AMD Radeon R9 290X et R9 290 en test : Hawaii sort ses watts

Trop de variabilité ?

Selon Nvidia, qui effectue un joli retournement de veste à ce niveau, trop de variation entre échantillons est dorénavant un problème. De "circulez il n'y a rien à voir" lors de l'opposition entre les Radeon HD 7900 et les GeForce GTX 600/700, à "problématique à investiguer" entre les Radeon R9 290 et les GeForce GTX 700, le statut de la variabilité évolue ! Et pour cause, Nvidia estime que la variation est bien plus importante entre une "bonne" et une "mauvaise" Radeon R9 290X qu'entre une "bonne" et une "mauvaise" GeForce GTX 780. Cette sortie insistante de Nvidia explique en partie pourquoi de nombreux médias se sont récemment penchés sur cette question, question que bon nombre de ces confrères avaient pourtant largement ignorée par rapport à GPU Boost qui est la technologie de turbo qui a introduit cette problématique avec les GeForce GTX 600.

Pour appuyer son argumentaire, Nvidia mélange cependant variations entre exemplaires et chute de performances en cas de conditions difficiles. Trop de média font malheureusement la même erreur, d'autant plus quand ils ajoutent à un argumentaire approximatif des retours d'utilisateurs qui ont dans certains cas mal compris le problème.

Rappelons que le fait que la fréquence baisse après quelques minutes est "normal", c'est le principe des technologies de turbo employées par AMD et Nvidia. Le "throttling" n'est pas un problème en soi, tout du moins si les tests sont réalisés consciencieusement pour le prendre en compte. C'est la raison pour laquelle nous prenons le temps de laisser les cartes monter en température et se stabiliser avant toute mesure de performances, ce qui prend entre 1 et 10 minutes suivant la situation.

Les GeForce GTX 700 partent d'une fréquence maximale variable suivant l'exemplaire et si nécessaire la fréquence baisse petit à petit soit si une limitation de consommation est atteinte, soit si une température limite est atteinte. Il en va de même pour les Radeon R9 290, excepté pour la fréquence maximale de départ qui est fixe pour tous les échantillons d'un même modèle.

Le paramètre principal de variabilité vient de la consommation du GPU dans des conditions données qui est différente pour chaque exemplaire, la production de puces n'étant par nature pas homogène. Un échantillon d'une puce qui consomme plus va atteindre plus facilement la limite de consommation, va chauffer plus et atteindre également plus facilement sa limite de température. En pratique sur les designs de référence c'est cette seconde limite qui est l'acteur principal dans la détermination de la fréquence GPU. C'est la raison pour laquelle en plus de devoir laisser chauffer les cartes avant la mesure il convient de s'assurer que la température ambiante soit identique pour toutes les cartes testées ! L'impact de cette dernière est significatif, de quoi bien nous compliquer la vie et allonger significativement le temps de test. De notre côté nous avons opté pour une température de la pièce comprise entre 26.0 et 26.9 °C.

Nvidia articule une partie de son argumentaire sur le fait qu'AMD n'annonce pas de fréquence de base, là où les GeForce en affichent une qui représente en quelque sorte leur niveau de performance garanti. Un niveau qui n'est par contre jamais testé et présenté aux lecteurs mais il est vrai que la fréquence peut potentiellement chuter à des niveaux plus faibles sur Radeon R9 290 que sur GeForce GTX 700.


Le retournement de veste de Nvidia en une image, avec un exemple "bien" choisi
Par exemple, la GeForce GTX 780 affiche une fréquence de base de 863 MHz et une fréquence maximale d'au moins 902 MHz, mais qui va plus loin en pratique - par exemple 1006 MHz sur notre échantillon de test. Sur cette carte, la fréquence peut ainsi baisser de 14% ce qui est souvent le cas comme précisé lors de son test sur cette page, un baisse - comme par hasard - nettement plus importante que l'exemple mis en avant par Nvidia sur le graphique ci-dessus ! Avec une température cible de 80 °C, le ventirad de Nvidia dispose de suffisamment de marge pour empêcher la GeForce GTX 780 de descendre sous 863 MHz, quitte à laisser la température GPU et les nuisances sonores s'envoler.

Les Radeon R9 290 n'ont par contre pas autant de marge, du coup AMD doit accepter de laisser son GPU descendre à un niveau plus bas avant d'essayer d'enrayer sa chute en laissant la température GPU et la vitesse ventilateur augmenter quelque peu au-delà du raisonnable. Ces fréquences sont de 727 MHz et de 662 MHz pour les R9 290X et 290, soit des chutes respectives de 27% et de 30%. Potentiellement, avec un "mauvais" exemplaire de Radeon R9 290, à la consommation relative très élevée, et/ou avec un boîtier mal ventilé, la chute de performances pourra être plus élevée que sur une GeForce GTX 780.

Difficile cependant de vérifier rigoureusement si la variation des performances entre échantillons est plus importante du côté d'AMD ou de Nvidia. La question se pose bien entendu de savoir si les échantillons envoyés par les fabricants à la presse ont été finement triés ou pas. Il leur est en effet possible de chercher, parmi les premiers lots les cartes, les exemplaires qui se comportement le mieux et de nous les faire parvenir à la place d'un échantillon lambda. La solution serait de tester un nombre suffisant d'échantillons achetés au hasard dans le commerce, mais cela est difficile en pratique. Une fois que nous avons cerné le comportement des cartes, nous essayons en général dans nos tests de vous présenter deux mesures de performances représentatives de la plage de performances des cartes que vous retrouverez dans le commerce.

Ceci étant dit, venons-en aux résultats pratiques sur les Radeon R9 290 et R9 290X.

Après avoir constaté que la première Radeon R9 290 que nous avions reçue ne semblait pas être sortie première de sa promotion, AMD nous a indiqué ne pas avoir effectué de tri spécial et a proposé de nous faire parvenir un second exemplaire plus commode (notez que pour toutes les mesures de performances, c'est bien le premier exemplaire qui a été utilisé dans ce dossier). Voici la différence que nous avons notée lorsque les cartes sont placées dans un boîtier fermé et chargées sous 3DMark11 pour nos mesures de bruit/températures, la partie la plus stressante de notre protocole de test :


Radeon R9 290  [ Press sample 1 ]  [ Press sample 2 ]

Notez qu'il faut être prudent avec la fréquence moyenne, l'algorithme du nouveau PowerTune étant relativement complexe, sans être détaillé par AMD qui est toujours en train de le peaufiner. Ainsi, nous avons l'impression que quand la limite de température est atteinte, si le taux d'utilisation GPU baisse (lors d'un changement de scène par exemple), PowerTune réduit sa fréquence pour économiser de l'énergie et le maintenir au frais, ou tout du moins éviter que la chaleur n'augmente encore. Il est donc possible que certains pics vers le bas n'aient pas d'impact sur les performances.

Dans ce test, le premier échantillon voit sa fréquence GPU évoluer entre 660 et 840 MHz avec une moyenne proche de 740 MHz. Le second échantillon évolue dans une fenêtre similaire sauf qu'il reste la plupart du temps proche des 840 MHz pour une moyenne qui cette fois est de +/- 820 MHz. Dans ces conditions (boîtier fermé) et dans ce test qui représente un cas très lourd au niveau de la charge GPU, cette seconde Radeon R9 290 est 10% plus performante que la première. L'impact dans les jeux, largement moins lourds en moyenne, serait plus faible, probablement compris entre 3 et 5% à l'avantage de la seconde carte.

Impossible bien entendu sur base de cette seule comparaison de tirer des généralités concernant les Radeon R9 290. De quoi par contre nous demander où se situe notre Radeon R9 290X de référence. S'agit-il d'un très bon exemple à l'image de la seconde R9 290 ? D'un exemplaire moyen à l'image de la première ? Pour y répondre, il y a quelques jours, nous avons commandé deux Radeon R9 290X chez deux revendeurs différents, une HIS classique et une HIS Battlefield Edition.

Voici ce que cela donne, dans le même test que ci-dessus (en boitier fermé, avec 3DMark11 en charge pendant 1h) :

Radeon R9 290X – press sample Radeon R9 290X – retail sample 1 Radeon R9 290X – retail sample 2

[ Quiet ]  [ Uber ]  [ Fan 100% ]   [ Quiet ]  [ Uber ]   [ Quiet ]  [ Uber ]

Alors que l'échantillon envoyé par AMD voit sa fréquence osciller entre 740 et 840 MHz en mode Quiet et entre 970 et 990 MHz en mode Uber, les deux cartes issues du commerce se comportent moins bien, et plus ou moins de la même manière. En mode Quiet toutes deux sont limitées à 727 MHz, fréquence pallier à partir de laquelle la vitesse du ventilateur augmente au-delà de la limite fixée. Pour la première carte la vitesse du ventilateur oscille entre 40 et 44% alors qu'elle reste fixe à 42% pour la seconde.

En mode Uber, la fréquence GPU de la première carte du commerce oscille plus ou moins entre 930 et 980 MHz contre 940-970 MHz pour la seconde. Un résultat similaire au final et le ventilateur reste dans ces deux cas à 55%.

Ce que ces graphes ne disent pas cependant, c'est que la vitesse effective du ventilateur, en RPM, n'est pas identique entre les cartes du commerce et les échantillons fournis à la presse qui sont issus d'une présérie. Ainsi, quand le ventilateur se voit demander une vitesse de 40% sur notre échantillon fournis par AMD, il tourne à 2120 RPM alors que sur les 2 cartes du commerce il ne tourne qu'à 1990 RPM. De quoi bien entendu impacter le refroidissement du GPU. Précisons également que cela veut dire que les cartes du commerce sont en l'état moins bruyantes que les cartes envoyées à la presse.

Ce genre de variabilité entre vitesses de ventilateur est courante, il suffit dans le cas présent que pour une raison ou une autre, par exemple un changement de marque d'un composant, la tension envoyée au ventilateur soit légèrement inférieure pour que sa vitesse soit réduite.

PowerTune étant très flexible, AMD est en train d'en modifier l'algorithme de contrôle de manière à ce qu'il vise une valeur limite en termes de RPM et non plus de %. Un nouveau pilote Catalyst 13.11 Beta 9.2 sera disponible sous peu, AMD étant sur le coup plutôt réactif. A partir de ce pilote, PowerTune fixera la valeur cible à 2200 RPM pour amoindrir la différence que nous avons pu constater entre les cartes, tout en augmentant légèrement leurs performances.

Quel impact tout cela pourrait-il avoir dans les jeux, moins gourmands que 3DMark11 ? Pour le savoir, nous avons fait passer la première carte du commerce sur notre protocole complet mais dans une seule résolution. Nous avons opté pour le 2560x1440, qui représente une charge et donc un impact intermédiaire entre le 1920x1080 et le 4K. Pour éviter de devoir refaire trop de tests avec les futurs pilotes d'AMD et pouvoir rectifier plus rapidement notre première impression, nous avons modifié manuellement la vitesse maximale sur les cartes du commerce en la passant de 40 à 42%, ce qui correspond exactement à 2120 RPM. A noter que le mode Uber est lui aussi affecté par la différence de vitesse des ventilateurs, mais avec un impact inférieur à 1% nous n'avons pas jugé utile de refaire les tests à vitesse identique. Voici ce que cela donne :


[ FPS ]  [ % ]
En mode Uber, l'impact sur les performances est négligeable, il n'y a que les jeux les plus lourds qui perdent une poignée de MHz.

En mode Quiet par contre la différence peut-être significative. Si la carte presse perd en moyenne 7% de performances par rapport au mode Uber, notre échantillon issu du commerce perd au départ 15% ! Une fois les résultats rectifiés avec une vitesse de ventilateur identique la perte n'est plus que de 11%, la différence étant réduite de moitié. L'écart moyen entre les deux cartes est alors de 4% avec des pointes à 7 et 8% dans Alan Wake et Sleeping Dogs.

De quoi revoir légèrement à la baisse le positionnement de la Radeon R9 290X Quiet dans notre indice par rapport au niveau de la GeForce GTX 780 de référence. Encore une fois, il est difficile de généraliser même sur base de deux exemplaires, d'autres pourraient être meilleurs, d'autres moins bons. Précision cependant que la GeForce GTX 780 est elle-même un échantillon presse qui peut aussi se comporter différemment de certains échantillons commerciaux.

Avec les nouveaux pilotes Catalyst 13.11 Beta 9.2 la vitesse des ventilateurs est égalisée sur les cartes, et même légèrement supérieure à ce qu'elle était sur notre échantillon presse, ce qui va encore réduire l'écart entre les cartes au détriment d'un peu plus de bruit. En l'état rien n'indique que la variabilité observée est plus importante sur les Radeon R9 290 qu'elle ne l'est sur les GeForce GTX.

Pour répondre à la question en titre, est-ce qu'il y a trop de variabilité ? A notre sens oui, d'un côté ou de l'autre. La production de puce n'est par nature pas homogène, ce qui combiné aux mécanismes introduits sur les dernières génération de GPU chez AMD puis Nvidia laisse la place à une variabilité des performances peu appréciable, d'autant que chez Nvidia la fréquence maximale est variable.

A défaut de mieux il serait utile qu'AMD puisse donner des indications sous une forme ou sous une autre par rapport au niveau de performances garanti et/ou prévoit ses spécifications de façon à ce qu'il soit possible de garantir un certain niveau de performances. Avoir fixé une limite aussi étroite pour le ventilateur par rapport au dégagement calorifique de son GPU participe à amplifier la variation d'un échantillon à l'autre, alors que par le passé il y avait un impact sur la consommation et le bruit de la carte mais pas sur son niveau de performances.