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Haben Ampere-Karten ein Temperaturproblem des GDDR6X-Speichers?

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ir-aufnahmeNachdem wir uns nun die ersten Modelle der GeForce RTX 3080 und GeForce RTX 3090 angeschaut haben und der erste Stress vorbei ist, können wir uns auch mit einigen Details beschäftigen. Bereits bei der GeForce RTX 3080 Founders Edition haben wir uns den Kühler genauer angeschaut und einige Wärmebildaufnahmen angefertigt, da einige Oberflächen an die 100 °C herangekommen sind.

Dieses Problem stellten wir bei der Gigabyte GeForce RTX 3080 Eagle OC 10GMSI GeForce RTX 3080 Gaming X Trio 10G und Gigabyte GeForce RTX 3090 Gaming OC 24G nicht fest. Zwischen 60 und 70 °C messen wir hier an den Kühlerblenden und der Backplate.

Aber zurück zum Thema VRAM-Temperaturen: NVIDIA verbaut einen in Zusammenarbeit mit Micron entwickelten GDDR6X, der unter anderem ein PAM4 verwendet, um auf höhere Übertragungsraten zu kommen. Auf die Details des GDDR6X sind wir zum Start der GeForce RTX 3080 genauer eingegangen. Auf der GeForce RTX 3080 taktet er mit 1.188 MHz, auf der GeForce RTX 3090 mit 1.219 MHz. Wir sprechen hier also von 19,0 bzw. 19,5 Gbps – so wie ihn Micron als MT61K256M32JE-19 spezifiziert. Die Betriebstemperatur liegt laut Hersteller bei 0 bis 95 °C.

In den technischen Details aber nennt Micron ein TJ-Limit von 110°C. Wärmer als 110 °C sollten die Speicherchips also nicht werden. Aber das Thema ist weitaus komplexer, denn Micron mach hier gewisse Vorgaben für die Energieverteilung. Wer möchte kann sich im dazugehörigen PDF etwas tiefer in das Thema eingraben.

Aber was haben wir nun gemessen: Zunächst einmal haben wir einige Messungen mit der GeForce RTX 3080 in der Founders Edition gemacht. Um die Temperaturen der Speicherchips zu messen, haben wir die Karte demontiert und Temperatursensoren an die GDDR6X-Chip angebracht bzw. diese direkt daneben verlegt. Wir haben uns dabei für die Positionen zwischen den Speicherchips M2 und M3 sowie auf der anderen Seite M10 und M11 entschieden. Damit dürften wir uns zwischen GPU-Package und den VRMs an den Hotspots befinden.

Mithilfe von DOOM Eternal in 4K haben wir die Karte dann 20 Minuten aufheizen lassen, um die Temperaturen aufzunehmen. Zwischen M2 und M3 haben wir 103 °C gemessen, zwischen M10 und M11 sogar 106 °C! So wirklich verwundert hat uns das allerdings nicht, da wir von außen am ersten VRM an der Stirnseite der Karte bereits 99 °C messen konnten. Zwischen den Speicherchips, VRMs und dem GPU-Package ist also nicht erwarten, dass es hier kühler ist.

Micron beschreibt ein ähnliches Szenario in der "Case Study 2 (Multidie Products)". Das TJ-Limit liegt also bei 110 °C und mit den Umgebungsvariablen (Kühlung und Aufbau) wird eine maximale Gehäuse-Temperatur (TC) von 106,25 bis 108,13 °C angegeben.

Maximum TC = 110°C - (1.5W x 0.5 x 5 °C/W) = 106.25°C
for 75% through case = 104.38°C
for 25% through case = 108.13°C

Mit den von uns gemessenen 106 °C bewegen wir uns also noch im Rahmen dessen, was seitens des Herstellers vertretbar wäre.

Sind die hohen Temperaturen nun ein Problem?

Man könnte sagen, dass NVIDIA die Kühlung der GeForce RTX 3080 in der Founders Edition auf Kante genäht hat. Viel Spielraum bleibt hier nicht und offenbar sind die hohen Temperaturen auch den beengten Platzverhältnissen geschuldet. Ein derart kompaktes PCB ist schick anzusehen und macht auch Sinn, wenn man dadurch den Platz für die Kühlung gewinnt, aber klar ist auch, dass bei einer Total Board Power von über 320 W sich gerade im Bereich des GPU-Package, der VRMs und des Speichers ein Großteil dieser Abwärme konzentriert.

Wie der werte Kollege Igor Wallossek in seinem Test schreibt: "Doch auch so ein hoher Wert ist noch kein Grund zur voreiligen Panik, wenn man die Zusammenhänge aller Temperaturen versteht."

Dass die höheren Temperaturen durchaus den beengten Platzverhältnissen der Founders Edition zuzuschreiben sind, zeigt sich beim Blick auf die Temperaturwerte der Custom-Modelle. Selbst bei der schnelleren und voll bestückten Gigabyte GeForce RTX 3090 Gaming OC 24G konnten wir keine derart hohen Temperaturen messen. An gleicher Position sind wir auf der Vorderseite des PCBs auf maximal 71 °C gekommen. Auf der Rückseite haben wir ähnliche Werte gemessen – die Backplate wird an der Oberfläche übrigens etwa 65 °C warm. Ähnliche Ergebnisse haben wir auch für die Gigabyte GeForce RTX 3080 Eagle OC 10G und MSI GeForce RTX 3080 Gaming X Trio 10G. Auf über 100 °C wie bei der Founders Edition der GeForce RTX 3080 kommt keines der getesteten Modelle. Die Founders Edition der GeForce RTX 3090 scheint ebenfalls nicht auf derart hohe Werte zu kommen.

Im Falle der Gigabyte GeForce RTX 3090 Gaming OC 24G können wir uns die Erwärmung der Backplate durch die rückseitigen Speicherchips anschauen. Allerdings erreichen wir hier wie gesagt wieder an der Oberfläche noch zwischen den Speicherchips auch nur annähernd problematische Temperaturen.

Doch so mancher Hersteller hat(te) Probleme

Uns sind aber Probleme anderer Hersteller zugetragen worden, die erst nach dem Test der Karten mit dem finalen Design des Kühlers festgestellt haben, dass deren Kühlleistung nicht ausreichend groß dimensioniert ist. Zu hohe GPU- und GDDR6X-Temperaturen waren das Ergebnis und somit wurde auch auf eine Auslieferung der Karten in dieser Form verzichtet. Namen können wir an dieser Stelle nicht nennen, aber man kann davon ausgehen, dass solche Karte, die schon verfügbar sind (wenn sie denn wirklich verfügbar sind), dieses Problem nicht haben.

Doch wie kommt es dazu, dass ein Hersteller erst so spät merkt, dass die eigenen Kühlung nicht ausreichend dimensioniert oder angepasst werden muss, damit die Temperaturen nicht durch die Decke schießen? Hier können wir nun Vermutungen anstellen. Ab einem gewissen Zeitpunkt wird NVIDIA seine Partner über die geplanten Abstufungen der Total Graphics Power für die GeForce-RTX-30-Serie informiert haben. Hier wird man sicherlich auch aufgeschlüsselt haben, welche Abwärme von der GPU und den Speicherchips zu erwarten ist. Dementsprechend konnten die Hersteller ihre Kühlungen auslegen.

Offenbar ist es aber dennoch dazu gekommen, dass Hersteller erst mit den ersten fertig bestückten Boards festgestellt haben, dass es zu hohen Temperaturen kommt. Eigentlich sollten sich diese Karten aber schon auf die Reise in die Märkte machen.

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Die ersten Chips der GeForce-RTX-20-Serie (TU102-GPU) wurden in der 28. Kalenderwoche 2018 (9. bis 15. Juli 2018) produziert und die Karten waren ab Ende September im Verkauf. Hier liegen also grob zehn Wochen zwischen der Fertigung der GPU und der Auslieferung der Karten. Für die ersten Ampere-Karten wurden die ersten Chips in der 32. Kalenderwoche (3. bis 9. August) produziert, gingen aber schon am 17. September in den Verlauf – also nur rund sechs Wochen später.

Die Vermutung liegt also nahe, dass es NVIDIA hier entweder sehr eilig hatte oder aber seine Boardpartner erst sehr später mit den GPUs und dem Speicher beliefert hat, um frühe Leaks zu verhindern. Ob der hier dargestellte kürzere Zeitraum aber einen Einfluss auf die Entwicklung der Custom-Designs hatte, lässt sich nur schwer abschätzen.

Wer werden das Thema der GDDR6X-Temperaturen im Auge behalten. Bisher scheinen die Custom-Modelle damit weniger Probleme zu haben, als NVIDIA bei der Founders Edition der GeForce RTX 3080. Aber zum Abschluss sei noch einmal angemerkt, dass sich offenbar noch alles innerhalb der erlaubten Spezifikationen bewegt – wenn auch hart an der Grenze.

Unseren bisherigen Tests der GeForce-RTX-30-Serie: