Geforce RTX 3080 - Performance-Unterschiede zwischen PCI-E-4.0 und PCI-E-3.0 in sieben Spielen

Mit der jüngst erschienenen RTX 3080 und der zugrundeliegenden Ampère-Generation ist nun auch Nvidia im PCI-E-4.0-Zeitalter angekommen - eine AM4-Plattform samt Zen-2-CPU vorausgesetzt, denn Mitbewerber Intel bietet bislang nur PCI-E-3.0-kompatible Prozessoren. Dieser Umstand hat auch die Wahl unserer aktuellen Testsysteme mitbeeinflusst: Sowohl unser Spiele- als auch unser Grafikkarten-Testsystem setzen auf einen übertakteten Ryzen 9 3900X samt X570-Unterbau. Schließlich wollen wir die zu testende Hardware nach ihren besten Möglichkeiten ausnutzen. Diese Entscheidung ist nicht überall auf Gegenliebe gestoßen, denn ein - zum Zeitpunkt der Entscheidung verfügbarer - übertakteter Intel Core i9-9900K wäre zumindest ähnlich schnell, der kurz darauf erschienene i9-10900K wäre sogar nochmals ein wenig schneller und würde Grafikkarten insbesondere in Full HD tendenziell etwas besser auslasten, obwohl wir insbesondere bei unseren Grafikkarten-Tests Szenen wählen, die sehr hohe Ansprüche an die GPU stellen, die CPU im Gegenzug möglichst wenig drangsalieren.

PCI-Express im Duell - Was bringt's überhaupt?

Auf der anderen Seite kann man durch den Nutzen der PCI-E-4.0-Schnittstelle ebenfalls Leistung gewinnen, dies haben schon Tests mit der RX 5700 vor einigen Monaten gezeigt (Test in Ausgabe 09/2019 oder via PCGH Plus); wäre es außerdem wirklich fair, wenn wir die potenziellen Fähigkeiten eines Herstellers beiseite kehren würden, nur weil sie ein anderer nicht unterstützt? Die Performance-Gewinne waren zu diesen Zeitpunkt in fast allen Fällen recht klein, nur Wolfenstein Youngblood tanze auffällig aus der Reihe - der Grund dafür war unseres Ermessens aber eher bei einer ungünstigen Speicherzuweisung bei den damals eingesetzten Navi-GPUs zu suchen und nur aus diesem Grund schien es uns nachvollziehbar, dass Wolfenstein Youngblood im damaligen Test solch drastische Vorteile via PCI-E 4.0 erzielen konnte. Wir haben beim letzten Test allerdings trotzdem einige Erkenntnisse gewonnen, darunter, dass die Unterschiede tendenziell dann am größten sind, wenn die Bildraten hoch liegen und zugleich viele Daten für die Darstellung benötigt werden. Zu diesen Daten zählen neben Texturen insbesondere Vertex-Daten, also jene Punkte im dreidimensionalen Raum, aus denen die Polygone bestehen, aus denen wiederum die Spielewelt besteht.

Eine Erklärung für diese Umstände ist relativ einleuchtend: Vor dem Darstellen der Szene beziehungsweise eines Frames müssen benötigte Daten aus dem Hauptspeicher über die PCI-Express-Schnittstelle der Grafikkarte zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere bei polygonreichen Umgebungen müssen sehr viele Vertex-Daten übermittelt werden, sind diese Umgebungen auch noch komplex texturiert wie beispielsweise eine dichte, farbenfrohe und abwechslungsreiche Stadtumgebung, wächst das Datenaufkommen weiter. Liegen dabei auch noch die Bildraten hoch, so müssen die Daten außerdem sehr zügig zur Verfügung gestellt werden, soll es nicht zu Leistungsverlust oder gar Unsauberkeiten bei der Bildausgabe kommen. Wenn Sie beispielsweise 30 Fps haben, so liegt die Bildberechnungszeit bei 33 Millisekunden. Haben Sie 144 Fps, so sind sind es nur 6,9 ms. Es ist nachvollziehbar, dass bei Letzterem die Zugriffzeiten eine deutlich höhere Relevanz haben als dies im ersten Beispiel der Fall ist.
Quelle: PC Games Hardware Geforce RTX 3080: Theoretische PCI-Express-Leistung

PCI-Express im Duell - Der Testablauf und die Benchmarks

Wir haben uns also eine unserer RTX 3080 geschnappt - unsere Wahl fiel auf die sehr ansprechend wirkende MSI RTX 3080 Gaming X Trio/10G - und eine Reihe Spiele untersucht. Dabei haben wir mehrere aktuelle und teils sehr unterschiedlich performende Titel auserkoren, die auf der einen Seite einen breiten Überblick bieten. Andererseits haben wir einige Szenarien gewählt, die uns im Sinne der oben genannten Umstände besonders interessant erschienen - etwa um eine hohe Belastung der PCI-E-Schnittstelle durch Vertex-Daten und Photogrammetrie-Texturen mit einem Flug über den Vesuv und Neapel in Microsofts Flugsimulator 2020 zu provozieren. Wir haben obendrein mit Fortnite und Battlefield 5 zwei Anwendungsbeispiele für Raytracing und DLSS aufgenommen, schließlich sind diese Techniken das Aushängeschild aktueller Nvidia-Grafikkarten. Der Hersteller ist offensichtlich stark darauf bedacht, dass die Nvidia-Grafikkarten auf diese Weise eingesetzt werden. Als einen kleinen Underdog haben wir außerdem das frisch erschienene taktische Rundenstrategiespiel Necromunda in den Test aufgenommen, nachdem wir festgestellt haben, dass in diesem Titel auf Basis der Unreal Engine 4 und Direct X 11 sehr hohe Bildraten zu erzielen sind. Bei allen Messungen kommt das selbe Testsystem zum Einsatz, wir schalten im UEFI lediglich beim ersten PCI-E-X16-Slot von 3.0 auf 4.0. Für die Benchmarks haben wir jeweils (mindestens) 5 Messungen angefertigt, die beiden größten Ausreißer eliminiert und aus den drei verbleibenden den Durchschnitt errechnet. Weitere Messungen finden Sie in der kommenden PCGH 11/2020, obendrein drucken wir dort einige interessante Frametime-Vergleiche ab.

Die Ergebnisse der Messungen sind in ungefähr das, womit wir gerechnet haben. Die Zuwächse durch den Wechsel von PCI-E 3.0 auf 4.0 halten sich in den meisten Fällen in Grenzen. Auffällig dabei ist, dass die größten prozentualen Zugewinne (also nicht nur die größten Abweichungen zwischen den Fps) tatsächlich bei den niedrigeren Auflösungen auftreten, da - wie wir uns schon logisch erörtert haben - bei hohen Bildraten blitzschnelle Zugriffszeiten besonders wichtig sind. Noch ein wenig deutlicher zeigt sich dies bei den P99-Werten der Frametimes, die wir in unseren Benchmark in Fps-Werte konvertiert haben. Ebenfalls auffällig ist, dass die Unterschiede geringer ausfallen, sobald wir in ein hartes GPU-Limit geraten. Ein Beispiel für letzteres wäre beispielsweise Fortnite samt Raytracing, wobei der populäre Comic-Spaß natürlich auch weder bei der Polygondichte noch der Texturdarstellung besondere Akzente setzt. Ganz anders sieht die Performance in Battlefield 5 aus, wenn wir dort unter Einsatz von Raytracing und DLSS die Performance prüfen. Auf der Multiplayer-Map Rotterdam - ein passendes Präsentationsobjekt für Nvidias Technologien - erzielen wir mit PCI-E-4.0 in "Full HD" (aufgrund DLSS liegt bei der Wahl von Full HD eigentlich 720p an) immerhin einen durchschnittlichen Zugewinn von knapp 5,5 Prozent. Einzelne Frames werden gar noch deutlich stärker beschleunigt, das P99-Perzentil der Frametimes fällt gar um rund 9,3 Prozent besser aus und selbst in WQHD zeigt das P99-Perzentil unter Einsatz von PCI-E 4.0 eine Verbesserung um fast 7 Prozent.

PCI-Express im Duell - Fazit

Die Zugewinne durch PCI-E 4.0 sind auch mit einer RTX 3080 eher gering. Vor allem in höheren Auflösungen und bei verhältnismäßig niedrigen Bildraten erscheinen die Abweichungen kaum von Belang - allerdings steht zu beachten, dass sich dies ändern kann, wenn hohe Fps anliegen und die Zugriffzeiten dadurch an Bedeutung gewinnen und dass insbesondere die Frametimes auch deutlichere Abweichungen zeigen (siehe P99-Perzentil der Frametimes im Benchmark). PCI-E 4.0 macht also die Bildausgabe geschmeidiger, auch wenn die eigentlichen Bildraten nur geringfügig verbessern. Mit Blick in die Zukunft und die Aussicht auf noch polygonreichere, komplexere Spielwelten sowie hoffentlich außerdem besserer Mehrkernauslastung, die vielkernigen CPUs dann wünschenswerter Weise auch erlaubt, hohe Bildraten zu erzielen, erscheint PCI-E 4.0 recht nützlich - insbesondere, wenn Sie Geschmeidigkeit bei der Bildausgabe genießen.

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Geforce RTX 3080 - Performance-Unterschiede zwischen PCI-E-4.0 und PCI-E-3.0 in sieben Spielen Nachdem AMD bereits mit Navi vorgeprescht ist und seit dem Launch der RX 5700 (XT) die PCI-Express-4.0-Schnittstelle unterstützt, zieht Nvidia nun mit Ampère nach. Doch bringt die theoretische Verdoppelung der Bandbreite überhaupt Vorteile in aktuellen Spielen - und wenn ja, wie viele und unter welchen Umständen? Wir machen den Test schnappen uns eine MSI RTX 3080 Gaming X und untersuchen sieben aktuelle Titel auf ihre Performance.

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