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Kondensator-Probleme bei frühen GeForce-RTX-30-Karten führen zu Abstürzen (Update: NVIDIA nimmt Stellung)

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ampere-kondensatorenNachdem die Temperaturen des GDDR6X-Speichers offenbar keine größeren Probleme verursachen werden, scheint NVIDIAs Base Design Kit, welches den Herstellern zur Verfügung gestellt wurde und eine zu kurze Zeit mit der eigentliche Hardware und im Qualitätsmanagement der Boardpartner dazu geführt zu haben, dass Kondensatoren zur Filterung hoher Frequenzen falsch gewählt wurden.

Was erst nach sporadischen und kaum reproduzierbaren Abstürzen aussah, scheint also nun doch auf eine konkrete Wahl an Hardwarekomponenten durch die Hersteller zurückzuführen zu sein. Kern des Ganzen sind wie gesagt die Kondensatoren, welche sich auf der Rückseite des PCBs oder besser des GPU-Packages befinden. Diese sind notwendig, um hohe Frequenzen auf den Spannungsebenen herauszufiltern.

Obiges Bild zeigt die GeForce RTX 3080 Gaming X Trio 10G von MSI mit fünf POSCAPs und zehn MLCCs

Die Boarddesigner können hier zwischen den größeren POSCAPs (Conductive Polymer Tantalum Solid Capacitors) und den kleineren, hochwertigeren und teureren MLCCs (Multilayer Ceramic Chip Capacitor) wählen. Allerdings ist es nicht nur eine einfache Wahl zwischen Komponente A oder B, auch eine Kombination von POSCAPs und MLCCs ist möglich.

NVIDIA macht hier keine konkreten Vorgaben, sondern gibt im Base Design Kit und der dazugehörigen BoM (Bill of Materials) an, dass beides möglich ist. POSCAPs sind günstiger, MLCCs in der Anschaffung schon teurer und müssen für eine höhere Kapazitäten gruppiert werden, was einen weiteren Aufwand im Design und der Fertigung nach sich zieht.

Ein Statement von EVGA scheint nun zu bestätigen, was Igor bereits gestern vermutete: Zwar ist theoretisch ein Design zur Filterung hoher Frequenzen mit sechs POSCAPs möglich, allerdings kann es bei hohen Boost-Taktraten dazu kommen, dass diese Filterung nicht mehr effektiv genug ist, was im Ergebnis zu Abstürzen führt. Für die Modelle der GeForce RTX 3080 hat sich EVGA daher für eine Reduzierung der POSCAPs auf vier und ein Hinzufügen von 20 MLCCs entschieden. Einige Pre-Production-Samples sind noch mit sechs POSCAPs ausgeliefert worden (unter anderem auch an einige Tester), die Serienproduktion lief aber schon auf dem neuen Design.

Von der EVGA GeForce RTX 3080 FTW3 gibt es also am freien Markt keine Karten mit dem alten Design. Die GeForce RTX 3080 XC3 verwendet fünf POSCAPs und zehn MLCCs – ist somit ohnehin nicht betroffen.

Das vollständige Statement findet ihr hier:

"Hi all,

Recently there has been some discussion about the EVGA GeForce RTX 3080 series.

During our mass production QC testing we discovered a full 6 POSCAPs solution cannot pass the real world applications testing. It took almost a week of R&D effort to find the cause and reduce the POSCAPs to 4 and add 20 MLCC caps prior to shipping production boards, this is why the EVGA GeForce RTX 3080 FTW3 series was delayed at launch. There were no 6 POSCAP production EVGA GeForce RTX 3080 FTW3 boards shipped.

But, due to the time crunch, some of the reviewers were sent a pre-production version with 6 POSCAP’s, we are working with those reviewers directly to replace their boards with production versions. EVGA GeForce RTX 3080 XC3 series with 5 POSCAPs + 10 MLCC solution is matched with the XC3 spec without issues.

Also note that we have updated the product pictures at EVGA.com to reflect the production components that shipped to gamers and enthusiasts since day 1 of product launch. Once you receive the card you can compare for yourself, EVGA stands behind its products!

Thanks

EVGA"

 

Welches Design haben die Hersteller nun umgesetzt?

Verwendete Kondensatoren zur Glättung hoher Frequenzen
  POSCAPs MLCCs
ASUS TUF Gaming GeForce RTX 3080 - 6x 10
ASUS ROG Strix GeForce RTX 3080 OC - 6x 10
EVGA GeForce RTX 3080 FTW3 4 2x 10
EVGA GeForce RTX 3080 XC3 5 1x 10
Gigabyte GeForce RTX 3080 Eagle OC 6 -
Inno3D GeForce RTX 3080 iChill X3/X4 5 1x 10
Inno3D GeForce RTX 3090 iChill X3/X4 4 2x 10
MSI GeForce RTX 3080 Gaming X Trio 5 1x 10
NVIDIA GeForce RTX 3080 Founders Edition 4 2x 10
Palit GeForce RTX 3080 Gaming Pro 5 1x 10
ZOTAC GeForce RTX 3080 Trinity 6 -

Bisher sind nur zwei Modelle bekannt, die vollständig auf POSCAPs setzen: Gigabyte mit der GeForce RTX 3080 Eagle und ZOTAC bei der GeForce RTX 3080 Trinity. Laut Igor hat PC Partner als Mutterkonzern der Marke ZOTAC das Problem bereits erkannt und stellt das Design um.

Noch einmal: Der Einsatz von POSCAPs ist grundsätzlich kein Problem und wird von NVIDIA auch so vorgesehen. Aber ab einem gewissen Boost-Takt treten dann offenbar doch Probleme auf. Je höher der Hersteller den Boost-Takt dreht (oder dies manuell vom Nutzer gemacht wird), desto eher ist mit Problemen zu rechnen. Womöglich haben NVIDIA und die Hersteller per Treiber und BIOS ebenfalls noch eine gewisse Einflussmöglichkeit auf das Boost-Verhalten.

Sind die Modelle der GeForce RTX 3090 auch betroffen?

Wenn es nach dem Design und der Wahl der Kondensatoren geht schon. Sowohl Gigabyte wie auch ZOTAC setzen auf das gleiche PCB-Design und damit ebenfalls vollständig auf POSCAPs – siehe unseren Artikel zur Gigabyte GeForce RTX 3090 Gaming OC 24G. Allerdings ist ein diffuses Fehlerbild nur schwer zu analysieren. Wenn die GeForce RTX 3080 mit einem reinen POSCAP-Design Probleme hat, dann die GeForce RTX 3090 womöglich auch.

Update: Weitere Einschätzungen und Statements der Hersteller

Nach dem turbulenten Wochenende wollen wir die Woche mit weiteren Einschätzungen starten. Zunächst einmal muss der Einsatz von POSCAPs nicht heißen, dass hier Komponenten minderwertiger Qualität zum Einsatz kommen. Wie bereits im Text erwähnt ist eine Realisierung ausschließlich mit POSCAPs und ausschließlich mit MLCCs möglich – nur muss es dann jeweils richtig gemacht werden und das Thema Chipgüte sowie welcher Takt ist bis zu welcher Spannung möglich kommt auch noch hinzu.

MLCCs sind im hochfrequenten Bereich besser, weil sie schneller reagieren, POSCAPs sind träger, können aber eine gewisse Grundlast besser Filtern. Dies ist auch der Grund, warum wir viele Mischbestückungen auf den Karten sehen – weil sich die Vorteile der POSCAPs und MLCCs gut ergänzen.

Als einer von zwei Herstellern setzt ZOTAC für die Trinity-Modellreihe auf ein reines POSCAP-Design. Laut des Malayischen Facebook-Accounts will man hier in Kürze ein Statement veröffentlichen. Für den chinesischen Markt haben Galaxy bzw. Gainward ebenfalls ein Statement veröffentlicht. Demnach gibt es keine, und wird es auch keine Modelle der GeForce RTX 3080 und GeForce RTX 3090 am Markt geben, die auf ein reines POSCAP-Design setzen werden. Vier oder fünf POSCAPs werden hier immer mit einer Gruppe aus 10 oder 20 MLCCs kombiniert.

Soeben hat Inno3D vermeldet:

"To all current users and prospective buyers, 

Please be rest assured, and we hereby declare that INNO3D/ICHILL GeForce RTX 30 Series products do not have any instability problems."

Man versichert also, dass es bei den Karten von Inno3D keinerlei Stabilitätsprobleme gibt.

Update: NVIDIA nimmt Stellung

Über das eigene Forum nimmt NVIDIA Stellung zur Problematik. Demnach soll der neue Treiber die Stabilität verbessern, allerdings geht NVIDIA nicht konkret auf den Zusammenhang mit den Kondensatoren ein.

"NVIDIA posted a driver this morning that improves stability. Regarding partner board designs, our partners regularly customize their designs and we work closely with them in the process. The appropriate number of POSCAP vs. MLCC groupings can vary depending on the design and is not necessarily indicative of quality."

Laut NVIDIA arbeitet man eng mit den Boardpartnern zusammen, die ihre Designs kontinuierlich verbessern. Zudem betont NVIDIA abermals, dass die Anzahl, Anordnung und das Design der Kondensatoren (POSCAPs und MLCCs) kein Indikator für ein gutes oder schlechtes Boarddesign sind. Dies haben wir bereits mehrfach betont. Der Einsatz von POSCAPs heißt also nicht, dass hier Komponenten minderwertiger Qualität zum Einsatz kommen. Eine Realisierung ausschließlich mit POSCAPs und ausschließlich mit MLCCs ist möglich – nur muss es dann jeweils richtig gemacht werden und das Thema Chipgüte sowie welcher Takt ist bis zu welcher Spannung möglich kommt auch noch hinzu. Offenbar hat NVIDIA an den letztgenannten Stellschrauben gedreht.

Eigene Benchmarks

In einem kurzen Test haben wir die Ergebnisse des GeForce 456.38 gegen den neuen GeForce 456.55 gestellt. Für DOOM Eternal, Control und Battlefield V haben wir dazu die Leistungswerte, Leistungsaufnahme, den Boost-Takt und die Spannung aufgenommen. Große Unterschiede konnten wir jedoch nicht feststellen.

Der neue Treiber scheint die Spannungs/Takt-Kurve anzupassen. Mit einer aktuell im Test befindlichen ASUS TUF Gaming GeForce RTX 3080 OC sieht dies wie oben abgebildet aus. 

Statement von ASUS, MSI und Gigabyte

Nach der Veröffentlichung des Treibers haben sich nun auch die drei großen Hersteller zum Thema geäußert:

ASUS (laut PCGH):

"Alle Retail-Grafikkarten von Asus, TUF Gaming und ROG Strix GeForce RTX 3080 und 3090, verwenden nur MLCC-Kondensatoren zur Entkopplung in der Nähe der GPU. Während der Entwicklung der Karten wurde entdeckt, welche Vorteil MLCC für den Übertaktungsspielraum bei RTX 3090 und 3080 mit sich bringt, sodass wir entsprechenden Spezifikationsänderungen vor dem Versand der Karten an Tester und Kunden vornahmen. Bitte beachten Sie, dass einige der auf E-Tailer-Webseiten und unseren Produktseiten verwendeten Produktabbildungen aus frühen Entwicklungsmustern stammen und daher nicht endgültig sind. Alle Bilder werden demnächst aktualisiert. Bitte haben Sie Geduld mit uns."

Gigabyte:

"Als Reaktion auf die jüngsten Berichte, in denen spekuliert wurde, dass die Verwendung von POSCAP-Kondensatoren auf den GeForce RTX 3080-Grafikkarten zu Stabilitätsproblemen und Abstürzen führen könnte, möchten wir diese Frage mit der folgenden Erklärung klären:

Es ist falsch, dass POSCAP-Kondensatoren unabhängig voneinander einen Hardware-Absturz verursachen könnten. Ob eine Grafikkarte stabil ist oder nicht, erfordert eine umfassende Bewertung des gesamten Schaltungsdesigns und des Designs der Stromversorgung, nicht nur des Unterschieds der Kondensatortypen. POSCAPs und MLCCs haben unterschiedliche Eigenschaften, daher ist es nicht richtig, zu behaupten, dass ein Kondensatortyp besser ist als der andere.

Die Gigabyte GeForce RTX 30 Grafikkarten wurden in Übereinstimmung mit den Spezifikationen von NVIDIA entwickelt und haben alle erforderlichen Tests bestanden, so dass die Produktqualität garantiert ist. Gigabyte GeForce RTX 3080 Gaming OC- und Eagle OC-Grafikkarten verwenden hochwertige SP-CAP-Kondensatoren mit niedrigem ESR-Wert von 470µF, die den von NVIDIA festgelegten Spezifikationen entsprechen und eine Gesamtkapazität von 2820 µF bieten – mehr als der Branchendurchschnitt. Die Kosten von SP-CAP-Kondensatoren sind nicht niedriger als die von MLCCs. Gigabyte legt großen Wert auf die Produktintegrität und reduziert die Kosten definitiv nicht durch die Verwendung billiger Materialien.

NVIDIA hat am 29. September 2020 einen Treiber (Version 456.55) veröffentlicht, der die Stabilität verbessert. Benutzern wird empfohlen, auf den neuesten Treiber zu aktualisieren, um die Leistung zu optimieren. Benutzer, die Bedenken haben, wenden sich bitte an unsere lokalen Servicezentren oder Vertreter.

Gigabyte hat die Produktqualität ständig verbessert und optimiert, insbesondere im Hinblick auf thermische Designs, um den Verbrauchern seit Jahrzehnten das beste Spielerlebnis zu bieten. Bei der neuesten Aorus GeForce RTX 30 Grafikkartenserie haben wir auch der Kühlleistung besondere Aufmerksamkeit geschenkt und branchenführende Lösungen wie MAX-Covered Cooling eingeführt, um einen stabilen Betrieb der einzelnen Komponenten zu gewährleisten."

MSI:

"MSI wurde auf Berichte von Kunden, Testern und Systemintegratoren aufmerksam, dass es zu Instabilitäten kommen kann, wenn die GPU-Takt der GeForce RTX 30-Serie von Grafikkarten einen bestimmten Wert überschreiten. Der neueste GeForce-Treiber (456.55) enthält Fehlerbehebungen für dieses Problem. Daher empfiehlt MSI Besitzern von GeForce RTX 30-Grafikkarten der Serie 30 ein Update auf die neueste Treiberversion, die von der NVIDIA GeForce-Website heruntergeladen werden kann.

MSI steht hinter seinen Design-Entscheidungen für die GeForce RTX-Grafikkarten der Serie 30, die aus GAMING- und VENTUS-Modellen besteht. MSI verwendet in seinen Designs eine Mischkondensator-Gruppierung, um von den Stärken sowohl der SP-CAPs als auch der MLCCs zu profitieren. Alle MSI GeForce RTX-Karten der Serie 30, die seit Produktionsbeginn ausgeliefert wurden und zu denen auch Muster von Medienberichten gehören, weisen die in den aktualisierten Bildern unten gezeigten PCB-Konfigurationen auf. MSI möchte sich bei Kunden, Kritikern und Systemintegratoren bedanken, die das Bewusstsein für dieses Problem geschärft haben, sowie NVIDIA für die Zusammenarbeit bei der schnellen Lösung des Problems."