GPU Boost - شرح خوارزمية التعزيز الذاتي من Nvidia

لقد تطورت تقنيات بطاقة الرسومات على قدم وساق على مدى الأجيال القليلة الماضية حيث جلب كل جيل تحسنًا كبيرًا ليس فقط في الأداء العام للبطاقات ولكن أيضًا في الميزات التي توفرها البطاقات. ليس من المستغرب أنه من الضروري لكل من Nvidia و AMD الاستمرار في الابتكار ومواصلة التقدم في مجموعات ميزات بطاقاتهم والتقنيات الجوهرية فيها ، إلى جانب التحسينات الأجيال في الأداء مع كل تشكيلة لاحقة من بطاقات الرسومات.

تعد Nvidia GeForce RTX 3080 واحدة من أسرع بطاقات الرسوميات لدعم Ray Tracing - الصورة: Nvidia

أصبحت زيادة سرعة الساعة ميزة أساسية في صناعة أجهزة الكمبيوتر الشخصي هذه الأيام مع كل من بطاقات الرسومات وكذلك وحدات المعالجة المركزية التي تقدم هذه التقنية. يمكن أن يؤدي تغيير سرعات الساعة للمكون بسبب التغيرات في ظروف الكمبيوتر إلى أداء محسن للغاية بالإضافة إلى كفاءة هذا الجزء ، مما يوفر في النهاية تجربة مستخدم أفضل بكثير. ومع ذلك ، نظرًا للتقدم السريع في هذا المجال ، فقد تم تحسين سلوك التعزيز القياسي لبطاقات الرسومات وصقله باستخدام تقنيات مثل GPU Boost 4.0 التي ظهرت في المقدمة في عام 2020. وقد تم تطوير هذه التقنيات الجديدة لزيادة أداء بطاقة الرسومات إلى الحد الأقصى عندما يكون ذلك ضروريًا مع الحفاظ أيضًا على أعلى كفاءة في ظل الأحمال الخفيفة.

تعزيز GPU

إذن ما هو GPU Boost؟ حسنًا ، ببساطة ، GPU Boost هي طريقة Nvidia لزيادة سرعة بطاقات الرسومات ديناميكيًا حتى تصل البطاقات إلى حد محدد مسبقًا للطاقة أو درجة الحرارة. تعد خوارزمية GPU Boost خوارزمية عالية التخصص وذات وعي مشروط تقوم بإجراء تغييرات في أجزاء من الثانية على عدد كبير من المعلمات للحفاظ على بطاقة الرسومات عند أقصى تردد ممكن لتعزيزها. تسمح هذه التقنية للبطاقة بتعزيز أعلى بكثير من 'Boost Clock' المعلن عنها والتي قد تكون مدرجة في الصندوق أو على صفحة المنتج.

يسمح GPU Boost للبطاقة بزيادة أدائها باستخدام الموارد المتاحة - الصورة: Nvidia

قبل أن نتعمق في الآلية الكامنة وراء هذه التكنولوجيا ، يجب شرح بعض المصطلحات المهمة وتمييزها.

المصطلحات

أثناء التسوق لشراء بطاقة رسومات ، قد يصادف المستهلك العادي مجموعة من الأرقام والمصطلحات المربكة التي لا معنى لها أو حتى أسوأ من ذلك ، وينتهي بها الأمر إلى التناقض مع بعضها البعض وزيادة إرباك المتسوق. لذلك ، من الضروري إلقاء نظرة سريعة على ما تعنيه المصطلحات المختلفة المتعلقة بسرعة الساعة عندما تنظر إلى صفحة منتج.

• الساعة الأساسية: الساعة الأساسية لبطاقة الرسومات (يشار إليها أحيانًا باسم 'الساعة الأساسية') هي الحد الأدنى للسرعة التي يتم الإعلان عن تشغيل وحدة معالجة الرسومات بها. في الظروف العادية ، لن تنخفض وحدة معالجة الرسومات الخاصة بالبطاقة عن سرعة الساعة هذه ما لم يتم تغيير الظروف بشكل كبير. هذا الرقم أكثر أهمية في البطاقات القديمة ولكنه أصبح أقل أهمية مع احتلال التقنيات المعززة مركز الصدارة.
• زيادة الساعة: تعد Boost Clock المُعلن عنها للبطاقة هي السرعة القصوى التي يمكن لبطاقة الرسومات تحقيقها في ظل الظروف العادية قبل تنشيط GPU Boost. يعد رقم سرعة الساعة هذا بشكل عام أعلى قليلاً من الساعة الأساسية وتستهلك البطاقة معظم ميزانية الطاقة الخاصة بها لتحقيق هذا الرقم. ما لم تكن البطاقة مقيدة حراريًا ، فستضرب ساعة التعزيز المعلن عنها. هذه هي أيضًا المعلمة التي تم تغييرها في بطاقات 'Factory Overclocked' من شركاء AIB.
• 'ساعة اللعبة': مع إطلاق بنية RDNA الجديدة من AMD في E3 2019 ، أعلنت AMD أيضًا عن مفهوم جديد يُعرف باسم Game Clock. هذه العلامة التجارية حصرية لبطاقات رسومات AMD في وقت كتابة هذا التقرير وتعطي في الواقع اسمًا لسرعات الساعة التعسفية التي قد يراها المرء أثناء اللعب. بشكل أساسي ، Game Clock هي سرعة الساعة التي من المفترض أن تضربها بطاقة الرسومات وتحافظ عليها أثناء اللعب ، والتي تكون بشكل عام في مكان ما بين Base Clock و Boost Clock لبطاقات AMD Graphics. رفع تردد تشغيل البطاقة له تأثير مباشر على سرعة الساعة المحددة هذه.

القاعدة المعلن عنها وساعات التعزيز الخاصة بـ GeForce RTX 3070 - الصورة: TechPowerUp

آلية GPU Boost

GPU Boost هي تقنية مثيرة للاهتمام ومفيدة للغاية للاعبين وليس لها عيب كبير إذا جاز التعبير. يزيد GPU Boost من سرعة الساعة الفعالة لبطاقة الرسومات حتى بما يتجاوز تردد التعزيز المعلن ، بشرط أن تكون ظروف معينة مواتية. ما يفعله GPU Boost هو رفع تردد التشغيل بشكل أساسي ، حيث يدفع سرعة الساعة لوحدة معالجة الرسومات إلى ما وراء 'Boost Clock' المعلن عنها. يسمح هذا لبطاقة الرسومات بالضغط على المزيد من الأداء تلقائيًا ولا يتعين على المستخدم تعديل أي شيء على الإطلاق. تعد الخوارزمية 'ذكية' بشكل أساسي نظرًا لحقيقة أنها تستطيع إجراء تغييرات في أجزاء من الثانية على العديد من المعلمات في وقت واحد من أجل الحفاظ على سرعة الساعة المستمرة على أعلى مستوى ممكن دون التعرض لخطر التعطل أو التشوه وما إلى ذلك. باستخدام GPU Boost ، تعمل بطاقات الرسومات على تشغيل سرعات ساعة أعلى من المعلن عنها خارج منطقة الجزاء ، مما يمنح المستخدم بشكل أساسي بطاقة فيركلوكيد دون الحاجة إلى أي ضبط يدوي.

GPU Boost هي في الأساس علامة تجارية خاصة بـ Nvidia ولدى AMD شيء مشابه يعمل بطريقة مختلفة. في جزء المحتوى هذا ، سنركز بشكل أساسي على تنفيذ Nvidia لـ GPU Boost. مع تشكيلة Turing من بطاقات الرسوميات ، قدمت Nvidia الإصدار الرابع من GPU Boost المسمى GPU Boost 4.0 والذي سمح للمستخدمين يدويًا بضبط الخوارزميات التي يستخدمها GPU Boost إذا رأوا ذلك مناسبًا. لم يكن هذا ممكنًا مع GPU Boost 3.0 نظرًا لأن هذه الخوارزميات كانت مقفلة داخل برامج التشغيل. من ناحية أخرى ، يتيح GPU Boost 4.0 للمستخدمين تعديل المنحنيات المختلفة يدويًا لزيادة الأداء ، والتي ستكون أخبارًا جيدة لكسر السرعة والمتحمسين.

أضاف GPU Boost 4.0 أيضًا العديد من التعديلات الدقيقة الأخرى مثل مجال درجة الحرارة حيث تمت إضافة نقاط انعطاف جديدة. على عكس GPU Boost 3.0 حيث كان هناك انخفاض حاد ومفاجئ من ساعة التعزيز إلى الساعة الأساسية عند تجاوز حد معين لدرجة الحرارة ، يمكن الآن أن تكون هناك خطوات متعددة على طول الطريق بين سرعتين على مدار الساعة. يسمح ذلك بمستوى أكبر من التفاصيل التي تمكن وحدة معالجة الرسومات (GPU) من الضغط حتى على الجزء الأخير من الأداء في ظل ظروف غير مواتية أيضًا.

يسمح PU Boost 4.0 بخطوات إضافية يحددها المستخدم بين ساعة التعزيز الأصلية والساعة الأساسية - الصورة: Nvidia

يعد رفع تردد التشغيل عن بطاقات الرسومات مع زيادة GPU أمرًا بسيطًا إلى حد ما ولم يتغير الكثير في هذا الصدد. يتم تطبيق أي إزاحة مضافة إلى الساعة الأساسية فعليًا على 'Boost Clock' وتحاول خوارزمية GPU Boost تحسين أعلى سرعة ساعة بهامش مماثل. يمكن أن تساعد زيادة منزلق Power Limit إلى الحد الأقصى بشكل كبير في هذا الصدد. هذا يجعل اختبار الإجهاد فيركلوك أكثر تعقيدًا بعض الشيء لأن المستخدم يجب أن يراقب سرعات الساعة بالإضافة إلى درجات الحرارة وسحب الطاقة وأرقام الجهد ، ولكن دليلنا الشامل لاختبار الضغط يمكن أن تساعد في هذه العملية.

شروط GPU Boost

الآن وقد ناقشنا الآلية الكامنة وراء GPU Boost نفسها ، من المهم مناقشة الشروط التي يجب أن تكون راضية حتى يكون GPU Boost فعالاً. هناك عدد كبير من الشروط التي يمكن أن يكون لها تأثير على التردد النهائي الذي تحققه GPU Boost ، ولكن هناك ثلاثة شروط رئيسية لها التأثير الأكثر أهمية على هذا السلوك المعزز.

إرتفاع الطاقة

سيعمل GPU Boost على رفع تردد التشغيل تلقائيًا للبطاقة بشرط أن يتوفر حيز طاقة كافٍ للبطاقة للسماح بسرعات أعلى على مدار الساعة. من المفهوم أن سرعات الساعة الأعلى تستمد قدرًا أكبر من الطاقة من PSU ، لذلك من المهم للغاية أن تتوفر طاقة كافية لبطاقة الرسومات حتى تتمكن GPU Boost من العمل بشكل صحيح. مع معظم بطاقات رسومات Nvidia الحديثة ، ستستخدم GPU Boost كل الطاقة المتاحة التي يمكنها استخدامها لدفع سرعات الساعة إلى أعلى مستوى ممكن. هذا يجعل Power Headroom العامل المحدد الأكثر شيوعًا لخوارزمية GPU Boost.

يمكن أن يعتمد GPU Boost بشكل كبير على حد الطاقة - الصورة: Nvidia

يمكن أن يؤدي ببساطة زيادة شريط التمرير 'Power Limit' إلى الحد الأقصى في أي برنامج لرفع تردد التشغيل إلى تأثير كبير على الترددات النهائية التي تتعرض لها بطاقة الرسوميات. تُستخدم الطاقة الإضافية الممنوحة للبطاقة لدفع سرعة الساعة إلى أعلى ، وهذا دليل على مدى اعتماد خوارزمية GPU Boost على زيادة الطاقة.

الجهد االكهربى

يجب أن يكون نظام توصيل الطاقة لبطاقة الرسوميات قادرًا على توفير الجهد الإضافي المطلوب للوصول إلى سرعات الساعة الأعلى والحفاظ عليها. يعتبر الجهد الكهربائي مساهماً مباشراً في درجة الحرارة أيضًا ، لذا فهو يرتبط أيضًا بحالة الإرتفاع الحراري. بغض النظر ، هناك حد صارم لمقدار الجهد الذي يمكن أن تستخدمه البطاقة ويتم تعيين هذا الحد بواسطة BIOS الخاص بالبطاقة. يستفيد GPU Boost من أي فراغ في الجهد لمحاولة الحفاظ على أعلى سرعة ممكنة على مدار الساعة.

للجهد أيضًا تأثير على سرعات الساعة النهائية - الصورة: Nvidia

الإرتفاع الحراري

الشرط الرئيسي الثالث الذي يجب الوفاء به للتشغيل الفعال لـ GPU Boost هو توافر ارتفاع حراري مناسب. يعد GPU Boost حساسًا للغاية لدرجة حرارة وحدة معالجة الرسومات لأنه يزيد ويقلل من سرعة الساعة بناءً على أدنى تغيرات في درجة الحرارة. من المهم الحفاظ على درجة حرارة وحدة معالجة الرسومات منخفضة قدر الإمكان من أجل تحقيق أعلى سرعات على مدار الساعة.

تبدأ درجات الحرارة التي تزيد عن 75 درجة مئوية في خفض سرعة الساعة بشكل ملحوظ مما قد يكون له تأثير على الأداء. من المحتمل أن تكون سرعة الساعة في درجات الحرارة هذه أعلى من Boost Clock ، ومع ذلك ، فليس من الجيد ترك الأداء على الطاولة. لذلك ، يمكن أن يكون لتهوية العلبة المناسبة ونظام التبريد الجيد في وحدة معالجة الرسومات نفسها تأثير كبير على سرعات الساعة التي يتم تحقيقها من خلال GPU Boost.

تعزيز Binning والاختناق الحراري

تُعرف ظاهرة مثيرة للاهتمام متأصلة في تشغيل GPU Boost باسم تعزيز binning. نحن نعلم أن خوارزمية GPU Boost تغير بسرعة سرعة ساعة وحدة معالجة الرسومات اعتمادًا على عوامل مختلفة. يتم تغيير سرعة الساعة فعليًا في كتل كل منها 15 ميجاهرتز ، وتعرف هذه الأجزاء البالغة 15 ميجاهرتز من سرعات الساعة باسم صناديق التعزيز. يمكن ملاحظة أن أرقام GPU Boost ستختلف عن بعضها البعض بعامل 15Mhz اعتمادًا على الطاقة والجهد والإرتفاع الحراري. هذا يعني أن تغيير الشروط الأساسية يمكن أن يؤدي إلى انخفاض سرعة الساعة للبطاقة أو زيادتها بمعامل 15 ميجاهرتز في المرة الواحدة.

مفهوم الاختناق الحراري مثير للاهتمام للاستكشاف أيضًا مع عملية GPU Boost. لا تبدأ بطاقة الرسومات فعليًا في الاختناق الحراري حتى تصل إلى حد درجة الحرارة المحدد المعروف باسم Tjmax. تتوافق درجة الحرارة هذه عادةً في مكان ما بين 87-90 درجة مئوية على GPU Core ويتم تحديد هذا الرقم المحدد بواسطة BIOS الخاص بوحدة معالجة الرسومات. عندما تصل نواة وحدة معالجة الرسومات إلى درجة الحرارة المحددة هذه ، تنخفض سرعات الساعة تدريجيًا حتى تنخفض حتى إلى ما دون الساعة الأساسية. هذه علامة أكيدة على الاختناق الحراري مقارنةً بالتعزيز المنتظم الذي يتم بواسطة تعزيز وحدة معالجة الرسومات. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الاختناق الحراري وتعزيز binning في أن الاختناق الحراري يحدث عند الساعة الأساسية أو أقل منها ، ويؤدي تعزيز التجميع إلى تغيير السرعة القصوى للساعة التي يتم تحقيقها بواسطة GPU Boost باستخدام بيانات درجة الحرارة.

عيوب

لا توجد عيوب كثيرة في هذه التكنولوجيا والتي تعتبر بحد ذاتها شيئًا جريئًا جدًا لتقوله عن ميزة بطاقة الرسومات. يسمح GPU Boost للبطاقة بزيادة سرعات الساعة تلقائيًا دون أي إدخال للمستخدم ويفتح الإمكانات الكاملة للبطاقة من خلال توفير أداء إضافي دون أي تكلفة إضافية للمستخدم. ومع ذلك ، هناك بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار إذا كنت تمتلك بطاقة رسومات Nvidia مع GPU Boost.

نظرًا لحقيقة أن البطاقة تستخدم ميزانية الطاقة الكاملة المخصصة لها ، فإن أرقام سحب الطاقة للبطاقة ستكون أعلى مما قد تقودك إلى تصديق أرقام TBP أو TGP المعلن عنها. بالإضافة إلى ذلك ، سيؤدي الجهد الإضافي وسحب الطاقة إلى ارتفاع درجات الحرارة نظرًا لأن البطاقة تعمل تلقائيًا على رفع تردد التشغيل عن طريق استخدام مساحة درجة الحرارة المتاحة لها. لن ترتفع درجات الحرارة بشكل خطير بأي شكل من الأشكال لأنه بمجرد أن تتجاوز درجات الحرارة حدًا معينًا ، سيتم خفض الجهد وسحب الطاقة للتعويض عن الحرارة الزائدة.

يمكن زيادة سحب الطاقة إلى ما بعد TBP المعلن عنه (320 واط في حالة RTX 3080) مع GPU Boost - الصورة: Techspot

الكلمات الأخيرة

شهد التقدم السريع في تقنيات بطاقات الرسومات بعض الميزات الرائعة للغاية التي تشق طريقها إلى أيدي المستهلكين ، ومن المؤكد أن GPU Boost هو أحد هذه الميزات. تسمح ميزة Nvidia (والميزة المماثلة لـ AMD) لبطاقات الرسومات بالوصول إلى أقصى إمكاناتها دون الحاجة إلى إدخال أي مستخدم من أجل توفير أقصى أداء ممكن خارج الصندوق. هذه الميزة تلغي جميعًا الحاجة إلى رفع تردد التشغيل يدويًا نظرًا لعدم وجود مساحة كبيرة متاحة للضبط اليدوي نظرًا للإدارة الممتازة لـ GPU Boost.

بشكل عام ، تعد GPU Boost ميزة ممتازة نود أن نراها تتحسن بشكل أفضل مع التحسينات التي تم إدخالها على الخوارزمية الأساسية وراء هذه التقنية التي تدير التعديلات الصغيرة على المعلمات المختلفة من أجل الحصول على أفضل أداء ممكن.