Geforce RTX 3080 & 3090: Hintergründe zur Kondensator-Problematik

Unser gestern veröffentlichter Artikel über Kondensatoren als möglicher Auslöser für die Abstürze der Ampere Grafikkarten vom Typ RTX 3080 bzw. RTX 3090 wurde ausgiebig diskutiert. Über 200 Kommentare finden sich unter der Meldung. Igor von Igor's Lab, der das Thema zutage gebracht hat, hat nun technische Details nachgeliefert. Wir werden diese ebenso erklären - allerdings mit einer anderen Herangehensweise.

Details zu Kondensatoren und Frequenzen

Laut aktuellen Informationsstand sind die Kondensatoren hinter der GPU ein Grund für die manchmal, insbesondere unter Last, auftretenden Abstürze von Nvidias Ampere-Grafikkarten. Nvidia ließ den Boardpartnern hier die freie Wahl, ob sie sechs Baugruppen auf der Rückseite mit normalen MLCCs (Mehrschicht-Keramikkondensatoren) oder mit Polymer-Kondensatoren bestücken wollen. Eine Vollbestückung ausschließlich mit Polymer-Kondensatoren gilt als Auslöser für die Abstürze, da diese im Vergleich zu MLCCs schlechter auf hohe Frequenzen reagieren.

In unserem gestrigen Artikel sprachen wir von POSCAPs anstatt von Polymer-Kondensatoren. POSCAPs sind schlicht eine konkrete Produktreihe von Panasonic, die zu besagter Kondensator-Gruppe gehört. Auch EVGA sprach explizit von POSCAPs, weshalb wir diesen Begriff beibehalten haben. Natürlich können einige Grafikkartenhersteller auch auf andere Kondensatoren setzen, weshalb der ungenauere Begriff Polymer-Kondensatoren eher zutreffend ist. Wir werden ihn in diesem Artikel deshalb fortan verwenden.

Unser erster Artikel zum Thema: Geforce RTX 3080 & 3090: Abstürze könnten durch unpassende Kondensatoren verursacht werden

Auch zum Thema Frequenzeignung wollen wir noch etwas ergänzen, denn das Thema ist etwas komplexer als es sich auf den ersten Blick anhört. Alle elektronischen Bauteile, wie eben auch Kondensatoren, unterschiedlich auf verschiedene Frequenzen. Bei einem Kondensator mit schlechter Hochfrequenz-Eignung kann es also sein, dass dieser keine oder deutlich weniger Ladungen liefert als gedacht, wohingegen ein anderer Kondensator noch problemfrei arbeiten würde.

Die Frequenz bezieht sich dabei aber nicht auf die Taktfrequenz der GPU, denn die GPU ist eine Digitalschaltung die, zumindest im Idealfall, mit den bipolaren Signalen "0" und "1" arbeitet, und mit einer bestimmten Frequenz zwischen diesen Signalen wechselt. Bei elektronischen Bauteilen bezieht sich die Frequenz hingegen immer auf ein perfektes Sinussignal.

Das Sinussignal und das Digitalsignal haben aber dennoch eine Verbindung: Durch sogenannte Fourierreihen lässt sich jedes Signal, zumindest annähernd, durch die Addition mehrerer Sinuskurven nachbilden. Wenn die GPU mit einem Rechtecksignal mit einem GHz arbeitet, entspricht das für den Kondensator beispielsweise einem Sinussignal mit einem GHz und schwächeren Signale mit 3, 5, 7... GHz.

Bis zu einem gewissen Grad kann ein Kondensator das Rechtecksignal so nachbilden, doch bei zu hohen Frequenzen kommt er nicht mehr mit und das Rechtecksignal wird nicht perfekt - bis hin zu komplett untauglich. Gerade starke Steigungen erfordern dabei hohe Frequenzen, langsame Kondensatoren können diesen also nicht folgen.
Wer sich einige Fourierreihen und die Auswirkungen von zu niedrigen Frequenzen ansehen will, kann das beispielsweise bei Falstad tun.
Quelle: Falstad.com Beispiel für eine Fourerreihe: Das Rechtecksignal (Weiß) lässt sich durch mehrere summierte Sinussignale (Rot) nachbilden. Besonders schnelle Spannungsänderungen benötigen zur Nachbildung Sinussignale mit hoher Frequenz, die von Kondensatoren irgendwann unterdrückt werden. Hat man also einen Kondensator mit schlechter Frequenzeignung und es kommt ein schneller Lastwechsel, so werden hohe (Sinus-)Frequenzen sozusagen nicht bearbeitet und der Kondensator liefert die Ladungen langsamer als gewünscht. Im begrenzten Maße ist das normal und auch nicht schädlich. Nur wenn der Kondensator eben zu langsam für den gewünschten Einsatzzweck arbeitet, kann es zu Problemen kommen.

Ein Problem von zwei Seiten

Im Bezug auf die Ampere-Grafikkarten muss man sich zusätzlich ansehen, welche Funktion die Kondensatoren hinter der GPU haben. Sie trennen den Chip von der eigentlichen Spannungsversorgung, die in mehrere Phasen aufgeteilt ist und die gewünschte Spannung bereitstellt. Diese ändert sich bei den Ampere-Grafikkarten, insbesondere unter Last, sehr häufig. Die Kondensatoren bekommen also sozusagen "von außen" eine ständig schwankende Spannung, wohingegen auf der anderen Seite die GPU ständig Strom abgreift um die Transistoren zu schalten.

Laut Igor soll sich die mangelnde Frequenzeignung der Polymer-Kondensatoren nur mit Hinblick auf die schwankenden Spannungspegel durch die Spannungsversorgung bemerkbar machen. Eine für den Betrieb notwendige, höhere Spannung kommt also zu spät und die GPU macht Rechenfehler oder es kommt zum Absturz. Ganz soweit würden wir hingegen nicht gehen: Unserer Ansicht nach könnte es auch eine Kombination aus einer einerseits zu langsamen Anpassung an das Spannungsniveau und anderseits einer zu langsamen Reaktion auf den Bedarf der GPU sein. Für Klarheit können hier nur sehr aufwändige Messungen direkt an der GPU sorgen, und selbst dann wäre wohl nur schwer zu identifizieren, ob nun die GPU- oder die Spannungswandler-Seite schuld ist.

Auch spannend: Nvidia: Website offenbar von Datenleck betroffen - verrät persönliche Informationen

Zusammengefasst spielt sich das Problem also etwa so ab: Sobald die GPU belastet wird, wechseln die Betriebsspannungen schneller hin und her, um das maximale aus dem Chip herauszuholen. Gleichzeitig verlangt die GPU nach stark schwankenden Strommengen, die die Kondensatoren bereitstellen müssen. Die Polymer-Kondensatoren kommen hier aber manchmal nicht mit, deshalb kann es zu Abstürzen kommen. Grafikkarten mit MLCCs haben dieses Problem nicht oder zumindest seltener, da sich die MLCCs tendenziell besser für hohe Taktraten eignen.

Aufgrund gutmütiger Umstände wie besonders gut gelungenen Polymer-Kondensatoren, einem gut durchdachten PCB-Layout oder einer überdurchschnittlich guten GPU kann der Betrieb einer RTX 3080 / RTX 3090 auch mit einer Polymer-Vollbestückung funktionieren, es ist nur eben, wie es scheint, unwahrscheinlicher als bei einer MLCC-Bestückung. Zudem bleibt auch noch das Problem der Alterung, denn Kondensatoren verschlechtern über ihre Lebensdauer ihre Eigenschaften. Für Nvidia bleibt zu hoffen, dass das in der üblichen Betriebszeit einer Ampere-Grafikkarte nicht noch zum Problem wird.

Quelle: via Igor's Lab

Artikel teilen

Geforce RTX 3080 & 3090: Hintergründe zur Kondensator-Problematik Wir berichteten bereits, dass die Kondensatoren hinter der GPU ein Grund für die Abstürze der RTX 3080 / RTX 3090 sein sollen. Jetzt liefern wir technische Hintergründe.

Per E-Mail versenden

96