Thunderbolt 3-behuizingen voor gra ische kaarten
Thunderbolt 3 behuizingen voor grafische kaarten
Op ultraplatte notebooks kun je prima werken en surfen, maar zodra je ze grafisch een beetje uitdaagt, gaan ze al snel hikken en hakkelen. Met een grafische kaart die in een eigen behuizing zit, kun je je notebook voorzien van een stevige grafische kaart en het omtoveren tot gamingmachine. Bovendien kan zo'n eGPU ook gelijk fungeren als dockingstation. Wij hebben negen modellen in huis gehaald om te zien wat je ervan mag verwachten.
Het ideale notebook heeft een lange accuduur, een superscherp, kleurecht scherm en natuurlijk een hele hoop rekenkracht en grafische power. In realiteit worden de prestaties bepaald door drie factoren: prestaties, accuduur en gewicht. Van deze drie factoren is in de praktijk echter hooguit een combinatie van twee ervan mogelijk.
Met een externe grafische kaart, oftewel eGPU (external Graphics Processing Unit), kun je 3D-prestaties aan een systeem toevoegen dat dit niet heeft. Als je zo'n eGPU via Thunderbolt 3 aansluit, werkt deze wat de cpu betreft hetzelfde als een interne grafische kaart. Via de vier PCIe-lanes van de Thunderbolt-verbinding, stuurt de processor textures en rekenopdrachten naar de gpu. De beelden die hij daaruit rendert, geeft de grafische kaart op zijn beurt dan weer door aan een aangesloten monitor of hij stuurt ze als DisplayPortsignaal via de TB3-kabel weer terug naar het notebook, waar ze dan op het scherm verschijnen.
Als je voor zo'n set-up kiest, dan kun je de hele dag onderweg zijn met een lichte, mobiele pc met een lange accuduur, die zodra je thuis bent verandert in een stevige gamebak. Een al wat ouder gamingnotebook dat het allemaal niet meer kan bijbenen, kun je op deze manier weer nieuw grafisch leven inblazen. Of als je op kantoor een via OpenCL of CUDA versnelde renderopdracht via de externe kaart laat uitrekenen, kun je vervolgens het
voltooide project op je elegante notebook meenemen en aan klanten tonen.
Een andere manier om zo'n kastje te gebruiken, waar je wellicht niet meteen aan zou denken, is als snelle opslaguitbreiding door er een NVMe-ssd in te plaatsen.
Je kunt eGPU-behuizingen krijgen waar al een kaart is ingebouwd of je koopt ze zonder kaart, zodat je zelf kunt uitkiezen wat je erin stopt. De lege behuizingen zijn verkrijgbaar van zo'n 200 tot 500 euro, modellen met grafische kaart zijn er vanaf 450 euro.
Voorwaarden
Of je nu een laptop, NUC of all-in-one-pc hebt, om een externe grafische kaart te kunnen gebruiken moet er een Thunderbolt 3-poort op je systeem zitten. Die poort kun je herkennen aan het bliksemschichtsymbooltje. Met name de duurdere notebooks van de afgelopen twee jaar hebben zo'n poort, plus enkele all-in-ones en sommige nieuwere Macs. De ovale aansluitingen lijken identiek te zijn aan USB-C-poorten, maar zijn toch echt anders. Afhankelijk van de leeftijd van het systeem is er misschien een firmware-update van de Thunderbolt-controller nodig en moet je wellicht een nieuwe driver downloaden. Beide vind je bij Intel. De software moet ook een beetje meewerken, om te beginnen het besturingssysteem. Bij een pc met Windows 10 zit je goed. Ook heb je de nieuwste grafische drivers nodig met optimalisaties voor specifieke games en bugfixes. De rest regelt de Thunderbolt-firmware van de aangesloten apparaten. Informatie over het gebruik van eGPU's met een Mac lees je in het kader hieronder.
Dezelfde verschillen
In de basis verschillen de eGPU-behuizingen nauwelijks: binnenin zit een printplaat
met een PCIe-3.0-poort die als een x16poort is uitgevoerd, maar slechts vier lanes heeft.
Enkele ventilators in de behuizing zorgen voor de luchtaanvoer en een PCIevoedingskabel voor de nodige energie. De eerste verschillen worden duidelijk: de Zotac Amp Box Mini heeft alleen een voedingskabel met zes polen, wat maar genoeg is voor een GeForce GTX 1060. De meeste andere hebben twee stekkers met acht polen, waardoor ze geschikt zijn voor zwaardere grafische kaarten tot aan een GeForce TX 1080 Ti – als de netvoeding daar tenminste genoeg stroom voor levert. De voeding zit bij de meeste behuizingen ingebouwd, alleen de Asus, de Sonnet Puck en de Zotac hebben een externe voeding.
Via USB Power Delivery kan ook een aangesloten netbook van stroom worden voorzien en opgeladen, waarbij aan het ene eind van het spectrum de Sonnet eGFX Breakaway Box 15 watt levert en aan de andere kant de Gigabyte tot maar liefst 100 watt kan leveren. De behuizingen moeten ook ruimte kunnen bieden aan heel lange of brede grafische kaarten. In de meeste behuizingen passen kaarten met een lengte van maximaal 30 cm, alleen bij de modellen van Gigabyte en Zotac mag de kaart maximaal 17 cm lang zijn. De grafische kaart in de Puck van Sonnet kan niet worden vervangen.
Sonnet richt zich uitsluitend op de kerntaak om een grafische kaart te huisvesten. De andere apparaten hebben ook usb-aansluitingen en sommige hebben zelfs een gigabit-ethernetaansluiting.
Snel koppelen
In het dagelijkse gebruik werken de eGPUbehuizingen zoals je het je voorstelt: inpluggen, even wachten, klaar. De eerste keer dat je een behuizing aansluit, moet je wel even wat doen. Afhankelijk van de BIOSinstellingen van de fabrikant verschijnt er een pop-up waarin je het Thunderbolt-apparaat als betrouwbaar moet kenmerken. Als de pop-up niet verschijnt, klik dan met de rechtermuistoets op het Thunderboltsymbool op de Taakbalk. Daarmee opent vervolgens dezelfde dialoog. Daarmee kun je instellen of je het Thunderbolt-apparaat voortaan altijd vertrouwt, dat dit telkens weer opnieuw gevraagd moet worden of dat het apparaat permanent moet worden geblokkeerd.
De drivers voor de grafische kaart bieden extra informatie wanneer zij een eGPU vinden. Ze geven zowel bij AMD als Nvidia aan welke programma's op een bepaald moment de grafische kaart benaderen. Indien het systeem meerdere gpu's van Nvidia gebruikt, bijvoorbeeld in het geval van een gamingnotebook waar een eGPU aan hangt, dan besluit de driver zelf aan welke grafische processor hij de opdracht toewijst. In dit venster kun je de eGPU ook loskoppelen. Dat is niet noodzakelijk, maar wel de netste oplossing, want de driver waarschuwt je dan indien er nog een bepaalde applicatie actief is op de externe grafische kaart.
Er traden wel enkele tegenstrijdigheden op die mogelijkerwijs aan onze testopstelling toe te schrijven zijn. Het lukte ons bijvoorbeeld niet om een scherm aangesloten op een eGPU met Nvidia-kaart als
enige display te gebruiken, als dit verbonden was met een Intel NUC of een moederbord met Thunderbolt-3-aansluiting. De monitor bleef zwart, want blijkbaar wilde de NUC alleen booten als hij direct met het scherm verbonden was. Met een AMD Radeon lukte dit op zich wel, maar dan waren de drivers af en toe van mening dat er ook nog een vga-scherm was aangesloten, waardoor sommige vensters dan in het niets verdwenen.
Energieverbruik
De grotere behuizingen bieden genoeg ruimte voor grafische zwaargewichten zoals de Radeon RX Vega 64 en de GeForce GTX 1080 Ti, maar op een gegeven moment bereik je een punt waar de prestatiewinst niet meer in verhouding staat met de hoge kosten. Er zijn namelijk twee factoren die een eGPU kunnen afremmen.
Enerzijds kan de verbinding tussen de pc en de grafische kaart een bottleneck vormen. Nominaal kan Thunderbolt 3 gegevens verplaatsen met een maximale snelheid van 40 Gb/s in beide richtingen. De grafische kaart krijgt echter geen exclusieve toegang tot de volledige bandbreedte. Een deel daarvan is gereserveerd voor DisplayPort-signalen die ook via de TB3-kabel lopen, ook als er een dedicated grafische kaart wordt gebruikt. Aangezien de gpu via PCIe 3.0 x4 aangesloten is, blijft er van de theoretische 4 GB/s in de praktijk
ongeveer 2,8 GB/s over. Dit beeld werd bevestigd in een test met de Corsair NX500 en Samsung ssd 970 Pro NVMe-ssd's (zie c't 6/2018, pagina 23). Beide werden bij het lezen afgeremd door de Thunderboltlimiet (maximaal 4 PCIe-lanes) van 2,8 GB/s.
Hoeveel 3D-prestatie er verloren ging, konden we achterhalen door de grafische kaarten van AMD en Nvidia in het PEG-slot te stoppen van het Asus Z170 Premium moederbord en dit aan een anatal gamingbenchmarks te onderwerpen. Aansluitend hebben we de metingen dan herhaald met dezelfde kaarten in een eGPU-behuizing met TB3-verbinding. We hebben die tests gedaan met een Intel Core i5-6600 quadcore cpu.
Uit onze tests bleek daarbij dat de game-engine in hoge mate bepalend is voor het resultaat. Bij Assassin's Creed: Origins draaiden de kaarten via Thunderbolt 3 op 66 procent van hun volle vermogen (Full HD, detailinstellingen op hoog). Bij Deus Ex: Mankind Divided (Full HD, detailinstellingen op zeer hoog) was het resultaat gemengder. Hoe krachtiger de grafische kaart was, des te meer deze aan prestaties inboette. Met name AMD werd hierdoor getroffen: bij een Radeon RX 570 daalde de framerate naar 33 fps, waardoor het spel bijna onspeelbaar werd. Dit gebeurde zelfs bij een Radeon RX Vega 56. Dat komt neer op maar 38 procent van de maximale 3D-prestaties. De Nvidia GeForce GTX 1060 en hoger haalden daarentegen framerates tussen 53 en 56 fps.
Door deze resultaten denk je in eerste instantie dat zo'n eGPU weinig zinvol is. Anderzijds zou je deze games zonder een externe videokaart helemaal niet op een notebook kunnen spelen, al helemaal niet op de hoogste detailinstellingen.
Overigens maakte het bij de notebooks nauwelijks uit of het beeld op een apart scherm werd weergegeven of op het scherm van het notebook. Hoewel in dit laatste geval de gegevens een retourreis maken van de cpu naar de externe kaart en dan weer terug naar het interne scherm, maakte dat bij onze metingen in Full HD maar een tot twee fps uit.
Een andere mogelijke afremmende factor is de processor. Bij veel games halen de grafische kaarten pas alles eruit wat erin zit in combinatie met een quadcoreprocessor. Sommige games starten niet eens als ze geen vier fysieke kernen vinden – waarbij hyperthreading dan helaas niet meetelt.
Het goede nieuws is dat pure GPGPUberekeningen zich niets aantrekken van de koppeling en niet van de cpu. LuxRender, Blender en vergelijkbare benchmarks profiteren dus zonder meer van een krachtigere gpu, waarmee je een aangesloten notebook dus ook prima kunt omtoveren tot een OpenCL-versneld werkpaard.
Luid, stil, zuinig, gulzig
Uiteraard wil je dat een behuizing die ergens vlak bij je op het bureau staat, zo stil mogelijk is. Op z'n minst wanneer de grafische kaart even niets te doen heeft. De meeste fabrikanten lijkt dit echter niet zo te interesseren: de ventilators van de meeste behuizingen staan met 1 sone voor zich uit zoemen, ook als ze niets aan het doen zijn. Bij belasting bleven alleen de Asus, PowerColor, HP en de Sonnet Puck in de buurt van 1 sone. De rest gaat flink te keer, met pieken tot 3,7 sone.
Je zou ook weinig opschieten met een eGPU-behuizing die stil blijft, terwijl de grafische kaart die er in zit te heet wordt waardoor hij zichzelf afremt om koel te blijven. Dit was het geval bij de HP Omen Accelerator. Anderzijds wil het nog niet zeggen dat een behuizing die veel herrie maakt, ook automatisch goed koelt, zoals bij de Zotac-box bleek. Deze hadden we anders dan bij de overige behuizingen voorzien van een Zotac GeForce GTX 1060 Mini. Onder voortdurende zware belasting bereikte deze zijn thermische grenzen, terwijl hij ook een flinke bak herrie produceerde. De kaart kon uiteindelijk niet eens zijn hoogste kloksnelheid-boost behalen.
Het energieverbruik bij volle belasting zat bij alle behuizingen – met dezelfde kaart – ongeveer op hetzelfde niveau. Idle waren er alweer verschillen. Ook terwijl het gekoppelde notebook idle draaide of op stand-by stond, verbruikten de apparaten van Akitio, Gigabyte en PowerColor nog tussen de 6,5 en bijna 10 watt. De Akitio Node Pro slurpte zelfs onverstoord door wanneer er helemaal geen Thunderboltverbinding was. Het voordeel is wel weer dat je bij de Akitio en PowerColor de voeding met een schakelaar uit kunt zetten en daarmee tot zuinigheid kunt dwingen.
Conclusie
Externe grafische behuizingen richten zich op een specifieke doelgroep. Ze bieden mogelijkheden die zonder externe versterking niet te realiseren zijn. In de praktijk werken eGPU's verrassend makkelijk. Als je ze niet continu in- en uitplugt en tussendoor ook nog eens van grafische kaart wisselt, heb je er weinig problemen mee.
Een notebook met lage prestaties krijg je ook met een eGPU niet op een high-end niveau. Maar met de juiste grafische kaart draaien games in Full HD op een hoog detailniveau soepel, mits de processor ook enigszins presteert. Ze munten uit als GPGPU-versneller, dan is de relatief trage transferrate van Thunderbolt 3 ten opzicht van met PCIe 3.0 x16 geen hindernis.
Als je op zoek bent naar meer 3D-prestaties, kun je een gamingnotebook overwegen. Goede aanbiedingen met quadcore-cpu's en een GeForce GT 1050 zijn er voor rond de 1100 euro, modellen met een GeForce GTX 1060 vanaf 1600 euro. Of je gaat voor een gewoon notebook en een aparte gaming-pc, zoals een van onze bouwvoorstellen [1,2]. Uiteindelijk kom je dan op hetzelfde bedrag uit.
Als pure grafische uitbreiding slaat de Asus XG Station Pro het beste figuur. Hij neemt relatief weinig ruimte in beslag op je bureau. Gigabyte biedt het gunstigste pakket: voor 650 euro inclusief grafische kaart is de AORUS GTX 1070 Gaming Box een koopje. Alleen is hij niet stil te krijgen, ook idle niet. Dankzij de usb-poorten kun je hem ook gebruiken als dockingstation voor desktopgebruik.
De PowerColor Gaming Station met ethernetpoort doet dit ook en blijft relatief stil. Als je hem niet gebruikt, kun hem wel beter uitzetten, anders blijft hij continu flink energie verbruiken. (ddu)