optimiert hat, so dass der Kühler insgesamt besser auf diesen und der GPU aufliegt. Von 2 auf 1,5 mm dünnere Pads verbessern hier zudem den Wärmeübergang.

Wie bereits in der Beschreibung der Karte erwähnt, hat NVIDIA den Durchmesser Lüfter vergrößert. Von 110 geht es auf 116 mm. Insgesamt soll das Volumen des Luftstroms um 20 % steigen. Alleine schon durch den größeren Durchmesser steigt auch die Fläche, die für die Lüfter zur Verfügung steht um 11 %. Durch ein verbessertes Lüfterblattdesign und die Änderungen am Abstand der Finnen im Kühler will NVIDIA dann insgesamt auf 20 % kommen. Anstatt kugelgelagerter Lüfter setzt NVIDIA nun zudem auf solche mit Flüssigkeitslagern, was die Lautstärke verbessern soll.

Und was ist nun mit den spekulierten 600 W TDP?

Mit den ersten Gerüchten zur GeForce-RTX-40-Serie wurde auch immer wieder darüber spekuliert, dass NVIDIA ein Modell mit einer TDP von 600 W plane. Am Ende sind wir nun bei immer noch hohen 450 W gelandet, was uns in Anbetracht der 450 W der GeForce RTX 3090 Ti und 350 W einer GeForce RTX 3090 aber gar nicht mehr so sehr schockiert. Ein gewisser Gewöhnungseffekt ist also bereits zu spüren.

Aber woher stammt die Zahl von 600 W an Leistungsaufnahme nun? Ganz einfach: Zu einem gewissen Zeitpunkt musste NVIDIA selbst damit anfangen einen Kühler zu entwickeln. Auch die Partner müssen sich entsprechend vorbereiten und so informierte man diese, mit bis zu 600 W zu planen. Mit Hilfe der GeForce RTX 3090 Ti konnten die 600 W bereits "simuliert" werden. Aber natürlich gibt es auch weitaus einfacherer Wege einen Leistungsaufnahme von 600 W zu simulieren und dann entsprechend einen Kühler zu entwickeln.

Das Gerücht, NVIDIA habe den Auftragsfertiger von Samsung zu TSMC gewechselt und denk der besseren Fertigung habe man von den 600 W Abstand nehmen können, halten wir für wenig wahrscheinlich. Die Entscheidung für TSMC muss schon vor längerer Zeit gefallen sein. Einen angepassten 4N-Prozess hat NVIDIA zusammen mit TSMC nicht mal ebenso entwickelt. Insofern kann dies nicht der Grund gewesen sein, nun von 600 auf 450 W gehen zu können.

Stattdessen dürfte sich NVIDIA einfach die Option offen gehalten haben, die Ada-Lovelace-Chips auf bis zu 600 W skalieren zu können. Die oben gezeigte Skalierungskurve (rechts) endet nicht plötzlich bei 450 W, sondern kann fortgesetzt werden. Natürlich bewegt man sich dann nicht mehr in einem effizienten Betriebsfenster. Eine GeForce RTX 3090 Ti wird ebenfalls weit außerhalb dessen betrieben, was für die Ampere-Architektur und die dazugehörige GPU noch als effizient zu bezeichnen ist.

Am Ende hat man also auf 600 W abgezielt, ist aber bei "nur" 450 W gelandet. Im übrigen hat auch NVIDIA seine Kühlung darauf ausgelegt – mit all den Vor- und Nachteilen. Man könnte demzufolge von einem over-engineering sprechen, ein Kühler der anstatt 600 W nun nur noch 450 W verarbeiten muss, ist potentiell aber auch leiser und erreicht niedrigere Temperaturen. Die enormen Abmessungen der Designs sind natürlich für viele schon etwas zu viel des Guten.