Этой публикацией мы открываем серию статей, посвящённых практическим аспектам использования видеокарт для ускорения задач по перебору паролей. Энергопотребление — один из важнейших факторов при выборе видеоускорителя для работы в режиме 24х7. В этой статье мы сравним скорость перебора паролей на ряде моделей видеокарт и определим самые энергоэффективные модели. Кроме того, впервые участником тестирования стала мощная видеокарта NVIDIA RTX 3070 Ti в редакции Founders Edition.

От чего зависит энергоэффективность видеокарт

Об использовании видеокарт для ускорения подбора паролей мы писали не раз и не два. В статье Казалось бы, при чём тут Bitcoin? Ломаем пароли на том, что осталось от майнеров мы поделились опытом использования бюджетных ускорителей, а в недавней статье Перебор паролей на картах NVIDIA RTX рассказали об использовании видеокарт NVIDIA RTX актуального и предыдущего поколений, попытавшись определить самые выгодные карты по соотношению цена/производительность.

В сегодняшнем исследовании мы рассмотрим, как соотносятся скорость видеокарты и её энергопотребление. Забегая вперёд, зависимость здесь нелинейная и достаточно необычная.

От чего зависит энергопотребление видеокарты и почему при прочих равных более «горячая» карта выдаёт более высокую производительность? На производительность влияет несколько факторов. В их число входит архитектура и технологический процесс, по которому выполнен конкретный GPU (карты разных поколений при схожем потреблении могут различаться по производительности); тип кристалла (на этом подробно останавливаться не будем, но, к примеру, видеокарты NVIDIA RTX 3060 Ti, 3070 и 3070 Ti основаны на одном и том же кристалле, а 3080 — на другом); частоте работы графического процессора; наконец, в количестве вычислительных блоков.

Видеокарты способны выполнять некоторые простейшие целочисленные операции в десятках и сотнях потоков одновременно – но лишь для некоторых специфических видов вычислений, в число которых входит вычисление многих видов хэш-функций, которые, в свою очередь, применяются для преобразования текстового пароля в двоичный ключ шифрования. Большое количество вычислительных блоков (CU, Compute Unit) в видеокарте позволяет эффективно распараллелить нагрузку, достигнув подавляющего превосходства над обычным центральным процессором. В то же время большее количество задействованных вычислительных блоков в рамках одного и того же типа кристалла приводит к линейному росту производительности — но и к линейному росту энергопотребления. А вот зависимость частоты графического процессора и его энергопотребления нелинейна: в тестировании видеокарты NVIDIA RTX 3090 Ti снижение максимального энергопотребления с 480 до 300 Вт (то есть, в 1.6 раза) привело к падению скорости всего на 13%. С тестированием можно ознакомиться по ссылке Cool flagship instead of fusion reactor: the GeForce RTX 3090 Ti turns the efficiency list upside down with a 300-watt throttle and beats the Radeons | igor’sLAB.

Тестирование энергоэффективности видеокарт

С одной стороны, в сети достаточно тестов видеокарт. С другой — практически никто не использует перебор паролей в качестве одного из бенчмарков. Мы протестировали ряд видеокарт актуального и предыдущего поколений. Помимо ранее изученных видеокарт, одним из участников тестирования стала мощная видеокарта NVIDIA RTX 3070 Ti в редакции Founders Edition. Максимальная потребляемая мощность этой видеокарты — впечатляющие 290 Вт; в большинстве обзоров её называют «неэффективным аутсайдером с высоким энергопотреблением». Проверим, насколько такая оценка соответствует действительности в сравнении с другими моделями.

Участники тестирования и их паспортное максимальное энергопотребление:

Все видеокарты, за исключением RTX 2070, были протестированы в системе на основе процессора Intel Core i9-12900K. Модель RTX 2070 установлена в рабочей станции с процессором Intel Core i5-8500. На результаты тестирования видеокарт центральный процессор влияет в минимальной степени, поэтому мы сочли результаты теста корректными.

Результаты тестирования

Использовав в качестве тестовой нагрузки Elcomsoft Distributed Password Recovery, мы получили следующие результаты (цифры — число паролей в секунду, которые программа может перебрать на указанной аппаратной конфигурации).

Перебор паролей к архивам ZIP вопросов не вызывает; скорость атаки напрямую зависит от мощности видеокарты, рост производительности — практически линейный.

Архивы 7Zip демонстрируют аналогичный тренд — с поправкой на большее число итераций хэш-функции, использующихся для конвертации пароля в ключ шифрования:

На хэш-функции SHA-256 цифры для карты RTX 2070 выбиваются из общего ряда. Точного объяснения этому факту у нас нет; дело может быть как в различиях в архитектуре тестируемых видеокарт, так и в том, что тестирование проводилось на разных компьютерах.

Таблица энергоэффективности

С учётом того, что в разных бенчмарках относительная производительность протестированных устройств различается (иногда — в несколько раз), а форматов файлов, которые не вошли в состав тестирования, и вовсе несколько сотен, дать универсальную оценку энергоэффективности видеокарт не удастся. По этой причине в качестве отправной точки мы выбрали тест WinZip/AES256 как один из наиболее прозрачных и оптимизированных для каждой платформы. Для оценки потребляемой мощности использовались паспортные данные соответствующих видеокарт.

Отсортируем чипы по энергоэффективности (производительность на ватт):

Признаться, результаты стали довольно неожиданными. Самая медленная видеокарта, модель NVIDIA Quadro T600 из «профессиональной» линейки, стала и самой энергоэффективной.  Связано ли это с «удушением» установленного процессора или профессиональные карты обладают повышенной энергоэффективностью в принципе? Точно сказать не можем за отсутствием данных, но обзор серверной видеокарты NVIDIA A5000 говорит о высокой эффективности подобных решений.

Удивила и самая быстрая из протестированных видеокарт, NVIDIA RTX 3070 Ti, являющаяся, по мнению многих обозревателей, «неэффективным аутсайдером с высоким энергопотреблением». Высокое энергопотребление? Да. Аутсайдер? Нет: на наших задачах карта обходит по энергоэффективности модели NVIDIA RTX 3060 и 3050, к эффективности которых претензий особо не возникает.

Продолжение следует

Эта публикация — первая в серии статей, посвящённых энергопотреблению и энергоэффективности задач перебора паролей. Сегодня мы рассмотрели лишь один аспект — мощность видеокарт относительно их производительности. Однако потребляемые ватты превращаются в тепло, которое необходимо выводить из корпуса компьютера. Установка нескольких видеокарт накладывает жёсткие ограничения на все компоненты системы от корпуса и вентиляции до блока питания. Наконец, используемые в разных моделях видеокарт системы охлаждения имеют свои преимущества и недостатки, о которых мы расскажем в следующей статье.