První generaci PowerTune uvedla AMD na generaci Radeonů HD 6900. Technologie spočívala v monitoringu zátěže GPU a případném snížení taktovací frekvence v případě, že by karta v dané zátěži měla přesáhnout limit TDP. Hlavní příčina implementace spočívala ve velkém rozdílu ve spotřebě mezi běžnými aplikacemi a zátěžovými testy (FurMark, OCCT) - bez PowerTune by buďto AMD musela nastavit v základu nižší taktovací frekvenci (aby ani při FurMarku nebylo přesáhnuto TDP, na které jsou dimenzované napájecí obvody a chlazení) nebo dimenzovat chlazení a napájení pro syntetické testy, což jsou v podstatě náklady, které nijak pozitivně neovlivní výkon v běžné herní zátěži.

• PowerTune Radeonů HD 6970 a HD 7900 - podrobnější rozbor

S Radeony HD 7000 zůstal základní princi PowerTune zachován, upravená ale byla konkrétní implementace s ohledem na změnu architektury 3D jádra (VLIW4 ⇒ GCN). Třetí změna přišla s Radeonem HD 7970 GHz Edition, kdy došlo k doplnění technologie Boost, což fakticky nebylo ničím jiným, než přidání úrovně s vyšší frekvencí a napětím, do které karta přecházela v případě, že nebylo dosaženo limitu TDP.

• PowerTune s TDE a Boost Radeonů HD 7970 GHz Edition

V souvislosti s tím následovala ještě jedna změna, která byla prostřednictvím ovladačů doplněna zpětně i ostatní Radeonům HD 7000. AMD ji označovala jako DTE, digital thermal estimation. Původní PowerTune vyhodnocoval využití jednotlivých částí jádra, to bylo reportováno obvodu, který na základě získaných informací vypočítal, jakou spotřebu bude GPU mít a na základě toho případně zasáhl a upravil taktovací frekvence.

Technologie DTE tento způsob lehce upravila. Na základě typu zátěže odvozuje zahřívání čipu (na němž závisí okamžitá leakage a tím i spotřeba), takže pokud je čip zatěžován způsobem, při kterém se zahřívá méně, povolí PowerTune vyšší taktovací frekvence.

Princip PowerTune u Radeonu HD 7790

• PowerTune Radeonu HD 7790 s vázanou úpravou napětí

Třetí změna přišla s Radeonem HD 7790, který umožňoval v souvislosti se změnou taktů i odstupňovanou úpravu napětí. Zatímco starší modely z řady HD 7000 rozlišovaly základní stav (s jednou hodnotou napětí) a boost (s druhou hodnotou napětí), přišel HD 7790 / Bonaire s celkem sedmi základními stavy, z nichž každý má nastavené vlastní napětí. Tím bylo možné dosáhnout lepšího poměru výkon/spotřeba.

• PowerTune Radeonu R7 260X / Bonaire (stručně)

Pokud zhodnotíme dosavadní přístup AMD, lze říct, že se v základních principech lišil od boostu Nvidie. AMD frekvence nastavovala na základě digitálně monitorovaného vytížení čipu (a odvozené spotřeby a teploty), Nvidia frekvence nastavovala na základě proudu měřeného na napájecí kaskádě a okamžitých (měřených) teplot GPU.

Výhodou konceptu AMD jsou rychlejší reakce (digitální monitoring, reakční doba kolem 1 µs), stabilní výkon karty bez ohledu na prostředí a stabilní výkon bez ohledu na konkrétní kus karty. Nevýhoda nastává v situaci, pokud je karta chlazena lépe, než předpokládá DTE, teplota je nižší než si PowerTune „myslí“, není dosaženo limitu TDP a karta by mohla běžet rychleji.

Výhodou konceptu Nvidie je právě reakce na reálné teploty, která kartě umožňuje běžet na vyšších taktech v případě lepšího chlazení, nevýhodou naopak analogové měření, které má pomalé odezvy, je náchylnější na nepřesnosti a vyhodnocovací proces musí pracovat s širším vzorkem dat, což vede k latencím v reakci na reálný stav.

To nejlepší z obou světů aneb PowerTune pro Hawaii

S Radeony R9 290 / 290X (ale i R7 260X) přišla AMD s novým konceptem, který spojuje to nejlepší z obou konceptů a zároveň odbourává jejich nedostatky:

Základem je stále digitální monitoring zátěže, díky němuž může čip reagovat okamžitě, ale do hry vstupuje i skutečná teplota jádra, proud i napětí měřené na úrovni GPU. Díky přístupu k těmto údajům je možné korelovat a vyvažovat data získaná na základě digitálního sledování činnosti jádra.

To však není jediná změna. PowerTune nově získává kontrolu nad regulací otáček chladiče, takže může inteligentním způsobem spravovat i odvod tepla. Doposud karty přímo reagovaly na změnu teplot jádra, takže v případě, kdy se například rychle střídala energeticky náročná a nenáročná 3D scéna, se rychle zvyšovaly a opět snižovaly otáčky, což působilo rušivě. PowerTune je schopný změnu RPM provádět plynule, takže změny v otáčkách budou pozvolnější a méně nápadné.

Celý koncept nového PowerTune souvisí s implementací nového obvodu (SVI2), který byl integrován do GPU Bonaire a Tahiti (a také do nové generace APU pro socket FM2 - ve stávajících modelech Trinity/Richland ale není SVI2 plně využit, což se zřejmě změní s APU Kaveri). Krom dosud podporované (již zmíněné) úpravy taktovacích frekvencí v 1µs intervalech je tím umožněno následující:

• změny napětí v 10µs intervalech
• změny napětí v krocích po 6,25 mV
• 255 stupňů napětí v rozpětí 0 - 1,55 V
• reportování napětí i proudu při frekvenci 40 kHz po 20Mbps sběrnici
• dokáže pracovat s více doménami napětí

Cílem současného PowerTune tak je, aby v kterýkoli okamžik a v jakékoli aplikaci byla nastavena maximální možná frekvence, při které není překročeno stanovené TDP.

Co hodnotíme velmi pozitivně je možnost uživatelsky vypnout závislost nového PowerTune na reálné teplotě. Pokud uživateli z jakéhokoli důvodu nevyhovuje, aby výkon karty odrážel teplotu prostředí, může tuto možnost v ovládacím panelu deaktivovat a používat klasický koncept DTE. Karta pak bude podávat totožný výkon bez ohledu na to, jestli bude provozována pod otevřeným oknem v Norsku nebo v tuniském hotelu.

Na druhou stranu systém je koncipovaný takovým způsobem, že k vypínání závislosti na teplotě nebude mít většina uživatelů důvod. Primárně jsou totiž okamžité frekvence závislé na monitoringu zátěže čipu, přičemž sledování reálné teploty slouží spíše jako pojistka, která zasáhne, pokud se teplota GPU začne blížit 95 °C.

AMD zdůraznila, že kartu koncipovala tak, aby byla schopná setrvale fungovat při 95 °C, takže dokud se k tomuto „cíli“ teplota nepřiblíží, nejsou snižovány takty - ani výrazněji zvyšovány otáčky ventilátoru. Takovým způsobem je karta nastavena v základu. Důvodem je, že pokud by karta měla být omezena na nižší teplotu (např. 75 °C), bylo by třeba buďto zvýšit otáčky ventilátoru (a zvýšit hlučnost), nebo snížit takty (a tím i výkon).

AMD si je vědoma toho, že tovární nastavení (jak jsme ho popsali o odstavec výš) nemusí vyhovovat každému uživateli, takže v ovládacím panelu zpřístupnila poměrně názorné užitatelské rozhraní, kterým si každý může upravit cílovou teplotu, takty i otáčky chladiče podle svého přání.

Pokud uživatel nechá vše v defaultních hodnotách, měla by typická herní spotřeba dosahovat 250 wattů (tj. stejné číslo jako v případě Radeonu HD 7970 GHz Edition), přičemž limit PowerTune čistě pro jádro je stanovený na 208 wattů (oněch ~40 W rozdílu dělají paměti, napájecí obvody a napájení chladiče).