Модернизация BIOS видеокарт Nvidia на архитектуре Kepler для майнинга на примере Tesla K40

Некоторые видеокарты Nvidia, выпущенные достаточно много лет назад, до сих пор обладают неплохими техническими характеристиками. Например, профессиональный графический ускоритель Tesla K40 имеет 12 GB видеопамяти, а Tesla K80 — 24 гигабайта!

С помощью майнера ethminer 0.19+ на видеокарте Tesla K40 при майнинге Ethereum в 2022 году на штатных настройках можно добиться хешрейта порядка 12-16 MH/s. При этом наблюдается полная загрузка видеоядра и очень слабая загруженность подсистемы видеопамяти. Следовательно, для увеличения хешрейта нужно разогнать до максимума графическое ядро.

К сожалению, средства, обычно использующиеся для разгона видеокарт Nvidia, например, программа nvidia inspector, либо MSI Afterburner в Windows, или утилита nvidia-smi в Linux, не всегда помогают выжать все соки из адаптеров Tesla K. Возможно, при использовании нужной версии драйверов возможность полноценного управления этими ускорителями становится доступной, но иногда проще воспользоваться другими средствами.

Для более полного раскрытия возможностей видеокарт часто помогает модификация их BIOS. В случае использования видеокарт Tesla K можно попробовать раскрыть их потенциал с помощью программы KeplerBiosTweaker.

Модификация BIOS видеокарт Nvidia с архитектурой Kepler программой KeplerBiosTweaker

Процесс модификации BIOS видеокарт заключается в выполнении нескольких шагов:

• производится извлечение и сохранение резервной копии BIOS видеокарты;
• с помощью специальной программы или HEX-редактора производится модернизация микропрограммы BIOS;
• новая версия BIOS прошивается в видеокарту, производится перезагрузка системы, после чего графический адаптер должен радовать пользователя новыми возможностями.

Иногда к этим шагам необходимо добавить дополнительные действия, например, разблокировать возможность прошивки, применить патч драйверов и т.д.

При неудачной прошивке может потребоваться программатор или загрузка компьютера с другой, заведомо исправной картой в качестве основной, с последующим восстановлением прошивки испорченного адаптера.

Для видеокарт с ядром Kepler модернизация и прошивка vBIOS обычно происходит в три этапа, без описанных выше дополнительных действий.

BIOS любой видеокарты в Windows можно сохранить с помощью программы GPU-Z:

Для редактирования BIOS видеокарт Nvidia с архитектурой Кеплер в Windows можно использовать утилиту Kepler Bios Tweaker версии 1.27:

Эта программа позволяет осуществлять модификацию VBIOS графических адаптеров NVIDIA Kepler. К ним относятся видеокарты GeForce GTX 600-й серии, например, GTX 690, GTX 680, GTX 670, GTX 660, модели GeForce GTX 700-й серии, включая GTX 780 Ti, GTX 780, GTX 770, GTX 760, а также профессиональные ускорители Tesla серии K.

С помощью твикера BIOS можно изменить штатные частоты, на которых работает ядро и память видеокарты, отредактировать вольтаж, лимит Boost, режим работы вентиляторов и Power Limit.

У видеокарт Nvidia Tesla K40M используются следующие штатные установки BIOS:

Для майнинга можно увеличить значения TDP Base Clock, 3D Base Clock, Boost Clock и Memory Clock.

Точное значение частоты, на которой может работать видеочип разнится в зависимости от качества конкретного кристалла. Оценить разгонный потенциал чипа (в данном случае GK110) можно с помощью программы GPU-Z на вкладке Advanced – ASIC Quality (больше рейтинг — лучше):

Большинство видеочипов легко разоняется на 10-15%, поэтому для майнинга можно установить частоту TDP Base Clock/3D Base Clock и Boost Clock, равную 900-1000 MHz. Возможно, некоторые видеокарты смогут работать и на более высокой частоте, а некоторые не смогут взять и этого барьера. Если использовать производительную систему охлаждения, то теоретически можно увеличить вольтаж на ядре видеокарты Nvidia Tesla K40 и поднять его частоту еще выше (до1250 MHz).

Разгонный потенциал памяти видеоадаптера можно оценить исходя из маркировки установленных на видеокарте чипов. Так как память ускорителей Тесла К хорошо разгоняется программным способом с помощью утилит, перечисленных выше, корректировать значение Memory Clock в BIOS не обязательно. Тем не менее, для сведения к минимуму последующих операций по разгону, в BIOS можно увеличить штатную частоту VRAM на 5-10%.

Пример модифицированного для майнинга BIOS видеокарты Nvidia Tesla K40M (вкладка Common):

Кроме модификации значений частоты на вкладке Common, нужно:

• сдвинуть до того же значения ползунок частоты на вкладке Boost Table:

• отредактировать значения Max GPC  и Max SYS в колонке Boost States профиля P00 (выставить здесь частоту, соответствующую заданной ранее в Boost Table):

• сохранить модифицированный BIOS (кнопка Save BIOS As) и прошить его в видеокарту.

Прошивка модифицированного BIOS на видеокарту Nvidia

Прошить/скопировать модифицированную/исходную микропрограмму BIOS видеокарты Nvidia в операционных системах Windows, Linux и QNX можно консольной утилитой NVIDIA NVFlash. На компьютере с несколькими видеокартами предварительно нужно узнать номер прошиваемого видеоускорителя.

Вывести список подключенных адаптеров с помощью программы nvflash64 можно командой:

nvflash64 --list

Перед прошивкой карты в Windows нужно ее отключить в диспетчере устройств. Для прошивки файла BIOS под названием k40mod.rom в 64-разрядной Windows нужно использовать следующую команду (для видеокарты номер 1):

nvflash64 --index=1 -6 k40mod.rom

Программа покажет текущий BIOS (строка Current), а также версию новой микропрограммы (строка Replace with):

В Linux по команде

nvflash --index=1 -6 k40mod.rom

дополнительно отображается информация об установленной на видеокарте микросхеме флеш-BIOS:

Прошивка начнется сразу после нажатия кнопки подтверждения (буква «y» на английской раскладке):

При прошивке нужно быть внимательным, чтобы не прошить BIOS в другую видеокарту, так как после этого придется восстанавливать ее прошивку.

В Windows перед прошивкой BIOS нужно отключить видеокарту в диспетчере устройств.

Иногда прошивка заканчивается ошибкой Nothing changed (в данном случае была произведена попытка записи прошивки от Tesla K40M в видеокарту Nvidia GT730):

Если при прошивке BIOS в Windows появляется ошибка

ERROR: Falcon reset control is disallowed!

A system restart might be required before running the utility

нужно перезагрузить компьютер, а также проверить наличие ключа -6 в строке запуска nvflash.

Если это не помогает, то лучше использовать операционную систему с ядром Linux, используя программу nvflash и те же команды в режиме суперпользователя.

Что делать, если был испорчен BIOS видеокарты?

При экспериментах с BIOS нужно быть готовым к неудаче, которую в самых тяжелых случаях придется исправлять программатором, например, RT809F или ему подобным.

Перед прошивкой программатором, можно попробовать восстановить vBIOS путем загрузки компьютера с другой, исправной видеокартой в качестве основной. В этом случае процесс прошивки видеокарті с испорченным BIOS аналогичен процедуре, используемой для прошивки в системах с несколькими видеокартами.

При прошивке BIOS программатором, чтобы не заниматься выпаиванием микросхем с платы, удобно иметь переходник, подходящий для работы с чипами флеш-BIOS, например, Flash BIOS Chip Fixture Probe «Huarong» нужного размера:

Влияние модификации BIOS видеокарт Nvidia Tesla K40 M на майнинг Ethereum

До модификации BIOS графический ускоритель Nvidia Tesla K40M на алгоритме ethash при майнинге монет с небольшим DAG (100-я эпоха, например, TSF) обеспечивал хешрейт около 13.3 MH/s (ethminer 0.19, Windows 10, драйвер 472.12, 32 GB RAM):

Загрузка GPU и VRAM при майнинге на штатном BIOS:

После модификации BIOS (разгон ядра до 1006 МГц, память +200 МГц) эта же видеокарта стала майнить со скоростью 16-18 MH/s (рост хешрейта до 26%):

На алгоритме cn_gpu хешрейт вырос с 460 до 560 h/s (программа xmr-stack).

Дополнительно увеличить производительность видеокарт Tesla K в Windows можно, отключив error correction в программе NVIDIA Control Panel:

В операционных системах с ядром Linux безо всяких ухищрений прошитая видеокарта Тесла К40 выдает больше 19 MH/s (xubuntu 18.04, ethminer 0.19.0.10):

Учитывая солидный возраст адаптеров Nvidia Tesla K, хешрейт, достигнутый после доработки BIOS, не так уж и плох. Если произвести более тонкую подстройку параметров работы видеокарты, увеличить вольтаж и частоту ядра, можно добиться и лучшего результата…