Nvidia Titan X im Test: Der GP102, der keine (rasend schnelle) Geforce sein darf

Quelle: PC Games Hardware Nvidia Titan X: Im Titanen-Karussell

Von einer Titan X erwarten Spieler brachiale Performance, eine Speicherausstattung, die keine Wünsche offen lässt, und natürlich den Hauch inhärenter Exklusivität, welcher Produkten aus dem Hochpreissegment begleitet. Wir schauen uns die Titan X (Pascal) etwas genauer an und sagen Ihnen, ob sie eine würdige Trägerin des Titan-Namens ist.

Mit knapp 11 TFLOPS Rechenleistung aus 3.584 Shader-Rechenkernen bei nominellem Boost-Takt von 1.531 MHz, einer sorgenfreien Speicherausstattung von 12 GiByte GDDR5X mit 480 GB/s Transfergeschwindigkeit sowie Support für DirectX 12 FL12_1, modernen Display-Standards wie Display-Port 1.3/1.4 oder HDMI 2.0b inklusive Hochkontrastdarstellung (HDR) und vielem mehr bietet Nvidias Titan X (Pascal) den Stand des derzeit technisch Machbaren und schlägt die Geforce GTX 1080 im PCGH-Index um ziemlich genau 20 Prozent. Von AMD gibt es derzeit kein Konkurrenzprodukt, da die Radeon-Macher sich mit Polaris auf Einsteiger- und Mittelklasse-Bereich konzentrieren und die High-End-Architektur "Vega" in der ersten Hälfte 2017 erwartet wird. Dann soll auch HBM Gen 2 mit an Bord sein - auf das Nvidia bei den PCI-E-Steckkarten nach wie vor verzichtet.

Für die Titan X (Pascal) möchte Nvidia über seinen Webshop im Direktvertrieb 1.299 Euro sehen - inklusive Versand und exklusive der Möglichkeit, die Karte anderweitig außerhalb eines Komplett -PCs zu erwerben. Im Vergleich zur ebenfalls nicht besonders günstigen GTX 1080 Founders Edition sind das rund 65 % Aufpreis für knapp 24 % höhere Rechenleistung und ein 50 % größeres Speicherpolster. Gegenüber der humaner bepreisten GTX 1070, welche kürzlich die 400-Euro-Marke nach unten durchbrochen hat, zahlen Sie für +70 % Rechenleistung circa das 3,25-Fache.

PC Games Hardware hat einen von Mifcom zusammengestellten PC, den "Blackbox Titan X Mainframe" für 5.999 Euro zum Test erhalten, in dem neben anderen erlesenen Komponenten ein SLI-Gespann aus zwei Titan X (Pascal) vormontiert war. In Ermangelung eines Testmusters direkt von Nvidia haben wir uns aus diesem PC eine Karte für diesen Test ausgeborgt - den Test des Mifcom'schen Komplett-PCs lesen sie in den kommenden Tagen hier bei pcgh.de. Ebenso verzichten wir einstweilen auf einen SLI-Test - den wir bei Bedarf später nachreichen.

Titan X (Pascal) im Test: Keine Geforce

Die Nvidia Titan X (Pascal), wie das Desktop-Flaggschiff der Geforce-Macher offiziell heißt, muss auf den Namenszusatz Geforce GTX verzichten, um, so heißt es, die Ausrichtung an (semi-) professionelle Anwender zu unterstreichen. Wir waren darüber mindestens so erstaunt wie Sie - zumal quasi zeitgleich mit der Ankündigung die ersten Bilder auf dem Presse-FTP erschienen, die - wie auch die im Testlabor befindlichen Verkaufsexemplare - eindeutig noch den Geforce-GTX-Schriftzug zeigen: Einmal grün LED-hinterleuchtet an der Oberseite der Karte und einmal eingegossen auf der metallenen Backplate.

Schon zu Zeiten der ersten Titan-Karten, welche im Gegensatz zur aktuellen Titan X (Pascal) noch mit einer deutlich schnelleren Double-Precision-Leistung aufwarten konnte, wollte Nvidia nicht nur betuchte Gamer, sondern auch semi-professionelle Anwender mit der Karte erreichen. Die aktuelle Titan X soll dies mit der Unterstützung für INT8-Berechnungen erreichen, die durch das Zusammenpacken in Dot-Product-2 und -4-Bündel (dp2a, dp4a) einen zwei- respektive viermal so hohen Durchsatz erreichen wie die normalen FP32-Berechnungen. Speziell die Deep-Learning-Anwendungen, einer der Wachstums-Hoffnungsträger der Branche, kommt für das Anlernen (Training) und die Rückschlüsse (die sogenannte Inference) mit 16, teils sogar 8 Bit Rechengenauigkeit pro Komponente aus, ohne dass die Genauigkeit der Ergebnisse darunter leidet. Entsprechend erfreut sind Insider der Branche über den Support und die mögliche Beschleunigung durch die neue Grafikkarten-Generation.

Allerdings können auch die anderen "Gamer"-GPUs, die auf der GTX 1080, 1070 und 1060 zum Einsatz kommen, wie auch der GP102 der Titan X (Pascal) via Nvidias CUDA und sm_61-Funktionsebene auf diese Möglichkeiten zurückgreifen - auch hier also "nur" eine 1,5-fache GTX 1080.

Quelle: Nvidia Nvidia Titan X im Test: Der GP102, der keine Geforce sein darf (1) Auf der Habenseite stehen bei der Titan X nicht weniger als 3.584 Shader-Rechenwerke, organisiert in 28 Gruppen (Shader-Multiprozessoren, SM) und 6 GPCs (Graphics Processing Cluster). Dabei sind noch zwei SMs á 128 ALUs zugunsten der Ausbeute deaktiviert - der GP102-Chip verfügt insgesamt über 3.840 FP32-ALUs. Wie gehabt hängen an jeder ALU-Gruppe zwei Quad-TMUs, sodass sich die Gesamtzahl der Textureinheiten auf 224 beläuft. Über 96 Raster-Endstufen sind sechs 64-Bit-GDDR5X-Speichercontroller angeschlossen, welche den 10 GT/s schnellen und 12 Gigabyte großen Grafikspeicher unterstützt von 3 MiByte Level-2-Cache anbinden. Die Rechenwerke der GPU laufen dabei mit einem Basistakt von 1.417 MHz - 41% mehr als beim Titan-X-Vorgängermodell aber rund 12 Prozent weniger als bei der Geforce GTX 1080 mit gleicher Technologiebasis. Auch der GPU-Boost ist natürlich wieder mit an Bord und taktet die Karte abhängig von einem komplexen Schema aus Kerntemperatur, Auslastung und verfügbaren TDP-Budget in Spielen zumeist noch einmal deutlich höher. Nvidia gibt einen typischen Boost-Wert von 1.531 MHz an, mit dem die Karte auch unseren Testparcours durchlaufen hat.

Die gesamte GP102-GPU ist lauf Nvidia 471mm² groß und beherbergt rund 12 Milliarden Transistoren, welche beim taiwanischen Auftragsfertiger TSMC im 16-nm-FinFET-Prozess hergestellt werden.

Das Wissenswerteste über die Pascal-Architektur haben wir bereits im Test der Geforce GTX 1080 ausführlich zur Sprache gebracht, die technischen Daten finden Sie im Überblick in der folgenden Tabelle:

Titan X (Pascal) im Test: Die Karte im Überblick

Nach Geforce GTX 1080, 1070 und zwei Ausführungen der GTX 1060 ist die Nvidia Titan X die vierte Grafikkarte auf Basis der aktuellen Pascal-Architektur von Nvidia. Im Detail gibt es keine Überraschungen im Vergleich zu den bereits bekannten Consumer-Ablegern - grob betrachtet handelt es sich um eine GTX 1080 × 1,5.

Quelle: PC Games Hardware Titan X, Titan X, Titan Die Karte sieht der Geforce GTX 1080 bis auf die Farbgebung zum Verwechseln ähnlich. Die Länge ist mit 267 Millimetern identisch zur kleineren Schwester, ebenso die Ausstattung mit Display- und SLI-Anschlüssen. Sogar den via LED illuminierte Geforce-GTX-Schriftzug hat die Titan X (Pascal) mit der Geforce GTX 1080 gemein - obwohl sie laut Nvidia doch gar keine Geforce sein soll und sich auch gegenüber dem Treiber als "Nvidia Titan X (Pascal)" meldet. Auch die größtenteils in schwarz gehaltene Kühlerverschalung aus Alu-Druck-/Spritzguss ("Die Cast") sowie der Schriftzug "Titan X" unterscheidet sie von der bisherigen Titan X - denn bei der wurde nur ein einfaches "Titan" - also ohne X - im Kühler verewigt.

Quelle: PC Games Hardware Nvidia Titan X: Stromanschlüsse Das wichtigste äußerliche Unterscheidungsmerkmal sind jedoch die Strombuchsen. Während das Nvidia Referenzdesign ("Founder's Edition") bei der GTX 1080 und 1070 nur einen achtpoligen Stromanschluss vom Netzteil vorsieht, muss man bei der Titan X (Pascal) wieder auf mehr Saft zurückgreifen und verlötet zusätzlich noch einen 6-poligen Anschluss. Zusammen mit dem PCI-Express-Slot, der wie der 6-Pol-Anschluss für 75 Watt gut ist, kommt die Karte so auf eine maximal spezifizierte Leistungsaufnahme von 300 Watt anschlussseitig - bei der TDP plant Nvidia allerdings noch ein wenig Reserve ein und gewährt der Titan X (Pascal) ab Werk nur einen Spielraum bis 250 Watt. Der Treiber erlaubt über Third-Party-Tools wie den Nvidia Inspector, MSIs Afterburner oder Evga Precision X eine Erhöhung um maximal 20 Prozent, sodass die 300 Watt sich doch noch ausschöpfen lassen. Doch die Leistungsaufnahme präsentiert sich im Test eher selten als das begrenzende Element...

Titan X (Pascal) im Test: Kühlung, Leistungsaufnahme und Lautheit

Das Kühldesign der Titan X (Pascal) gleicht mit seinem die Kühllamellen einer Vapor-Chamber durchblasenden Radiallüfter dem der Geforce GTX 1080 Founder's Edition, folgt also dem Prinzip des Direct Heat Exhaust und bläst die erwärmte Luft direkt auf dem Gehäuse. So weit so bekannt. Die Ansteuerung des Gebläses erfolgt allerdings etwas anders als bei der GTX 1080 und wir messen im Leerlauf aus 50 Zentimetern Abstand bereits 0,5 Sone in unserem schallarmen Raum mit einem Grundrauschen von 0,1 Sone. Beim Multi-Monitoring oder der Videowiedergabe auch in 4K ändert sich dieser Wert nicht weiter - wie schon bei früheren Geforce-Karten. In Spielen messen wir nach der Aufheizphase jedoch eine deutlich höhere Lautheit.

Crysis 3 in Full-HD-Auflösung stellt als mäßig anspruchsvolles Spiel, was Leistungsaufnahme und Kühlung angeht, die Kühlung noch vor keine größeren Probleme. Die per Treiber vorgegebene Temperaturschwelle wird mit 55 % Lüfteransteuerung (~2.650 U/Min) gehalten, was in 3,9 Sone resultiert. Dabei setzt die Karte rund 227 Watt in Wärme und Pixel um. Die GTX 1080 erzeugte hier lediglich 3,1 Sone, rendert aber natürlich auch langsamer und braucht 175 Watt.

Testfall Nummer 2 ist Anno 2070, welches zusammen mit Risen 3 das Spiel mit der höchsten Leistungsaufnahme im Testparcours ist - das gilt besonders für die von unser herangezogene Ultra-HD-Auflösung. Hier wird die Titan X (Pascal) bei 60% Fanspeed bis zu 4,9 Sone laut und setzt 231 Watt um. Weitere Vergleichswerte liefert die Tabelle unten.

Für Interessierte: Der Maximalstrom über den PCI-Express-Slot liegt mit 4,2A @12 Volt selbst im Extrem-Stresstest (PCGH-VGA-Tool, Furmark-Basis) noch in gutem Abstand zu Spezifikationsgrenze. Gesamtverbrauch Worst-Case: 245 Watt; (nur) hier taktet die Titan X (Pascal) dann auch auf den Basistakt von 1.418 MHz bei 0,762 Volt herunter. In Spielen lagen maximal 4,0 Ampere auf der 12-Volt-Leitung des PEG.

Titan X (Pascal) im Test: Die Spiele-Benchmarks

Wie immer nutzen wir in unseren praxisnahen Spiele-Leistungstests keine integrierten Benchmarks sondern echte in-Game Action. Dies spiegelt die Anforderungen des Spiels besser wieder als es die oft stark hiervon abweichenden Benchmarks vermögen. Zudem dokumentieren wir unsere Benchmarks ausführlich und bieten zu den meisten Szenen auch die entsprechenden Spielstände an, wo das technisch möglich ist. Die Videos in unserer Benchmark-FAQ zeigen zudem die konkret verwendeten Szenen.

Wir verwenden frische Treiber für unsere Tests und setzen, dem High-End-Gedanken folgend, die Qualitätsstufe der Texturfilterung im Geforce- wie im Radeon-Treiber auf "Hohe Qualität", auch wenn das unter Umständen wenige Prozent an Fps-Leistung kostet. Quelle: PC Games Hardware Titan X Pascal ×2 Für diesen Test haben wir uns auf WQHD und Ultra HD beschränkt - weniger wäre eine Beleidigung für Karten der Leistungsklasse einer Titan X (Pascal). Als Vergleichskarten dienen natürlich das Vorgänger-Modell, die Titan X, inklusive einer mittels Nachrüstkühler stark übertakteten Version, welche jedoch trotzdem nicht ganz die Titan X-P-Frequenzen erreicht. Dazu gibt's den bisherigen Index-Spitzenreiter GTX 1080 FE, mit der MSI GTX 980 Ti Lightning eine der schnellsten werksübertakteten GTX-980-Ti-Modelle, die in vergleichbarer Form inzwischen relativ günstig zu haben sind und natürlich AMDs Performance-Flaggschiff, die R9 Fury X - ebenfalls im Preis auf weniger als 400 Euro gefallen. Die Fury X wird in UHD stellenweise schon von ihrem, für eine High-End-Karte zu kleinen 4-GiByte-Speicher gebremst. Sie können wie immer noch aus einem reichhaltigen Pool an zusätzlichen Vergleichs-Karten wählen, die sich per Dropdown zuschalten lassen - ebenso wie die WQHD-Auflösung, falls Sie höhere Fps-Raten höherer Pixelzahl vorziehen.

Dieser Auszug aus unserem 15 Spiele umfassenden Benchmark-Parcours wird in nächster Zeit um zusätzliche aktuelle Titel angereichert, die auch DirectX 12 und Vulkan nutzen. Bitte beachten Sie zum Thema Wolfenstein auch unseren separaten Artikel.

Titan X (Pascal) im Test: Spezialbenchmarks

Natürlich wollten wir auch sehen, ob es noch irgendwo eine Chance für AMDs aktuelles Spitzenmodell, die Radeon R9 Fury X vom Juni 2015 gibt, sich doch noch vorteilhaft in Szene zu setzen. Dafür mussten wir ganz schon in unseren Archiven wühlen. Im Luxmark 3.1, einer traditionellen AMD-Stärke, schlägt die Titan X (Pascal) eine Fury X in zwei von drei Tests bereits hauchdünn - und zieht im dritten Test, der anspruchsvollsten der drei Szenen namens "Hotel Lobby" um satte 55 Prozent davon - mehr dazu im PCGH-Magazin 10/2016 (#192). Was also bleibt? Anfang 2016 sorgte eine Szene-Demo für Aufsehen. Es war der Gewinner der 4k-Intro-Kategorie des Tokyo Game Fests namens "2nd_Stage_Boss" und setzte sogar für die Erzeugung der begleitenden Musik auf Compute-Shader, während das Rendering via OpenGL lief. Hier sahen die zeitgenössischen Geforce-Karte keinen Stich gegen die rechenstarken Radeon-Karten, allen voran die Fury X.

Die Titan X (Pascal) kann nun auch diesen Vergleich - wenn auch denkbar knapp - für sich entscheiden. Leider scheint die Demo unter Windows 10 mit Anniversary Update nicht (mehr) zu laufen. Wir versuchen derzeit, eine Lösung zu finden, um Ihnen auch weiterhin neuere Karten mit aktuellen Treibern präsentieren zu können.

Wir haben natürlich auch den theoretischen Durchsatzraten für Geometrie, Pixel und Delta-C-Kompression auf den Zahn gefühlt. Auch hier alles im grünen Bereich, lediglich bei der Rate verworfener Geometrie trifft der Kandidat auf ein hartes Limit bei rund 12 Mrd. Dreiecken pro Sekunde - derzeit forschen wir noch nach, ob dies unserer Testkonfiguration oder einer GPU-Limitierung geschuldet ist.

Titan X (Pascal) im Test: GPU-Boost und fettes Tuning-Potenzial

Wer genau mitgelesen hat, dem wir bereits aufgefallen sein, dass die Titan X (Pascal) wie schon ihre Vorgänger von der seitens Nvidia gewählten Kühllösung und den Parametern von GPU-Boost vor große Herausforderungen gestellt wird - denn Modelle mit Third-Party-Kühlern wird es von Nvidia logischerweise nicht geben. So, wie die Karte ausgeliefert wird, kommt sie in fordernden Spielen nahe an ihr TDP-Limit von 250 Watt - so, wie Nvidia-Karten es seit mehreren Jahren vorexerziert haben. So weit, so gut.

Die entstehende Abwärme erlaubt es dem Kühler in Werkskonfiguration jedoch nicht, bei höchsten Boost-Stufen auf Dauer das gesetzte Temperaturlimit von 84 °C innerhalb der Steigung seiner Umdrehungszahl zu halten, sodass die Karte etwa in Ultra HD in Anno 2070 nach einiger Zeit selbst im offenen Aufbau nur noch mit 1.557 MHz taktet. Zu Nvidias Ehrenrettung sei hier ausdrücklich erwähnt, dass dies immer noch oberhalb des typischen Boosts von 1.531 MHz liegt. Doch die Karte hat so viel mehr Potenzial.

Zur Erklärung des GPU-Boost 3.0: Im BIOS der Karte hinterlegt Nvidia eine Kurve mit Takt/Spannungs-Kombinationen. Generell gilt: Je höher der Takt, desto mehr Spannug liegt an. Boostet die Karte, steigt also auch die Leistungsaufnahme - und zwar stärker als der Takt, da die Spannungserhöhung quadratisch anstatt linear in die Gleichung einfließt. Als nächstes kommt die sogenannte Hystere ins Spiel. Damit der Kühler nicht auf einmal von einem 85° C heißen Chip bei 250 Watt überfahren wird, senkt die Karte ihren maximalen Boost schon recht früh. Die erste Stufe, also der allerhöchste Boosttakt, wird meist nur nach einem direkten Neustart in der Nähe des Polarkeise erreicht und schon bei 40° C GPU-Temperatur wieder heruntergesetzt. Alle paar Grad - etwa bei 61° C - folgt eine weitere Taktreduktion um zwei 13-MHz-Schritte mitsamt anhängender Spannungsreduktion während die Karte sich dadurch gleichzeitig langsamer aufheizt.

So erfolgt die Annäherung an das endgültige Ziel von 84°C/250 Watt bei maximalem Takt in Abhängigkeit von der Auslastung von zwei Seiten: Die Takt-/Spannungs-Kombi sinkt, während die Temperatur-/Drehzahl-Kombi steigt. Irgendwann wird dann ein Gleichgewicht erreicht, welches von mehreren Faktoren abhängt: Güte der Komponenten (Leckstrom-Rate der GPU, Spannungswandler, Wärmeleitpaste, aber auch Temperatur der angesaugten Luft) und Auslastung. Die verbleibende Variable ist die Taktrate, welche sich nach den obigen Gegebenheiten richtet. Im Spielebetrieb sahen wir bei unserem Testexemplar der Titan X (Pascal) nach erfolgter Aufheizphase typischerweise Werte zwischen 1.544 und 1.683 MHz.

Wer eine bessere Kühlung und damit höhere Taktraten wünscht, muss selbst Hand anlegen. Entweder, indem er etwa einen Wasserkühler montiert oder indem er die zur Verfügung stehenden Optionen ausreizt. Mögliche Stellschrauben sind die GPU-Grenztemperatur, die Lüfterkurve sowie - und das ist der im wahrsten Sinne des Wortes spannende Teil - die Takt-/Spannungskombi. Mit dem MSI Afterburner 4.30 Beta 14 zog die Spannungskurve nun auch offiziell ins Feature-Set des Tuning-Tools ein - zuvor war sie bei laufendem Afterburner nur undokumentiert über STRG+F aufrufbar.

Kurve per Mausklick auswählen

Werkseinstellung Getunt

Vollbild-Vergleich

Jeder Punkt markiert eine der besagten Kombinationen. Der Trick: Ziehen Sie die Punkte ab einer bestimmten Spannung (X-Achse) auf ein und denselben Taktwert (Y-Achse) und machen so aus der Kurve eine gerade Linie, fungiert das gewissermaßen als Undervolting, da nur jeweils der erste von mehreren Kombinationspunkten mit gleichem Takt herangezogen wird.

Ein konkretes Beispiel aus unserem Praxistest: Wir ziehen alle Punkte ab x 850 mV auf 1.759 MHz - und legen damit einen fixen 3D-Takt bei 0,825 Volt für den 3D-Betrieb fest. Wie im Video gezeigt, erreichen wir damit in Verbindung mit einer ebenfalls via Afterburner angepassten, sich bei rund 67% Drehzahl einpendelnden Lüfterkurve einen langfristig gehaltenen Takt von 1.759 MHz für die GPU (und parallel 1.375 MHz/11 GT/s für den Speicher) in Anno 2070 - ein Plus von rund 200 MHz. Die Fps steigen dabei auch dank konstanten Takts in der zur Strommessung verwendeten Szene von 57 auf 66 - circa 15 Prozent mehr. Und das ohne am Powerlimit herumzuspielen oder eine "echte" Übertaktung vorzunehmen. Wie immer gilt: Die individuell erreichbaren Resultate können - ebenso wie die Langzeiteignung - von unseren Ergebnissen abweichen.

Wie wirkt sich dies nun in der Praxis aus? Wir haben als Beispiel Crysis einmal standardmäßig mit freiem Boost nach 10-minütiger Aufheizphase laufen lassen, ein weiteres Mal mit einer manuell auf 100 Prozent (~4800 U/min) und damit ohrenbetäubend lauten Lüftereinstellung und ein drittes Mal in der von uns oben beschriebenen Feintung-Abstimmung - ohne den lauten Lüfter in Kauf nehmen zu müssen.

Spannend hierbei auch der Stromverbauch des gesamten PCs: Im Normalbetrieb pendelte er sich auf 312 Watt ein, mit 100% Lüfter und entsprechend hohem GPU-Takt lag er bei 355 Watt und im optimierten Zustand bei nur noch 305 Watt - jeweils in der Ultra-HD-Auflösung.

Titan X (Pascal) im Test: Fazit

Die Titan X (Pascal) ist nicht nur ein faszinierendes Stück topaktueller Technik und die aktuell schnellste Single-GPU-Grafikkarte der Welt, nein, sie besitzt selbst mit dem suboptimalen Werkskühler noch eine Menge Tuningpotenzial für höhere Leistung. Darüber, ob dies bei einer Karte wie der Titan X (Pascal) nicht schon ab Werk besser ausgereizt werden sollte, scheiden sich ebenso wie beim extremen Preis von rund 1.300 Euro sicherlich die Geister. Spieler und andere Nutzer mit ernsthaftem Kaufinteresse wird aber vermutlich weder das eine noch das andere wirklich abschrecken - und Bastler vielleicht noch zusätzlich motivieren.

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Nvidia Titan X im Test: Der GP102, der keine (rasend schnelle) Geforce sein darf Gut Ding will Weile haben - und trotzdem haut Nvidia eine Pascal-GPU nach der anderen raus. Etwas überraschend war darunter auch der GP102, welcher in leicht beschnittener Form auf der 1.300 Euro teuren, einzeln nur von Nvidia direkt erhältlichen "Titan X (Pascal)" zum Einsatz kommt. Lesen Sie in unserem Test, wieviel Nvidia auf den vorigen Spitzenreiter, die GTX 1080, noch draufpacken kann.

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