Nvidia Geforce 425.33 im Test: Raytracing jetzt auch für Pascal-GPUs [Update: April, April?]

Update vom 2. April: Der 1. April 2019 brachte einige mehr oder minder skurrile Scherze hervor. Und auch Sie, werte PCGH-Leser, wurden Zeuge - im Rahmen des vorliegenden Artikels. Dieses Jahr machten wir es Ihnen besonders schwer, die subtilen Hinweise offenbarten sich nur besonders aufmerksamen oder grundsätzlich skeptischen Lesern. Neben mehreren Verweisen auf den 1. April und der markanten Zahl 13_37 des Treiber-Branch war es vor allem der von uns frei erfundene Codename "Capriccio", welcher Aufschluss über den Scherz gab. Die Wikipedia erläutert den Wortsinn folgendermaßen: "Als Begriff der Kunsttheorie bezeichnet es den absichtlichen, lustvollen Regelverstoß, die phantasievolle, spielerische Überschreitung der akademischen Normen, ohne die Norm außer Kraft zu setzen."

Falls Sie uns auf den Leim gegangen sind, wird Sie das Folgende gewiss freuen. Der PCGH-Aprilscherz 2019 folgt der Tradition vergangener Jahre, sprich: Alles, was wir zum Thema Software-Raytracing sagten, ist wahr. Nvidia wird tatsächlich in Kürze einen entsprechenden Treiber veröffentlichen, allein der genaue Termin ist unbekannt. Auch einen Geforce 425.xx gibt es bereits. Außerdem ist jeder einzelne Messwert authentisch, wir haben für den Aprilscherz tatsächlich frische und bisher einzigartige Benchmarks angefertigt. Wie das, wo es gar keinen Pascal-Raytracing-Treiber gibt? Auch dieses Rätsels Lösung erwähnen wir am Rande im Text: Zum Launch der Geforce RTX 2070 gewährte Nvidia der Presse Zugang zu einer aktualisierten Version der Star Wars Reflections (Elevator) Demo. Bei dieser handelt es sich um die derzeit einzige Applikation, bei der Nvidias Treiber Software-Raytracing-Support anbietet. Eine Vorschau, sozusagen - und als solche war der "Aprilscherz mit Mehrwert" gedacht. Wir haben die Wahrheit nur maskiert und ausgeschmückt. Zeit für die Auflösung des Benchmarkrätsels.

Tatsächlich zeigt der Benchmark nicht Battlefield 5 "Tirailleur" mit DXR Ultra, sondern Star Wars Reflections. Aufmerksame Leser hinterfragten die getestete Auflösung, welche wir zum Erhalt der Immersion ausnahmsweise verschweigen mussten. Hier waren wir aus technischen Gründen gezwungen etwas zu tricksen. Ist eine Turing-RTX-Grafikkarte (Geforce RTX 20) installiert, wendet die Demo automatisch DLSS an, ohne dass der Nutzer etwas daran ändern kann. Rendert hingegen ein Pascal-Modell, steht DLSS mangels Tensor-Kernen nicht zur Verfügung, weshalb das Geschehen in nativer Auflösung mit Temporal-AA läuft. Da DLSS bekanntlich die interne Auflösung reduziert und anschließend aufwendig hochrechnet (Upscaling), wäre ein 1:1-Vergleich unfair. Die (inoffizielle) Erkenntnis, dass DLSS in Ultra HD in einer internen WQHD-Auflösung mündet, führt zu unserer Entscheidung für die Benchmarks: Turing-Grafikkarten rendern in 2160p + DLSS, Pascal-Modelle mit 1440p + TAA. Der Rechenaufwand ist ergo nicht identisch, aber fair genug, um den Vergleich anzustellen. Eine freie Auflösungswahl, etwa zu Full HD, besteht leider nicht.
Quelle: PC Games Hardware Star Wars Reflections Demo: Der wahre Benchmark für den PCGH-Aprilscherz 2019 Die Benchmarks zeigen tatsächlich die Performance von Turing (Hardware-Raytracing) vs. Pascal (Software-Raytracing).Die Benchmarks zeigen also tatsächlich die Performance von Turing (Hardware-Raytracing) vs. Pascal (Software-Raytracing). Die erzeugte Last darf zu Recht als Worstcase bezeichnet werden, denn die Star-Wars-Demo sollte in erster Linie beeindruckend aussehen und Nutzen aus der neuen Technik ziehen. Das gelingt ihr zweifellos, wenngleich die Szenerie kompakt ist, um die Hardware nicht zu überfordern. Auch die genutzte Auflösung stellt hohe Ansprüche, da es sich bei Raytracing um Pro-Pixel-Berechnungen handelt. Je mehr Pixel, desto anspruchsvoller ist das Geschehen. Da Reflections - passend zum Namen - mit Reflexionen um sich wirft, kann man von einem Vollbild-Effekt sprechen. Spiele, welche Raytracing selektiver einsetzen (etwa für Schatten in Tomb Raider), stellen geringere Ansprüche.

Der Star-Wars-Benchmark ist somit eine authentische, web-weit exklusive Vorschau auf das, was in Kürze offiziell kommt. Damit das besser klappt als gestern, haben wir die absichtlich falsche Bezeichnung "Battlefield 5" im Benchmark unten gegen die korrekte ausgetauscht. Die Spielepraxis wird, gerade in Full HD und bei reduzierter Raytracing-Präzision, auf Pascal besser laufen. Für den Moment ist klar und nachvollziehbar, dass flächendeckendes, relativ präzises Hybrid-Raytracing nur mit dedizierten Hardware-Einheiten zu stemmen ist.

Passend zum Thema die früheren PCGH-Aprilscherze mit Mehrwert:
- Nvidia Titan Y im Test
- Sapphire Atomic Radeon HD 7870 im Test

Original-Artikel vom 1. April 2019: Raytracing und KI-gestütztes Anti-Aliasing: Darum dreht sich bei Nvidia alles seit der Turing-Vorstellung im August 2018. Nun, ein gutes halbes Jahr später, ziehen tatsächlich einige Spiele nutzen aus den neuen Funktionen. Neben Battlefield 5 und Metro Exodus ist neuerdings auch Shadow of the Tomb Raider in der Lage, von via Raytracing berechneten Effekten zu profitieren. Die Grundvoraussetzung dafür ist eine Grafikkarte der Geforce-RTX-20-Reihe - bis heute. Noch im März hat Nvidia ein Treiber-Update für den April versprochen, das Raytracing auch auf Pascal Senior freischalten soll.

DLSS-Bildglättung und weitere Funktionen, welche auf den Tensor-Kernen der Turing-Architektur (RTX 20) aufbauen, sind ausdrücklich ausgenommen. Der neue Treiber widmet sich ausschließlich Raytracing-Funktionalität - DLSS, Adaptive Shading und weitere Turing-Kniffe bleiben entsprechenden Grafikkarten vorbehalten.

Geforce 425.33: Pascal goes RTX

Mit dem Geforce 425.33, welcher sich ausdrücklich im Beta-Stadium befindet, lösen die Kalifornier ihr Treiber-Versprechen schneller ein als erwartet. Selbstverständlich programmiert Nvidia nicht erst seit gestern an dem Code, die Basis befindet sich seit Jahren im Treiber, allerdings losgelöst vom wesentlich später eingeführten DXR-Standard innerhalb von DirectX 12. Nvidia gibt an, seit gut zehn Jahren an Raytracing zu forschen; die erste ernsthafte Umsetzung mit partieller Hardware-Unterstützung erfolgte schließlich 2017 mit dem Volta GV100. Dieser diente vielen Entwicklern als Testschlitten, um Raytracing-Algorithmen zu entwickeln und ist nach wie vor als HPC-Beschleuniger am Markt.

Forschung und Entwicklung spielen sich gewöhnlich hinter geschlossenen Türen ab. Mittlerweile ist Raytracing, das Nvidia zusammen mit weiteren Funktionen als RTX vermarktet, mit der Turing-Architektur im Massenmarkt angekommen - sofern man die Preishürde von rund 350 Euro bis hinauf zu 2.700 Euro (RTX 2060 bis Titan RTX) so bezeichnen möchte. Obwohl Nvidia angibt, dass sich die Turing-RTX-Grafikkarten blendend verkaufen, ist die RTX-Hardware-Basis gemessen am Gesamtmarkt verschwindend gering. Damit eine Funktion für Entwickler richtig interessant wird, muss das Fundament wesentlich breiter aufgestellt sein, was Nvidia natürlich bewusst ist. Nach Monaten der Treiberoptimierung, bei der die RTX-Hardware im Fokus stand, ist die Software mittlerweile reif genug, um weitere Aufgabenfelder zu stemmen.
Quelle: PC Games Hardware Geforce 425.33 BETA: Pascal RTX Raytracing Driver Dies setzt Nvidia mit dem neuen Treiber-Branch R420 (interner Codename "Capriccio") um, welcher einen Software-Fallback für RTX/DXR implementiert, um Raytracing auch auf Pascal-GPUs zu ermöglichen. "Fallback" bedeutet im Fachjargon stets, dass man Berechnungen nicht so durchführt, wie man sie normalerweise angeht - sondern über Umwege. Im aktuellen Kontext bezieht sich der Fallback auf die Art der Recheneinheiten: Bei Turing (RTX 20) erfolgt die Strahlenverfolgung im Raum über spezialisierte Rechenwerke, die RT-Cores. Bei Pascal (und Volta) fehlen diese Einheiten im Chip. Da die stattdessen reichlich vorhandenen Shader-ALUs hochflexibel programmierbar sind, können diese für die Arbeit eingespannt werden. Genau das passiert nun mit dem Geforce 425.33 BETA: Pascal-GPUs, welche millionenfach verkauft wurden, werden Raytracing-tauglich und verbreitern die Hardware-Basis somit über Nacht.

Bereits vor Monaten gewährte man häppchenweise eine Vorschau auf "Software-Raytracing". Da wäre der Launch der Geforce RTX 2070 zu nennen, anlässlich dessen man die sehenswerte Demo Star Wars Reflections auch auf Pascal betreiben konnte - zumindest Pressevertreter, denn der Echtzeit-Kurzfilm ist aus Urheberrechtsgründen nicht offientlich zugänglich. Einen etwas größeren Rummel erzeugte die Erkenntnis zum Jahreswechsel, dass eine Titan V mit Volta-GV100-Prozessor spielbare Bildraten bei Battlefield 5 mit Raytracing erzielen kann - obwohl Volta keine RT-Cores besitzt. Dies war ein weiterer Vorgeschmack auf den heutigen Tag: Raytracing-Berechnungen mithilfe der FP32-ALUs. Nun ist Pascal an der Reihe.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce 425.33 im Test: Raytracing jetzt auch für Pascal-GPUs (10)

Raytracing-Exkurs: Spezialisierte vs. generalisierte Einheiten

Nvidias Errungenschaften im Laufe der Jahre lassen sich mit zwei Worten zusammenfassen: Software-Algorithmen und dedizierte Hardware-Einheiten. Letztere, die RT-Cores, halten mit Turing Einzug. Bei diesen Raytracing-Kernen handelt es sich um Fixed-Function-Units, spezialisierte Einheiten, die sich primär um die Nachverfolgung der Strahlen kümmern. Ihre Aufgabe ist es, festzustellen, welche Strahlen wo auf Objekte und somit Polygone stoßen - es gilt sprichwörtlich, eine "Nadel" im Polygonhaufen zu finden. Auch dabei kommt eine Vereinfachung zum Einsatz: Anstatt einer pixelweisen, sehr zeitaufwendigen Suche des Polygons wird der Raum zunächst in größere Würfel aufgeteilt, die mithilfe effizienter Algorithmen schneller Aufschluss über darin enthaltene Polygone geben. Vereinfacht gesagt schaut man zunächst in eine große Kiste, die vom Strahl im ersten Schritt getroffen wurde. In dieser Kiste befinden sich weitere, immer kleinere Kisten. Nach einigen Schritten hat man das entsprechende Polygon relativ schnell gefunden und kann mit dem Shading beginnen, während eine pixelweise Suche womöglich immer noch keine Referenz zu diesem Polygon ergab. Wer's genauer wissen will, füttert eine Suchmaschine mit dem Begriff "Bounding volume hierarchy" (BVH).

Diese Arbeit lässt sich auch "in Software" erledigen, also ohne spezialisierte Hardware-Einheiten, sondern mithilfe der generalisierten Shader-ALUs. Nvidia gibt an, dass durchschnittlich mehrere Tausend Instruktionen pro Strahl anfallen, sodass konventionelle Rechenwerke verhältnismäßig lange für das BVH traversal und anschließende Shading benötigen. Turing entschärft das Problem nicht nur mithilfe der RT Cores, sondern auch auch durch höhere Parallelität: RT Cores und Shader-ALUs arbeiten Hand in Hand. Letztere feuern die Strahlen ab, die RT-Kerne übernehmen die schnelle Lokalisierung der Polygone, die ALUs das anschließende Shading - und so weiter, und so fort.

Daraus ergibt sich die von Nvidia genannte Leistungsdifferenz zwischen Turing und Pascal (RTX 2080 Ti vs. GTX 1080 Ti) - Faktor 10 -, da pro Gigaray rund 10 TFLOPS an Rechenleistung aufgewendet werden müssen. Wir werden sogleich in den Benchmarks klären, ob sich die Realität mit dieser gewiss dramatisch gerechneten Zahl deckt.
Quelle: Nvidia (Screenshot: PCGH) Nvidia Geforce 425.33 im Test: RTX jetzt auch für Pascal-GPUs

RTX auf Pascal: Erste Benchmarks

Genug der Vorrede, Zeit für Benchmarks. Gegenstand dieses Artikels ist der Geforce 425.33, der erste von Nvidia herausgegebene Software-Raytracing-Treiber. Während sein Codename "Capriccio" nur im Reviewer's Guide genannt wird, ist für Geeks womöglich die interne Versionierung des Pressetreibers interessant: r420_13-37 - ganz eindeutig ein brandneuer Branch. Da uns der Geforce 425.33 erst am vorherigen Freitag zugänglich wurde, bleibt es zunächst bei einem kurzen Benchmarkausflug. Dafür haben wir uns das von Nvidia oft beworbene und bei PC-Spielern beliebte Battlefield 5 herausgepickt. Ebenfalls mit Raytracing auf Pascal nutzbar sind Metro Exodus und Shadow of the Tomb Raider - und zwar fehlerfrei, zumindest bei unseren breit gefächerten Stichproben. Bugs und Abstürze sind jedoch nicht ausgeschlossen, denn der Treiber steckt im Beta-Status. Laut Nvidia arbeite man weiter emsig am Code, Verbesserungen für die nahe Zukunft (und kommende Spiele) seien in der Mache.
Quelle: PC Games Hardware Battlefield 5 mit Geforce GTX 10: DXR, aber kein DLSS verfügbar Installieren Sie den Geforce 425.33 (und neuer) auf einer Geforce GTX 10, erblicken Sie neue Optionen in den RTX-fähigen Spielen. Je nach Titel dürfen Sie nun die ehemals unsichtbaren oder ausgegrauten DXR- respektive RTX-Effekte einschalten und deren Qualität wählen - wie bei den RTX-20-Karten auch. Das Look & Feel in den Spielmenüs ist identisch zu den Turing-Grafikkarten, sofern man von DLSS absieht. Dieses Feature benötigt die Tensorkerne und steht daher weiterhin nicht auf Pascal zur Verfügung.

Aber wie läuft Raytracing denn nun auf Pascal-Prozessoren? Im Falle unserer Stichprobe, Battlefield 5 am bewährten Schauplatz Tirailleur, lautet die Antwort leider: Nicht so gut, wie es sich optimistische Zeitgenossen erhofft hatten. Nvidias Aussage, dass es zwingend RT-Cores brauche, um pixelgenaues Raytracing performant abzubilden, wurde oft belächelt, entspricht im Ernstfall jedoch der Wahrheit. Beim Blick auf die Werte mit maximalen DXR-Raytracing-Details wischt selbst die Geforce RTX 2060 mit dem Pascal-Topmodell Titan Xp den Boden auf.

Zwischen Geforce GTX 1080 Ti und RTX 2080 Ti, jeweils werkseitig übertaktet, liegt eine Leistungsdifferenz von 221 Prozent oder, in anderen Worten, Faktor 3,2. Das ist weit entfernt von Nvidias Bestcase-Angabe (Faktor 10), allerdings trotzdem eindeutig. Dies ist nur eine erste Messreihe, um die Unterschiede aufzuzeigen. Weitere folgen schnellstmöglich.

Interessant ist außerdem die Power-Charakteristik beim Einsatz des Software-Raytracings. Während die Grafikkarten in "normalen" Spielen mit Vollzeit-Rasterisierung stets am Powerlimit operieren, werden die Probanden bei der Strahlenberechnung nicht voll ausgelastet. Das ist einerseits hörbar und spiegelt sich auch in den automatischen Boost wider: Der Takt aller Pascal-Grafikkarten bleibt auf hohem Niveau, was für eine schwache Gesamtauslastung spricht. Wir vermuten ein extremes ALU-Limit, da diese mit der Arbeit kaum hinterherkommen, während die übrigen Rechenwerke Leerlaufzyklen einschieben. Bei den Turing-RTX-Modellen fällt der Boost hingegen unterdurchschnittlich aus, da alle Einheiten voll ausgelastet werden. Je nachdem, welchen Stellenwert Software-Raytracing bei Nvidia einnimmt, könnte sich die Performance mit künftigen Treiberoptimierungen verbessern.

Der Geforce 425.33 BETA wird am 1. April ausgeliefert - mit einem kleinen Haken: Wie PC Games Hardware erst kurz vor Testschluss erfuhr, ist dafür das Tool Geforce Experience notwendig, da hiermit im gleichen Atemzug Profile ausgeliefert werden, welche RTX auf den Pascal-/GTX-10-Grafikkarten bestmöglich konfigurieren. Ob und wann der Treiber respektive seine Nachfolger regulär über die Nvidia-Website verfügbar sein werden, ist unbekannt.

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Nvidia Geforce 425.33 im Test: Raytracing jetzt auch für Pascal-GPUs [Update: April, April?] Der PCGH-Aprilscherz 2019 mit Mehrwert: Die Überraschung war groß, als Nvidia vor wenigen Tagen einen Kurswechsel verkündete: Eine der Kernfunktionen Turings - Raytracing - soll künftig auch auf den älteren Pascal-Chips lauffähig sein. Nun folgen auf die Worte Taten in Form des Geforce-Betatreibers 425.33 (Codename Capriccio), welcher den GTX-10-Modellen die Strahlenverfolgung beibringt. Hübsche Diashow oder echter Mehrwert?

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