Näytönohjaimen suorituskykytestit

Abstract

Opinnäytetyössä on perehdytty Nvidia oy suunnittelemiin näytönohjain arkkitehtuureihin ja asioihin, jotka vaikuttavat näytönohjainten suorituskykyyn. Työssä käydään arkkitehtuureista läpi vain Fermi-, Kepler- ja Maxwell-arkkitehtuurit. Pascal-arkkitehtuurista selvitetään vain pääasiat, koska Pascal-arkkitehtuuria ei ole vielä julkaistu. Opinnäytetyössä tutkittiin, miten ajurit, ohjelmointirajapinnat ja laitteiston pullonkaulat vaikuttavat näytönohjaimen suorituskykyyn. Aluksi ajurien suorituskykyä testattiin yli 20 eri ajurilla 3DMark suorituskykytestissä. Peleissä testattiin 5 eri ajuria. Testeissä huomattiin, että ajureilla on mahdollista parantaa suorituskykyä peleissä 30 %:lla, mutta vain 5 % suorituskykytestissä. Joskus Nvidian julkaisemat GameReady-ajurit eivät parantaneet suorituskykyä laisinkaan. Ohjelmointirajapinnoista huomattiin, että DirectX on suuressa suosiossa peleissä Windows-käyttöjärjestelmissä. Yleensä DirectX suoriutuu paremmin kuin OpenGL, mikä voi johtua huonommista ajureista ja optimoinneista OpenGL:lle. DirectX suorituskyky oli yleensä noin 20 % parempi kuin OpenGLn. Dota 2 -peliä testattaessa OpenGL suoriutui paremmin kuin DirectX 11, koska OpenGL oli optimoitu paremmin, mutta DirectX 9 oli keskiarvollisesti hiukan nopeampi. Laitteiston rajoituksissa huomattiin, että tehonrajoittajan rajan ja grafiikkasuorittimen taajuuden kasvattaminen paransi suorituskykyä 12 %, mutta samalla se nostaa näytönohjaimen lämpötilaa. Kun näytönohjaimen lämpötila nousee liian korkealle, grafiikkasuoritin alkaa pienentämään omaa kellotaajuuttaan. Näytönohjaimen yksi pullonkauloista on videomuisti, jota tarvitaan datalle. Modernit pelit rupeavat tarvitsemaan suurempia määriä ja kaistanleveydeltään nopeampia videomuisteja. Seuraavan sukupolven näytönohjaimet yrittävät parantaa tämän ongelman 3D muistilla, joka parantaa huomattavasti kaistanleveyttä ja mahdollistaa suuremmat määrät muistia.

This thesis focuses on graphics card architectures designed by Nvidia and explores factors that affect the performance of graphics cards. This thesis examines only Fermi, Kepler and Maxwell architectures. In case of Pascal architecture, the thesis only discusses differences because the Pascal architecture has not been published. The objective of this thesis was to study how drivers, application programming interfaces, and hardware bottlenecks affect graphics card performance. Firstly, driver performance was tested with over 20 different drivers in GPU benchmark utility and 5 drivers for games. It was found that driver performance can be improved by 30% in games but only 5% in GPU benchmark utility. However sometimes GameReady drivers did not display improved performance at all. In application programming interface performance tests, it was observed that DirectX is a very popular application programming interface in games for Windows. Usually, DirectX performs better than OpenGL because DirectX has been used as a lead API and received better optimization. The performance of DirectX was usually 20% better than that of OpenGL. In Dota 2 OpenGL was better than DirectX 11 because of better optimization but DirectX 9 still performs slightly better. On the basis of graphics card hardware testing, it was discovered that increasing the power limit and GPU frequency improve performance by 12 % but, at the same time this raises the temperature of the graphics card. When the graphics cards temperature rises too high, the GPU begins to reduce its own clock frequency to remain cool. One of the bottlenecks is video memory, which is needed for data. Modern games uses more and more video memory and after the memory is full of data, the game can crash or slowdown. In the next generation graphics cards this problem will be mostly solved by 3D memory which increases memory bandwidth and amount of memory.