Radeon vs. Geforce im CPU-Limit: Bremst die RTX 3090 langsame CPUs aus? Test in 20 Spielen!
Die Spatzen pfeifen es neuerdings laut von den Dächern, offenbar hat Nvidia mit der aktuellen Ampere-Generation ein "Problem" mit langsamen Prozessoren. Dagegen soll die Performance mit einer RX-6000-Grafikkarte von AMD passen. Was ist dran? PCGH macht den Test.
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Wer ein Upgrade der Grafikkarte plant, fragt sich berechtigterweise, ob die verbaute CPU noch den Anforderungen entspricht, immerhin liefert eine neue GPU in der Regel höhere Bildraten. Doch nicht immer befindet sich der Spieler in einem Grafiklimit. Wer sich länger in Spielen wie Anno 1800 oder Planet Zoo aufhält, weiß, wovon wir sprechen. Möglicherweise streben Sie auch sehr hohe Fps an, das Ergebnis ist jedoch immer das gleiche: Die CPU kann früher oder später limitieren und mit dem GPU-Limit Hand in Hand gehen. Wir haben uns die Frage gestellt, welcher Pixelschubser besser mit dem CPU-Limit umgehen kann und untersuchen auch die Hintergründe. Die Ergebnisse sind erstaunlich, so viel sei vorab gesagt.
Treue Leser insbesondere unserer Print- und Plus-Publikationen wissen oder erinnern sich eventuell, dass wir bereits in früheren Artikeln und Tests auf Umstände gestoßen sind, die eine unterschiedliche Performance im CPU-Limit nahelegen, je nachdem, welche Grafikkarte verbaut wurde. In Vergangenheit war es im Normalfall so, dass ein Prozessor in einem Spiel eine etwas bessere Performance zu liefern imstande war, wenn eine Nvidia-Grafikkarte im Rechner steckte.
Ganz besonders deutlich war dies etwa vor einigen Jahren, nachdem Nvidia im April 2014 ihren "Wundertreiber" 337.50 veröffentlichte. Dieser war als Konter zur AMDs damaligem Low-Level-Vorstoß Mantle gedacht, welche die Redmonder zusammen mit der Shooter-Schmiede DICE entwickelten und die unter anderem in Battlefield 4 zum Einsatz kam - und später der Khronos Group übergeben und schlussendlich als Entwicklungsbasis von Vulkan genutzt wurde.
Nvidias "Wundertreiber" sollte Mantle und den Lower-Level-APIs indes auch unter Verwendung von Direct X 11 Paroli bieten. Abseits der üblichen "Secret Sauce" und sicherlich weiteren Optimierungen, die in den Treiber einflossen, ist der CPU-spezifische Teil der Optimierungen besonders interessant: Nvidia kommunizierte, dass es ihnen gelungen war, jene durch die Renderanweisungen des Treibers anfallenden Leistungskosten für die CPU auf mehrere CPU-Threads zu verteilen.
Geraume Zeit nach dem Erscheinen von Nvidias "Wundertreiber" waren Geforce-Grafikkarten im CPU-Limit zumeist schneller als im GPU-Limit vergleichsweise potente Radeons. In nicht wenigen Spielen waren diese Unterschiede beträchtlich, darunter beispielsweise Fallout 4 oder fast alle Titel, welche die populäre Unreal Engine nutzen (Version 3 oder 4). Vielen unserer Leser wird der Umstand eines verschärften CPU-Limits mit AMD-Grafikkarten unter Direct X 11 auch noch als "Treiber-" oder "Direct-X-11-Overhead" bekannt sein.
Dieser Umstand scheint sich in den vergangenen Wochen und Monaten umgedreht zu haben. Hinweise dafür ist nicht nur ein sehr populäres Youtube-Video von den Kollegen von Hardware Unboxed, welches seit einigen Tagen für einen gewissen Trubel im Netz sorgt, sondern auch eine Vielzahl unserer eigenen Messungen. Und tatsächlich waren diese von uns getätigten Messungen ausschlaggebend für diesen Artikel.
Radeon vs. Geforce im CPU-Limit: Hinweise auf eine veränderte Performance
Einige Hinweise auf eine Änderung bei der Performance im CPU-Limit verdichteten sich mit der steigenden Popularität von Direct X 12. Dieser Popularitätsgewinn der Lower-Level-API geht wiederum zu einem gewissen Teil auf Nvidia zurück, die ab Sommer 2018 mit den Turing-GPUs und Raytracing eine Technologie förderten, die wiederum auf Direct X 12 (und später auch Vulkan) setzt. Seither sind Spiele mit Direct-X-12-Support sowie die Performance dieser API-Pfade spürbar gestiegen.
Mit den Lower-Level-APIs moderner Spiele sinkt allerdings auch die Einflussnahme des Grafikkarten-Treibers auf diese. Arbeiten, die zuvor von Treiber erledigt wurden - darunter beispielsweise prominent das Shader-Compiling beziehungsweise das Austauschen von Spiele-Code gegen einen anderen, der spezifisch für die genutzte Grafikkarte optimiert wurde - wird nun von der Schnittstelle beziehungsweise den Programmieren des Spiels vorgenommen. Sie kennen sicherlich die häufig langen "Ladezeiten" von aktuellen Direct-X-12- und Vulkan-Titeln. Hierbei handelt es sich oft um Shader-Compiling beziehungsweise das Optimieren des Spiel-Codes für Ihre verbaute Hardware - zuvor wurde dies von den Grafiktreibern übernommen, welchen von den Grafikkarten-Herstellern optimierten Code in die Spiele pflanzten beziehungsweise anderen, für die jeweilige GPU weniger effizienten Code damit ersetzten. Dies geht in aktuellen DX12 und Vulkan-Spielen nicht mehr, der Treiber hat diese Fähigkeit verloren.
Die oft langen erstmaligen Ladezeiten sind aber nicht der einzige Hinweis, auf den wir bei unseren Spieletests in der jüngeren Vergangenheit stießen. Ins Auge fiel uns teilweise auch eine stark divergierende Performance mit AMD- und Nvidia-Grafikkarten im CPU-Limit oder verschiedenes Verhalten bei CPUs mit unterschiedlicher Anzahl Kerne/Threads - nur dass AMD nun oft die Nase vorn zu haben scheint. So stießen wir etwa in der PCGH 02/2020 im Rahmen eines Kernskalierungstest auf folgende Umstände:
In Battlefield 5 ist die RX 5700 XT im CPU-Limit teils beträchtlich schneller als die (eigentlich sogar minimal potentere) RTX 2070S. Dies allein war schon zum damaligen Zeitpunkt auffällig, insbesondere da Battlefield 5 noch dazu in Nvidia-Kooperation entstanden ist und eine Vielzahl Optimierungen für deren Grafikkarten erhalten haben dürfte.
Beinahe noch interessanter ist Borderlands 3 mit Unreal Engine 4. Unter dem nachträglich in das Spiel integrierten Direct-X-12-Schnittstelle ist im CPU-Limit wieder AMD schneller, obwohl die Unreal Engine recht stark dazu neigt, Nvidia-GPUs zu bevorzugen. Unter Direct X 11 sind dagegen beide Grafikkarten nahezu gleich schnell: Im damaligen Test lagen die Bildraten unter der älteren Schnittstelle bei 98,6 Fps mit der RX 5700 XT, die RTX 2070S schaffte 98,9 Fps. Unter Direct X 11 sind beide Grafikkarten im CPU-Limit nahezu gleich schnell, während AMD unter DX12 stärker zulegen kann (+82,0 Prozent bei AMD respektive +71,2 Prozent für die Nvidia).
Andere Spiele mit Unreal Engine 4 und Direct X 11 verhielten sich dagegen wie bislang gewohnt, etwa das Sci-Fi-Rollenspiel The Outer Worlds:
Wir wurden Anfang 2020 ein wenig von diesem Umstand überrascht - ganz unbedarft und unvorbereitet waren wir indes schon damals nicht, schließlich haben wir mit gutem Grund unseren Arbeitsaufwand verdoppelt und in dem Artikel sämtliche Messungen mit AMD- und Nvidia-Grafikkarte vorgenommen. Denn schon in einigen Spielen, PCGH-Ausgaben und Artikeln zuvor war uns eine auffallend gute Performance der AMD-Grafikkarten im CPU-Limit ober bei niedrigen Auflösungen ins Auge gefallen, zum Beispiel in der PCGH-Ausgabe 10/2019 [PLUS-Artikel], aus der wir an dieser Stelle einige Benchmarks zitieren wollen:
Ein aktueller Artikel, der die Umstände mit beiden Grafikkarten-Herstellern im CPU-Limit genauer untersucht, stand daher schon lange auf unserem Programm und war schon mehrere Monate in Planung. In der kommenden PCGH-Ausgabe 05/2020 wird er nun endlich erscheinen. Dem Hardware Unboxed Video ist dagegen zu verdanken, dass Sie den Artikel in leicht abgewandelter Form nun auch Online auf unserer Website lesen können. In der Print-Ausgabe finden Sie zusätzliche Messungen und detailliertere Ausführungen zum Thema.
Radeon vs. Geforce im CPU-Limit: Der Testaufbau
Für den Test haben wir einen Unterbau bestehend aus einem MSI X570 Unify, 32 GiB RAM und einem Ryzen 3 3100 (als "langsamen" Prozessor) ausgewählt. Für das reguläre Prozessortestprozedere kommt eine Asus ROG Strix RTX 3090 OC zum Einsatz - die schnellste Grafikkarte im PCGH-Testlabor. Bei CPU-Benchmarks geht es vor allem darum, einem GPU-Limit möglichst weit aus dem Weg zu gehen. Erst das macht die Performance innerhalb der Prozessoren vergleichbar. Um der Strix eine ebenbürtige Karte gegenüberzustellen, haben wir uns ebenso bei Asus bedient: Eine RX 6900 XT TUF Gaming sorgt für bestmögliche Leistung. Die Karte boostet ohne Eingriffe bis in den Bereich über 2,35 GHz. Ob nun RTX 3090 oder RX 6900 XT, die Rohleistung der beiden Topmodelle von AMD und Nvidia ist auf nahezu dem gleichen Niveau. Auf Maßnahmen zur Beschleunigung der Karten, wie beispielsweise SAM (Resizable BAR) oder HAGS (Hardware Accelerated GPU Scheduling) haben wir verzichtet, da diese auch Einfluss auf die CPU-Performance nehmen können. So bleibt der Vergleich unter den Karten fair.
![[PLUS] Fit für 2021: Neue Grafikkarten-Tests für RTX 3080, RX 6800 XT und Co.](/screenshots/1020x/2021/03/aufmacher_vorlage-pcgh.jpg)
[PLUS] Fit für 2021: Neue Grafikkarten-Tests für RTX 3080, RX 6800 XT und Co.
PCGH Plus: PCGH renoviert auch die Grafikkarten-Tests für das neue Jahr und zeigt, welche GPU-Architekturen am besten mit den neuesten PC-Spielen harmonieren. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 04/2021.
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Radeon vs. Geforce im CPU-Limit: Die Benchmarks
Normalerweise interessiert sich der Prozessor im CPU-Limit nicht dafür, wie schnell die verbaute Grafikkarte maximal sein könnte. Allerdings gelingt es AMD und Nvidia in bestimmten Engines gewisse Befehle der CPU schneller und effizienter zu verarbeiten, wie oben erwähnt. Wir sind bei den Benchmarks auf zwei Situationen gestoßen: Die erste umschreibt das, was der logische Menschenverstand erwarten würde, die Unterschiede liegen im unteren einstelligen Prozentbereich, mal für AMD, mal für Nvidia. Auf der anderen Seite messen wir gewaltige Abweichungen von fast 50 Prozent. Letztere Messungen werden in der Print-Version dieses Artikels aufgezeigt.
Eine CPU kann sich nur absetzen, wenn die Grafikkarte dazu in der Lage ist, mehr Fps zu berechnen. Im sehr AMD-günstigen AC Valhalla funktioniert das sehr gut, der kleine Quadcore, Ryzen 3 3100, legt rund 17 Prozent Fps zu. In anderen Spielen, wie Doom Eternal, Horizon Zero Dawn oder RDR 2 konnten wir kaum Unterschiede feststellen. Insgesamt können wir Sie beruhigen, müssen jedoch für die AMD RX 6900 XT ein kleines Defizit von 2,4 Prozent beim Ryzen 3 3100 gegenüber der RTX 3090 ausmachen, normiert über alle 20 Spiele im Test. Doch gerade in Spielen mit Direct X 12 kann eine RX 6900 XT Boden gut machen, das zeigen die Benchmarks in Borderlands 3, Watch Dogs: Legions und F1 2020 sehr gut. So können Sie es von Ihrer Spiele-Wahl abhängig machen, in welchem Szenario Sie mehr CPU-Leistung benötigen.
Auch der Vergleich der Frametimes zeigt auf, dass die gefühlte Spielbarkeit mehr oder minder stark von der Auswahl der Grafikkarte beeinflusst wird. Hierbei gilt: Je niedriger und glatter eine Linie ausfällt, desto stabiler ist das wahrgenommene Bild für den Spieler.
Radeon vs. Geforce im CPU-Limit: Fazit
Insgesamt können wir das oben gezeigte ganz einfach zusammenfassen: Kommt eine Lower-Level-API wie Direct X 12 zum Einsatz, ist die Performance mit einer AMD-Grafikkarte, wie der RX 6900 XT, im CPU-Limit mess- und fühlbar höher. Es gibt einige Titel, bei denen das nicht funktioniert, die Summe läuft aber merklich besser auf der AMD-Hardware. Dass die beiden Grafikkarten am Ende nahezu gleich schnell arbeiten, liegt an der Varianz unseres Testparcours und zeigt auf, dass die Kräfteverhältnisse fair verteilt sind. Sie verfügen über eine Nvidia- und AMD-Grafikkarte? Dann stellen Sie unsere Ergebnisse gerne nach, den kompletten Test-Verlauf inklusive Anleitungen finden Sie im CPU-FAQ.
Übrigens:
ist schon echt grausig, wenn eine 3090 gegenüber einer 3070 aus einem AMD 2600X oder ähnlich kein Frame mehr aus Watch Dogs 3 in WQHD und Ultra herauskitzelt, udn die erst mit einem 5600X langsam anfängt warm zu werden.
Ich frage mich, ob RAFF mit seinem Minimalisten-CPU-Gerumpel da auch wirklich immer locker durch den Benchmarkparcour durchkäme?
Ich denke eher nein.
Nun weiß ich jedenfalsl dank Testvideo bei Youtube, dass mein 3700X vermutlich früher den Geist aufgibt als mir lieb ist, wenn ich weiterhin nur in 1080p zocke.
Abgesehen davon geben sie sich im Schnitt, nach der Tabelle von [Ins Forum, um diesen Inhalt zu sehen], ja kaum etwas.
nVidia hat einen eigenen Scheduler in den Treiber gebaut, um unter DirectX 10 & 11 ihre GPUs mit vielen Rechenkernen besser auszulasten. Mit für alle gutem Ergebnis.
Ampere hat die individuell zu fütternden Rechenwerke nochmal verdoppelt, was diesen Scheduler wiederum wichtiger macht in APIs die asynchrone Berechnungen nicht selber steuern.
Geht es allerdings um optimierte Spiele mit DirectX 12 & Vulkan scheint nVidia im Treiber eine "Abschalteinrichtung" zu fehlen (vielleicht mal einen VW-Ingenieur abwerben?!) so dass die Aufgabenzuweisung doppelt verarbeitet wird.
Vielleicht sollte man auch bedenken, dass Ampere schlicht zu viele Rechenwerke für diese Szenarien hat. Mehr Rechenwerke = mehr Aufwand die Aufgaben zu verteilen (nichts für schwache CPUs) und bei zeitkritischen/hochfrequenten (hohe FPS) Aufgaben weniger effizient. Ich denke das könnte ein Nachteil der Ampere-Architektur generell sein auch wenn sich sicher noch etwas im Treiber und DX12/Vulkan-Spielen dafür optimieren lässt.
Nicht zuletzt: Drehen wir den Spieß um und stellen den Grafikkarten die schnellstmöglichen CPUs zur Seite und lassen die Grafikkarten dann in höchsten Auflösungen rechen – so dass nur noch 20-30 fps übrig bleiben – könnte ich mir vorstellen, dass die Ampere-Karten auch mal 20% schneller als die von AMD sind.