Pascal-Roundup #2: Nvidias GeForce GTX 1060 im Vergleich

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Mit der GeForce GTX 1060 Superclocked (6GB) hat EVGA eine GeForce GTX 1060 im Portfolio, die in groben Zügen auf Nvidias Referenzplatine setzt, jedoch den Kühler so auslegt, dass keine Überhänge wie bei der Founders Edition gibt.

So entsteht eine recht kurze und knackige Karte, die sich für Projekte wie HTPCs auf den ersten Blick geradezu aufdrängt. Doch kann die Karte am Ende auch das halten, was sie auf den ersten Blick verspricht? Wir wollen genau prüfen, inwieweit die Kühllösung dafür ausreicht.

Aber eines müssen wir noch voranstellen: Das aktuelle Modell besitzt einige kleinere Schwachstellen, über die wir bereits im Detail mit EVGA gesprochen haben. So wird beispielsweise das aktuelle BIOS noch einmal überarbeitet und später – nach der Überprüfung durch Nvidia – auch online zum Download angeboten. Unsere Messungen wurden mit der zum Testzeitpunkt herunterladbaren Version (86.06.0E.00.16) gemacht.

UPDATE: EVGA hat eine Änderung des BIOS  angekündigt und prüft derzeit auch unsere Vorschläge zur Verbesserung der VRM-Kühlung.

Da EVGA jedoch den Kühlerwechsel ausdrücklich erlaubt, kann jeder interessierte Anwender unseren Mod selbst mit wenigen Handgriffen erledigen, ohne die Garantieleistung zu verlieren. 

Wir werden diese Informationen updaten, sobald sich neue Fakten ergeben.

Äußerer Aufbau und Anschlüsse

Die Kühlerabdeckung ist recht kostengünstig aus einfachem, anthrazit-grauem Kunststoff gefertigt und verzichtet bis auf zwei einfachere Kunststoff-Applikationen auf jeglichen optischen Schnickschnack. Das kann durchaus gefallen, denn vor allem in Kleinstgehäusen wird man die Karte sowieso nicht sehen. “Zweckmäßig” und “günstig” sind eben auch interessante Attribute.

Mit 18,4 cm Länge ab Slot-Blende, 10,5 cm Einbauhöhe ab Oberkante Mainboard-Slot und 3,5 cm Einbautiefe präsentiert sich die EVGA GeForce GTX 1060 Superclocked mit ihren 576 Gramm fast schon als leichtgewichtiger Zwerg. Wenn der Platz gar zu eng wird, ließe sich das Cover übrigens problemlos manuell um noch einmal acht Millimeter in der Länge einkürzen – Werkzeug und Geschick vorausgesetzt.

Auf die Backplate hat EVGA aus Kostengründen auch verzichtet, was sie für Mini-ITX-Platinen erst recht interessant macht. So bleiben rund fünf Millimeter mehr Platz bis zum CPU-Kühler, die oft genug über das Gelingen oder Missraten einer solchen Kombination entscheiden.

Die Oberseite der Karte trägt den EVGA-Schriftzug auf dem Typenlabel, aber eine RGB-Beleuchtung findet man nicht. Die Gründe sind bekannt und nachvollziehbar. Der einfache 6-Pin-Anschluss sitzt am Kartenende und ist nicht gedreht.

Ein näherer Blick auf die zwei Heatpipes am Boden zeigt uns, dass man trotz kompakter Bauweise auf eine Heatpipe-Lösung setzt, auf die wir später noch genauer eingehen wollen bzw. sogar müssen.

Die horizontale Lamellenausrichtung sorgt dafür, das ein nicht unerheblicher Teil der Abwärme über die dank der vielen Öffnungen sehr luftdurchlässige Slot-Blende aus dem Gehäuse geführt wird. Man sieht dieses Prinzip der Luftführung auch am Kartenende, jedoch landet hier die Luft mitten im Gehäuse, was einen guten Airflow um so wichtiger macht.

Die Slot-Blende trägt die üblichen fünf Ausgänge, von denen maximal vier gemeinsam im Rahmen eines Multi-Monitor-Setup genutzt werden können. Neben dem Dual-Link-DVI-D (ein analoges Signal wird nicht durchgeschleift) finden sich auf der Rückseite noch ein HDMI-2.0-Ausgang sowie drei DisplayPort-1.4-Anschlüsse.

Platine und Bestückung

Werfen wir nun einen näheren Blick auf die Platine, die dem Referenzdesign zwar ähnelt, sich in Details aber doch unterscheidet. Während die Nvidia-Platine in China gefertigt wird, setzt EVGA als sogenannter Fabless-Anbieter auf einen taiwanesischen Zulieferer.

Zunächst sehen wir wie schon bei Nvidias Karte die insgesamt vier Phasen, von denen drei der GPU und eine dem Speicher zugeordnet sind. Zwei der drei GPU-Phasen werden aus dem PCIe-Anschluss gespeist, die dritte sowie die Phase für den Speicher aus dem Mainboard-Slot.

Das Mainboard böte zwar auch hier die theoretische Möglichkeit, mit drei Phasen und maximal sechs Wandlerzügen über Doubling für die GPU sowie einer Phase mit maximal zwei Wandlerzügen über Doubling für den Speicher zu arbeiten, aber die Minimalbestückung mit jeweils nur einem Wandlerzug pro Phase ist wie beim Referenzsystem auf Kostenersparnis ausgelegt.

Die drei GPU-Phasen werden über einen uP9505P von uPI Semiconductor Corp. angesteuert, wobei jeder der Wandlerzüge mit einem höherintegrierten Dual-N-Channel MOSFET E6930 realisiert wurde, der den Gate-Treiber, High- und Low-Side-MOSFET sowie die Schottky-Diode in einem Package vereint.

Kosten- und Platzersparnis auch hier, allerdings bietet die Konzentration aller Komponenten in einem Package auch einen deutlichen Nachteil. Denn es entsteht ein thermischer Hotspot, der sich auch noch konzentriert, weil zwei der MOSFETS recht eng beieinander liegen. Da die Platine auf Doubling ausgelegt ist, hätte einer der MOSFETS auch auf die leere Stelle des zweiten Wandlerzuges gesetzt werden können, was die Lage etwas entspannt hätte. Doch dazu gleich mehr.

Unterhalb der GPU sind noch zwei weitere Kondensatoren aufgelötet, die Spannungsspitzen abfangen und glätten sollen – genau das gleiche Prinzip wie bei Nvidias Refrenz. Für die Spannungsversorgung des Speichers kommt ein kleiner uP1728 von uPI Semiconductor Corp. zum Einsatz.

Wir stellen fest, dass auch auf diese Karte nur sechs der acht vorhandenen Felder für den Speicher mit Modulen belegt sind. Dabei handelt es sich um Samsung-Module vom Typ K4G80325FB-HC25, die eine Kapazität von jeweils acht Gigabit (32x 256 MBit) besitzen und je nach abgefordertem Takt mit Spannungen zwischen 1,305 und 1,597 Volt betrieben werden können. In Summe ergibt das einen Gesamtspeicher von sechs Gigabyte.

Taktraten, Spannungen und Leistungsaufnahme

Interessant sind natürlich auch die Verläufe von Boost-Takt und anliegender GPU-Kernspannung sowie der Zusammenhang von Taktfrequenz und Spannung, wobei die Taktkurve beim Gaming und bei voll aufgewärmter Karte etwas einbricht.

Während die anfänglichen 2012 MHz Boost-Takt nach Erwärmung und unter Last auf akzeptable 1949 bis 1962 MHz im Durchschnitt fallen (häufige Schwankungen nach oben und unten inbegriffen), sieht es bei den gemessenen Spannungswerten recht ähnlich aus: Es werden nach anfangs noch 1,062 Volt im Durchschnitt bei der aufgewärmten Karte 0,975 Volt erreicht, wobei es hier ebenfalls zwischen 1,025 und 0,9 Volt schwankt.

Der Grund liegt im Eingreifen von Boost 3.0 und dem recht niedrig angesetzten Power Target, welches die Leistungsaufnahme auf 120 Watt und knapp darüber begrenzt. Aus diesen Spannungsverläufen und den fließenden Strömen ergibt sich die bereits erwähnte Leistungsaufnahme, die wir mit unserem exakten Equipment sehr gut an allen Anschlüssen messen können.

Der niedrigste GPU-Takt liegt für die Idle-Messung wie schon bei der Gainward-Schwester bei ca. 253 MHz. Die gemessenen Werte für die Leistungsaufnahme liegen in etwa auf dem Niveau der Referenzkarte, was bei einem so niedrig angesetzten Power Target auch nicht verwundert.

Wir haben bei den Messungen mit einem variablen Low-Pass-Filter gearbeitet, so dass wir mögliche, sehr kurze  Lastspitzen nur noch am Rande erwähnen (ausgegrauter Balken), weil sie in der Praxis kaum relevant sind und zudem viele Leser eher irritiert haben. Trotzdem ist der hier ermittelte Wert recht hoch, was auch auf eine nicht ganz so optimale primärseitige Glättung vor den Spannungswandlern schließen lässt.

Das niedrige Power Target ist es dann auch, welches beim Stresstest Boost 3.0 die Spannungen dermaßen kappt, dass die Leistungsaufnahme sogar noch leicht unter der beim Gaming liegt, wenn man dort den Worst-Case ansetzt.

Belastung der Spannungsversorgungsanschlüsse

Jetzt schauen wir uns die Aufteilung der Lasten bei maximaler Gaming-Last und beim Stresstest an: Da man den 3.3V-Mainboard-Anschlusss faktisch überhaupt nicht nutzt, haben wir auf diese Spannungschiene in den Diagrammen verzichtet.

Die Aufteilung der vier Wandlerzüge auf die jeweiligen Versorgungsanschlüsse ist völlig unkritisch, lässt allerdings auch keine größeren Spielräume für normgerechte Übertaktungsversuche – aber die werden sowieso von vornherein durch das BIOS (Power Target und Spannungsvorgabe) ausgebremst:

Nachfolgend das Ganze noch einmal als anklickbare Diagramme mit den jeweiligen Verlaufskurven für Gaming und Stresstest:

Da sich die Normen (PCI SIG) aber nur auf die fließenden Ströme beziehen, betrachten wir nun die nachfolgenden Diagramme, denn die Leistungsaufnahme ist nur die halbe Miete. Mit deutlich unter fünf Ampere am Mainboard-Slot ist man jedoch absolut auf der sicheren Seite (PCI-SIG-Norm: max. 5,5 Ampere):

Natürlich gibt es auch für die gemessenen Ströme noch übersichtliche Großbilder:

Kühlsystem, Temperaturen und eine einfache Modifikation

Kommen wir nun zum Kühler und dessen Konzeption, was uns im Folgenden einige Kopfschmerzen bereitet hat. Aber das Problem ist mit wenigen Handgriffen leicht zu verbessern. Da EVGA die Entfernung des Kühlers ausdrücklich erlaubt und nicht mit Garantieverlust droht, können wir unseren Mod im Folgenden noch ausführlich beschreiben und vor allem damit auch zum Nachbauen anregen – denn es lohnt sich, solange EVGA nicht selbst nachbessert.

Nimmt man den mit nur vier Schrauben über dem Sockel befestigten Kühler ab, dann sieht man zwei breitgedrückte 8-mm-Heatpipes, welche die vom Kupfer-Heatsink aufgenomene Wärme direkt zu den Lamellen an beiden Kühlerenden leiten soll. Das verwendete Kompositmatrial sollte sowohl Krümmung als auch Orientierung einigermaßen effizient bewältigen.

Was wir jetzt aber schon sehen, ist der Umstand, dass weder die vier Dual-Channel-MOSFETs der Spannungswandler noch die Speicherbausteine aktiv gekühlt werden. Genau hier werden wir gleich noch ansetzen und mit wenig Einsatz eine große Veränderung bewirken.

Der verwendete 9-cm-Lüfter setzt auf konventionelle Rotorblätter, die zudem recht steil angestellt sind, um mehr Druck zu erzeugen. Leider verdecken gerade die Heatpipes einige relevante Bereiche (z.B. oberhalb der Spannungswandler), sodass von der ganzen zugeführten Luft nur wenig auf der Platinenoberseite ankommt.

Mit den 73 bis 74°C beim Gaming Loop (geschlossenes Gehäuse maximal 78°C) verrichtet der Kühler seinen Dienst im Hinblick auf die GPU noch nicht einmal übel. Beim Stresstest zeigt sich ein sehr ähnliches Bild, wobei der Anstieg aufgrund des niedrigeren Taktes und der etwas niedrigeren Leistungsaufnahme leicht flacher ausfällt. Die Endtemperaturen sind aber nahezu deckungsgleich.

Bei der Infrarot-Messung der Platine sehen wir jedoch, dass sich fehlende aktive Kühlung der Spannungswandler durchaus rächen kann. Bereits im offenen Aufbau erreicht man im Gaming-Loop 112°C und im Stresstest sogar über 119°C am konzentrierten Hotspot (siehe oben). Das wäre für die verbauten MOSFETs als solche nicht mal kritisch, denn sie wären bis zu 150°C noch innerhalb der Specs. Jedoch wandert die Abwärme durch die kupferhaltige Multi-Layer-Platine und breitet sich großflächig aus.

Der rückseitig platzierte PWM-Controller (rechts neben der VRM-Beschrifting als blasses Rechteck sichtbar) liegt mit seinen ca. 105°C ebenfalls noch im möglichen Rahmen, der erst bei 150°C durch Einsetzen der OTP mit einem Shut-Down ein Ende finden würde. Kritischer wird es da schon für die Caps, deren durchgesteckte Anschlussdrähte wie kleine Antennen wirken und die Abwärme faktisch nach Innen leiten. Mit weit über 100°C (Stresstest bis zu 112°C) könnte hier auf Dauer durchaus ein Problem entstehen.

Immerhin dürfen wir nicht ausblenden, dass all diese Messungen im klimatisiereten Raum bei nur 22°C vorgenommen wurden. Im Hochsommer können in kleineren PC-Gehäusen locker 40°C und mehr herrschen, was die obrigen Einzelwerte noch weiter nach oben treiben könnte.

Trotzdem zeigt uns der Umstand, dass die Platine unterhalb des Sockels heißer ist als die durch die GPU-Diode intern gemessenen Werte, dass die GPU hier die heiße Platine faktisch durch den Chip hindurch mitkühlen muss, was wirklich reichlich sinnlos ist. Doch dem kann man leicht abhelfen und auch EVGA denkt offensichtlich über eine Änderung nach.

Ein Mod zur Sicherheit

Den Umstand, dass die eine Heatpipe die MOSFETs komplett verdeckt, machen wir uns nun ganz einfach zu nutze: Der Einfachheit halber reduzieren wir nur exemplarisch den großen Hotspot der beiden oberen GPU-Wandlerzüge mit jeweils zwei übereinanderliegenden Wärmeleitpads, um die rund zweieinhalb Millimeter Differenz zu überbrücken. Natürlich würde man als Endanwender gleich alle vier MOSFETs so bestücken wollen und damit sogar ein noch besseres Ergebnis als wir erzielen können:

Die nun folgende Superprojektion zeigt sehr deutlich die Lage der Heatpipes, der Komponenten und unserer kleine Nachhilfen in Bezug auf die Kühlung:

Eine erneute Messung mit der Infrarot-Kamera lässt uns staunend zurück: Minimaler Materialeinsatz, extrem große Wirkung! Mit sieben bis acht Kelvin für nur zwei der vier MOSFETs kommen wir nun in Gefilde, die uns in Bezug auf die Langzeitstabilität und den Einstz in kleineren, nicht ganz so optimal belüfteten Gehäusen deutlich ruhiger schlafen lässt.

Geräuschentwicklung

Die Hysterese ist bei vielen Herstellern kein Thema. Auch EVGA hat des Prinzip als solches ganz gut im Griff, denn zumindest funktionierte nach unserem BIOS-Update auch der Semi-Passiv-Modus ohne lästige An-Aus-An-Loops. Der Schwellwert für das Zuschalten des Lüfters liegt bei ca. 65°C, berücksichtigt jedoch nicht die aktuell abgerufene Leistung der GPU.

Allerdings gefallen uns die maximal anliegenden 1000 U/min nicht sonderlich, da rein akustisch auch mehr möglich gewesen wäre, ohne die Ohren zu foltern. Man könnte die GPU-Temperaturen also locker noch einmal um vier bis fünf Kelvin senken, wenn man sich mit einer eigenen Lüfterkurve mehr Luft verschafft (wichtig für ITX-Projekte). Den Boost-Takt würde es sicher freuen.

Die Geräuschentwicklung im Idle ist auf Grund des semi-passiven Modus eh nicht messbar, so dass wir auf diese eine Messung komplett verzichtet haben. Die Geräuschentwicklung von 34,3 db(A) unter Last ist hingegen schon eine echte Ansage und resultiert am Ende vor allem aus der sehr moderaten Lüfterkurve. Aber selbst bei 1300 U/min würde man noch unterhalb der 36-dB(A)-Grenze bleiben, was uns deutlich zweckmäßiger erscheint. Hier hat EVGA wohl einfach zu viel gewollt.

Technische Daten und Zwischenfazit

Betrachten wir nun noch einmal zusammenfassend die technischen Daten und individuellen Details der Grafikkarte:

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