Overclocking GPU et optimisation des timings de la mémoire.

Comme pour les processeurs, les GPU sont souvent issues de chaines de montage identiques, et les dénominations commerciales sont choisies en fonction des résultats des puces aux tests de stabilités. Cependant, l’amélioration des process de fabrication durant la phase de production et l’intérêt de proposer une gamme cohérente avec des produits pour tous les budgets implique que le fabricant intègre dans les gammes inférieures des puces ayant validé des tests plus poussés. Il n’est donc pas rare de pouvoir pousser une puce milieu de gamme à des niveaux équivalents d’un produit plus haut dans la gamme. L’overcloking du GPU est rarement nécessaire pour le mining dans la mesure où, sur les algorithmes les plus populaires, les performances dépendent principalement de la mémoire, de sa vitesse de fonctionnement, mais également des timings :
Les modules de mémoire sur une carte graphique fonctionnent à une vitesse d’horloge donnée mesurée en MegaHerz (MHz) où chaque Herz est un cycle dans lequel la mémoire a le temps de faire des calculs et de travailler. Le chronométrage mesure le retard des puces dans les calculs et fonctionne en interne avant de transmettre les données. Ainsi, même si une puce mémoire fonctionne à des vitesses d’horloge élevées, le travail effectué en interne est limité en raison des retards induits par le minutage de la mémoire. Une puce fonctionnant à 2000 MHz avec des timings lents (retards importants) peut être moins performante qu’une puce fonctionnant à 1500 MHz et des timings rapides (délais courts). Les meilleures performances s’obtiennent donc en modifiant ces timings directement dans le bios de la carte graphique, cela peut être fait grâce au logiciel polaris bios editor par exemple pour les GPU Polaris. La stabilité dépendra alors de la qualité et donc de la capacité de la ram embarquée à supporter ces modifications.

Baisse de la tension pour une meilleure durée de vie

La modification de la tension

La montée en fréquence des composants peut engendrer une consommation électrique accrue nécessaire au bon fonctionnement de la machine.
Abaisser la tension du courant permet de réduire la consommation électrique du GPU et de la mémoire et réduit par conséquent la chaleur dégagée par ceux-ci. Mais Une carte graphique dédiée au mining ne consommera pas autant suivant les algorithmes de hash sur lesquelles elle travaille. Ainsi elle pourra supporter une baisse de tension plus ou moins importante en fonction des monnaies minées. Un réglage optimal des tensions sur un logiciel de minage pour ethereum, ne l’est pas forcément sur cryptonight, et une machine peut être parfaitement stable sur l’un des deux algorithmes (le moins gourmand) et crasher régulièrement sur l’autre ou bien stable sur le plus gourmand, et gaspiller de l’énergie sur l’autre. L’abaissement de la tension ne représente pas de risque pour le matériel, au contraire une consommation moindre réduit la chaleur à dissiper et augmente la longévité des composants. Cependant, un abaissement excessif peut engendrer des crashs de la machine lorsque celle-ci « tire » trop. Il faut donc trouver le bon rapport pour chaque monnaie minée entre consommation électrique, performance et stabilité.

Dissipation thermique et dilatation des circuits.

Si un abaissement de la tension n’est pas directement nocif pour le matériel dans le cas où la machine demeure stable, à l’inverse, une tension trop élevée pour répondre à une consommation excessive de la machine peut endommager plus moins rapidement et de manière irréversible les composants. Une consommation électrique élevée implique une augmentation de la température qui peut à court terme provoquer des nuisances sonores dues au besoin de refroidissement, et des crashs si les composants atteignent malgré tout des températures trop élevées. A long terme, une température moyenne élevée finit par provoquer une dilatation des circuits qui peuvent provoquer des courts-circuits et rendre complètement hors d’usage le matériel.
Selon l’équation d’Arrhenius, le taux de défaillance des semi-conducteurs augmente de manière exponentielle lorsque la température augmente. De 40 °C à 60 °C, le taux de défaillance passe de 10 fois la norme à presque 30 fois. À 80 °C, le taux de défaillance augmente d’un facteur 100 et atteint 300 fois le taux de défaillance normal d’un semi-conducteur. Cette augmentation des taux de défaillance s’explique par les différences de coefficient de dilatation entre le substrat du PCB et l’alliage imprimé servant à conduire le courant. Les machines instables, qui alternent des cycles de surchauffe et de refroidissement rapide lors des crashs, sont plus rapidement sujettes aux courts circuits provoqués par la dilatation des circuits. Il est donc important de chercher à conserver une température au plus bas, quitte à rogner sur les performances.

Privilégier le rapport performance / température à la performance brut.

L’intégration du risque de panne dans le calcul du ROI

Si de prime abord on suppose qu’il sera plus facile d’amortir son matériel rapidement en le poussant dans ses derniers retranchements tant qu’il est stable. Un calcul du ROI classique intègre seulement les couts d’achats et couts variables liés à la mise en route de la machine, mais les risques liés à ce genre de pratique sont trop importants sur la durée pour les composants et l’intégration du risque de panne dans le calcul du ROI se traduise systématiquement par une moins-value. L’allongement de la durée d’amortissement du matériel oblige aujourd’hui à privilégier une machine dont on aura la certitude qu’elle demeurera sans dommage même après 2 ans de fonctionnement. Pour cela et comme expliqué précédemment, il faut chercher à réduire au maximum la température des composants, et cela passe aussi par leur choix et la qualité de l’assemblage.

Le choix des composants.

Pour les cartes graphiques par exemple, chaque constructeur propose différents modèles pour un même GPU. Il ne s’agit pas seulement d’esthétique, les différents modèles proposent non seulement des performances de base différents, soit car les réglages sont différents, soit car les puces mémoires sont de qualités, voire de constructeurs différents, mais également des systèmes de refroidissement aux performances très variable. Utilisation de caloduc en cuivre, backplate, PCB au format élargi pour utiliser des ventilateurs de diamètre supérieur… sont autant d’éléments pouvant améliorer la durée de vie de votre matériel. Chez mining Boost, nous privilégions l’utilisation de modèle haut de gamme, comme la série Aorus de gigabyte par exemple.

La gestion des flux d’air dans le boitier

Afin de conserver les composants au frais, la disposition et la gestion des flux d’air sont primordiales dans le boitier. L’utilisation de rig entièrement ouvert ne permet pas toujours un refroidissement suffisant par manque de brassage et nécessite plus d’entretien (dépoussiérage) particulièrement lorsqu’ils sont posés dans des étagères. Les composants alignés dans les rigs entièrement fermés sous forme de rack bloquent généralement une grande partie du flux d’air, et l’air qui parvient sur les cartes graphiques étant forcément plus chaud que l’air extérieur, il y a donc une perte d’efficacité. Nous pensons que l’idéal est un modèle à plusieurs étages, avec à la base les composants chauffant moins (CPU, CM & SSD) , organisés de façon à rejeter directement l’air chaud à l’extérieur (Alimentation) et un ou plusieurs étages pour les cartes graphiques avec un flux d’air étudié pour ne refroidir que les cartes.

Le choix minutieux et les modifications apportées au matériel sont des étapes indispensables lors de la conception d’une machine et au moins aussi importantes que sa puissance brute afin d’obtenir un retour sur investissement positif à long terme.

Ethereum mining, RIG de GPU et « asics »

AMD, de Hawai à Vega, des performances brutes énormes.

Historiquement, les cartes AMD ont toujours été les plus appréciées pour leurs performances pour le GPU Mining. Chaque génération depuis les HD 5xxx contient une ou plusieurs cartes « phare » et particulièrement apprécié des mineurs plus ou moins à l’aise suivant les algorithmes. Parmis les vielles cartes présentant encore un intérêt pour miner de l’ethereum, les R9 290/390 et 290x/390x sont capables d’atteindre des hashrates supérieurs aux RX 570 et 580 actuelles. Entre 31 et 33MH/s. La contrepartie vient de la consommation électrique de ces cartes absolument démentielle (entre 250 et 300 watts) qui restreint leur intérêt et limite la possibilité d’en tirer des bénéfices. Cette consommation électrique complexifie également l’assemblage de rig car les cartes nécessite plus de branchements, un environnement mieux ventilé, etc … Les générations plus récentes basées sur l’architecture polaris et l’évolution de la finesse de gravure des composants permettent d’obtenir des performances quasiment identiques (pour les RX470, RX480, RX570 , RX580) pour une consommation électrique2 fois moins élevées. Entre 27 et 32MH/s en fonction des modèles, des mémoires embarqués, des modifications au niveau du bios, des logiciels et réglages utilisés … Les GPU basés sur l’architecture Polaris font office de référence actuellement pour le minage.
Les cartes basées sur l’architecture Fiji (R9 Fury) commercialisées très peu de temps ont perdu de leur intérêt à la sortie des GPU Polaris (RX). Si elles ont proposé des performances supérieures aux R9 290/390(x) pour une consommation moindre grâce aux performances de leurs puces mémoire HBM, leur positionnement tarifaire, leur faible disponibilité, l’évolution de la finesse de gravure sur les GPU et surtout la particularité de leur architecture moins démocratisée auprès des développeurs face à la génération polaris n’en ont jamais fait une alternative intéressante pour les mineurs, sauf en cas d’acquisition pour un prix cassé. Les RX Vega 56 et 64 disposent également de puces mémoires HBM (2e génération) et présentent des performances intéressantes sur ethereum (respectivement 40 et 44Mh/s). Toutefois, leur tarif élevé peux décourager à l’achat pour la conception d’un RIG destiné à miner de l’ethereum uniquement. Les puces HBM des GPU Vega se révèlent en revanche extrêmement efficaces et rentables sur l’algorithme Cryptonight.

Les cartes Nvidia, des prix élevés compensés par une consommation minimale.

En terme de performance brut, les cartes Nvidia sont en général, à tarif équivalent, moins performantes que les cartes AMD. Cependant, cet écart est en partie compensé par une consommation moindre à performance égale. À titre d’exemple, une GTX 1060 6GB que l’on retrouve à des tarifs équivalents des RX 580 ne propose des performances maximales que de 24 à 25MH/s (contre 28-30MH/s) mais pour une consommation électrique bien plus maîtrisée. La GTX 1060 6GB propose actuellement le meilleur rapport performance par watt consommé du marché est peut être un choix judicieux pour toute personne ou entreprise devant limiter la consommation électrique de ses machines, pour des raisons financière ou technique. Les GTX 1070, 1070 ti, proposent des performances situées entre 30 et 32MH/s pour quelques watts de moins que les RX580, les geforce GTX 1080 et 1080ti peuvent quant à elles attendre des sommets si elles sont bien configurées, respectivement 40 et 50Mh/s. Les geforce GTX 1050Ti 4GB sont également une bonne alternative pour monter un rig peu onéreux et peu consommateur d’énergie, chaque carte atteignant entre 14 et 15MH/s pour une consommation électrique inférieure à 60 watts. L’autre avantage réside dans le fait que la plupart des 1050Ti ne requièrent par de branchement électrique pci-e 6 broches et n’utilise que le slot pci-e 16x pour s’alimenter. Attention toutefois à utiliser des risers de qualité correctement assemblés pour miner en toute sécurité.

Les « Asic » ethereum

Il n’existe à l’heure actuelle pas d’asics à proprement parler capables de miner de l’ethereum ou toute autre monnaie basés sur l’algorithme (ethash). Pour rappel, un asic est une machine constituée de puces destinées à une application spécifique. Certains fabricants proposent actuellement des machines dédiées au minage d’ethereum composé de multiple GPU rebadgé, optimisé et destiné uniquement au mining. Si la solution est efficace sur le papier avec des performances / watt consommées supérieures aux rigs traditionnels composés de cartes graphiques, la machine ne dispose d’aucune polyvalence ou possibilité d’évolution et aucune valeur à la revente en cas d’évolution majeure sur le marché des cryptomonnaies contrairement aux rigs assemblés à partir de carte graphique classique. Un rig bien configuré et entretenu se rapprochera des performances de ces pseudo « asic » et conservera une valeur bien plus importante dans le temps.

Cryptonight et Monero, GPU mining et Asic résistance

L’algorithme Cryptonight mis en lumière par la cryptomonnaie Monero a été pensé pour être asic résistant et garantir des transactions anonymes. Les développeurs, très actifs, ont toujours cherché à favoriser le GPU Mining et rejettent fermement l’idée de laisser le réseau contrôlé par des ASICs. De nombreux fork et déclinaisons de l’algorithme cryptonight existent et sont utilisées par différentes cryptomonnaies. Le réseau principal est celui de la monnaie Monero, qui utilise cryptonight_V7 et qui possède une communauté particulièrement active.

Nvidia Out, Vega et la HBM

Les cartes Nvidia présentent un hashrate trop peu intéressant et un bénéfice journalier bien moindre que les cartes AMD RX 5xx, mais ce sont les RX Vega qui se montrent le plus à l’aise sur cryptonight qui tire pleinement parti de la mémoire hbm2 de ces dernières. Les Vega 56 peuvent atteindre un hashrate supérieur à 1900h/s pour une consommation de seulement 150 watts, au-delà, la consommation grimpe en flèche pour un gain de performance trop peu intéressant.

Des FPGA annoncés sur cryptonight

Si les développeurs ont promis des mises à jour régulières de l’algorithme afin d’éviter le déploiement d’asics, les FPGA sont peut-être la meilleure solution pour miner en consommant moins d’énergie. Actuellement il n’y a pas encore eu de livraison effective de ses FPGA, mais le rapport prix / performance annoncé semble être équivalent aux RX Vega moyennant un investissement plus conséquent. La consommation électrique promise serait divisée par 6 ou 7 en comparaison des Vega, améliorant donc le rendement. Chez Mining-boost, nous étudions actuellement la possibilité de proposer de tels produits.