3DMark Port Royal im Test: Raytracing-Benchmarks von RTX 2060 bis Titan RTX OC

Echtzeit-Raytracing ist keine Erfindung der Neuzeit. Seit Jahren gilt das Verfahren, welches eine realistische Beleuchtung computergenerierter Welten ohne Tricks erlaubt, als das ultimative Ziel. Raytracing simuliert das physikalische Verhalten echter Lichtstrahlen am Rechner, während klassische Rasterisierung auf Tricks zurückgreift, um ein glaubhaftes Bild zu erzeugen. Das Problem war, ist und wird wohl immer sein, dass vollwertiges Raytracing, das pro Pixel mehrere virtuelle Lichtstrahlen abfeuert und verfolgt, außerordentlich rechenaufwendig ist.

Ein wichtiger Schritt, die Performance althergebrachter Rasterisierung mit der Qualität von Raytracing zu vereinen, ist nun getan. Die Idee: Warum sollte man die komplette Grafik aufwendig raytracen, wenn man es günstiger haben kann? Hybrid-Rendering ist das neue Zauberwort. Große Teile der Grafik werden hierbei auf klassische Art und Weise berechnet und zur Laufzeit mit speziellen Raytracing-Komponenten verfeinert. Die Idee ist seit einigen Monaten offizieller Bestandteil der Windows-10-exklusiven Schnittstellensammlung Direct X 12 und hört auf den Namen DirectX Raytracing - kurz DXR. Letzteres wurde nicht von Microsoft in Eigenregie erschaffen, sondern entstand in Zusammenarbeit mit AMD, Nvidia, Intel und weiteren Branchengrößen, um die PC-Grafik voranzubringen.
Quelle: UL Benchmarks Port Royal: Während die RT-Schatten mit klassischen Shadow-Maps kombiniert werden, sind es erneut die omnipräsenten RT-Reflexionen, welche ins Auge springen. Im Innenbereich des Raumhafens werden außerdem Erinnerungen an Bioshock Infinite geweckt. Nvidia ist der erste Hardware-Hersteller, welcher DXR sowohl in Hardware als auch in Software unterstützt. Die komplette Geforce-RTX-Reihe verfügt über entsprechende Hardware-Einheiten, die RT Cores, und der Treiber erledigt die Kommunikation. Nvidia vermarktet sein DXR-Paket unter der Bezeichung RTX. Was nach wie vor fehlt, sind Applikationen, welche mit Hybrid-Raytracing aufwarten: neben Battlefield 5 herrscht gähnende Leere - bis jetzt, denn die 3DMark-Entwickler von UL Benchmarks haben just ihr neuestes Werk veröffentlicht: Port Royal. Dabei handelt es sich um einen weiteren Grafiktest der weltbekannten Testsuite 3DMark, welcher Hybrid-Raytracing sehenswert implementiert und die Leistung dabei überprüft. Wer den aktuellen 3DMark bereits besitzt, kann Port Royal einzeln für 2,49 Euro nachkaufen. Es ist nicht möglich, Port Royal in der 3DMark Basic Edition oder in der 3DMark-Steam-Demo zu starten.

3DMark Port Royal: RTX-Reihe im Benchmarktest

Bisher sind nur Nvidias Geforce-RTX-Grafikkarten in der Lage, DXR-Befehle in hübsche Bewegtbilder umzusetzen. AMDs Radeon-GPUs verfügen nicht über dedizierte Hardware-Einheiten, weshalb der Hersteller bisher auf eine DXR-Implementierung im Treiber verzichtet hat. Grundsätzlich könnte aber jede Grafikkarte Hybrid-Raytracing darstellen, wenn auch nicht besonders performant. Bis sich die Lage ändert, bietet sich eine Analyse der Geforce'schen DXR-Leistung an, was wir hiermit tun. Der Prozessor spielt bewusst eine untergeordnete Rolle und einen dedizierten CPU-Test, wie bei den anderen 3DMark-Sequenzen, gibt es nicht.

Im Whitepaper zu Port Royal verraten die Entwickler einige Details zu ihrem Raytracing-Test. Demnach bietet Port Royal nicht nur die bereits in Battlefield 5 implementierten Raytracing-Reflexionen, sondern außerdem "pixel-perfect" Raytracing-Schatten. Damit all das möglichst flüssig über den Bildschirm wandert, wurde an der Parallelisierung gearbeitet: Neben Asynchronous Compute auf der GPU findet auch starkes CPU-Multithreading statt, um möglichst viele Aufgaben pro Zyklus abzuarbeiten. Wer kann und möchte, kann Port Royal außerdem mit von mehreren GPUs mittels Alternate Frame Rendering (AFR) berechnen lassen. Grundsätzlich ist ein Prozessorlimit bei einer vorgefertigten Szene ohne KI längst kein so großes Problem wie beispielsweise einer offenen Welt voller NPCs oder Mitspieler.

Der Benchmark, welcher nach Beendigung sowohl eine Punktzahl als auch einen Average-Fps-Wert ausgibt, läuft in WQHD-Auflösung, also 2.560 × 1.440 Pixel. Die Anforderungen an die (RTX-)Grafikkarte fallen erwartungsgemäß hoch aus, durchgängig flüssig läuft 3DMark Port Royal nicht einmal auf Nvidias 2.700 Euro teurer Titan RTX. Letzteres ist wohl auch der Grund, warum die Entwickler das dritte Raytracing-Feature, eine globale Beleuchtung (Global Illumination) namens Photon Mapping, nur in der vorgeschalteten Demo-Sequenz aktivieren. Letztere ist deswegen und aufgrund einer Fluid-Simulation besonders sehenswert, aber auch rucklig.

Wir haben alle anwesenden Geforce-RTX-Grafikkarten durch den 3DMark Port Royal 1.0 gescheucht. Neben der brandneuen RTX 2060 Founders Edition als günstigste DXR-Karte darf auch die Titan RTX zeigen, was sie kann. Letztere markiert die Spitze des derzeit Möglichen, denn sie verwendet den Vollausbau des Turing-Chips TU102 mit verhältnismäßig hohem Takt. Letzteren reizen wir als Bonustest manuell aus. Doch sehen Sie selbst:

Vermutlich operiert die Geforce RTX 2060 an der RAM-Allokationsgrenze, was der Bildrate nicht bekommt.Die Ergebnisse sehen bis auf eine Auffälligkeit schlüssig aus: Die Geforce RTX 2060 ist - im Vergleich mit klassischen Nicht-RT-Benchmarks - etwas zu langsam. Wirft man einen Blick auf die GPU-Spezifikation, erzielt die RTX 2070 pro Takt genau 20 Prozent höhere Durchsatzwerte als die RTX 2060. Im 3DMark Port Royal trennen die beiden Karten jedoch satte 30 Prozent. Dabei gilt es zu beachten, dass die verwendete RTX 2070 leicht übertaktet ist, aber kaum 100 MHz über der RTX 2060 rangiert. Unser Verdacht, die 6 GiByte Speicher könnten die kleinste Turing-Grafikkarte zurückhalten, bestätigt sich beim Blick auf die Speicherauslastung nur teilweise: GPU-Z spricht von einer Belegung von rund 5,6 GiByte, wobei unklar ist, wie viele Daten bereits ausgelagert werden. Vermutlich operiert die Geforce RTX 2060 an der RAM-Allokationsgrenze, was der Bildrate nicht bekommt. Unser Hauptkritikpunkt an der RTX 2060 FE bekommt folglich neue Substanz.

Auch der Vergleich Titan RTX gegen RTX 2070 ist interessant, denn Nvidias Spitzenkarte verfügt pro Takt über die doppelte GPU- und somit auch Raytracing-Leistung (72 vs. 36 RT-Kerne). +72 Prozent höhere Bildraten attestieren dem Titanen eine gute, wenngleich nicht optimale Effizienz, was jedoch auch dem Taktunterschied geschuldet ist - die RTX 2070 läuft etwas schneller. Gibt man der Titan RTX die Sporen, mit etwa +110 Prozent GPU-Leistung gegenüber der RTX 2070 OC, mündet das in einem Abstand von guten 90 Prozent. Dass die werkseitig moderat übertaktete RTX 2080 Ti nahe an die Titan RTX heranreicht, dürfte angesichts der geringen GPU-seitigen Einschnitte nicht überraschen. Auch der RTX 2080 Ti hilft im Duell der etwa höhere Takt.

3DMark Port Royal: RT Cores in Aktion

Gerne hätten wir Ihnen auch Vergleichswerte älterer Geforce- und Radeon-Grafikkarten serviert, dies ist aus technischen Gründen jedoch nicht möglich - die Benchmarkfunktion des Port Royal stürzt auf allen Non-RTX-Modellen mit einer Fehlermeldung ab, da der Treiber hier keine kompatible Hardware meldet. Es ist lediglich möglich, Custom-Runs mit einem speziellen Rastierisierungs-Fallback laufen zu lassen, welcher auf klassische Shadow-Maps und Screen-Space Reflections setzt. Doch emsige Enthusiasten haben den Königshafen zusammen mit uns erkundet und liefern somit weitere Erkenntnisse zur Raytracing-Performance. TobiWahnKenobi, welcher vor einigen Tagen mit seinen Titan-V-Benchmarks in Battlefield 5 für Diskussionen sorgte, hat seine Volta-Grafikkarte auch mit Port Royal getestet. Obwohl die Grafikkarte mithilfe einer Wasserkühlung stark übertaktet wurde (laut 3DMark bestenfalls 2.040/1.070 statt ~1.600/850 MHz), erreicht sie lediglich 3.807 Punkte und durchschnittlich 17,6 Fps - das entspricht RTX-2060-Niveau.

Eine naheliegende Erklärung für das schwache Abschneiden der Titan V ist ihre Architektur. Volta ist der Vorfahre von Turing, große Teile des Shader-Multiprozessors ähneln sich. Über spezielle Raytracing-Einheiten, die RT Cores, verfügt der Volta GV100 im Gegensatz zu den Turing-Chips nicht. Dennoch stellte Volta für viele Entwickler die Entwicklungsplattform für Raytracing-Anwendungen dar. Nvidia hat die Funktionalität rund um die Strahlenverfolgung im Raum mittels Software nachgestellt. Dabei kommt nicht der von Microsoft angebotene, generische DXR-Fallback zum Einsatz, sondern ein für Volta maßgeschneiderter, effizienterer Code-Pfad. Letzterer kommt auch bei Battlefield 5 zum Einsatz, sodass die Titan V trotz fehlender RT Cores flüssige Bildraten mit Hybrid-Raytracing erzielt. Pascal muss indessen draußen bleiben.

Quelle: Nvidia Turings RT-Cores: Aufgaben in der Übersicht Port Royal schlägt als synthetischer Benchmark, in dem Interaktion keine Rolle spielt, in eine andere Kerbe als Battlefield 5. Der Test zieht offenbar großen Nutzen aus den RT Cores, welche Meister ihres Fachs sind, aber nur für diese eine Aufgabe verwendet werden können. Ein Software-Fallback für das BvH Traversal (Strahlenverfolgung im dreidimensionalen Raum) ist zwar stets möglich, aber langsam. Grafikkarten ohne spezielle RT-Einheiten haben daher immer das Nachsehen gegenüber RT-Modellen. Der neue 3DMark zeigt somit eine weitere Facette auf und ergänzt das von Battlefield 5 skizzierte Bild: Hybrid-Raytracing kann, mit viel Hirnschmalz und so manchem Kniff, flüssig nutzbar sein. Mit steigender Effektzahl, im 3DMark Port Royal verwendet, wird die Sache jedoch sehr teuer.

So und so, die Zukunft wird schön. Freuen Sie sich mit uns auf weitere Raytracing-Tests und -Grafikkarten oder halten Sie das Feature für überbewertet? Nutzen Sie die Kommentarfunktion!

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3DMark Port Royal im Test: Raytracing-Benchmarks von RTX 2060 bis Titan RTX OC Vor wenigen Stunden haben die Stresstestveteranen von UL Benchmarks (besser bekannt als Futuremark) ihren ersten Raytracing-3DMark veröffentlicht. PC Games Hardware lud direkt zum Schlagabtausch: Was leisten Nvidias Geforce-RTX-Grafikkarten im 3DMark Port Royal? Das und mehr erfahren Sie in diesem Artikel.

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