Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch

Es sind nur wenige Tage vergangen, seit Nvidia-Boss Jensen Huang stolz und wie immer fesch gekleidet seine warmen Plätzchen aus dem Ofen holte. Die Geforce-Ampere-Grafikkarten der RTX-3000-Reihe machten in der Präsentation einen durchaus appetitlichen Eindruck, doch viele Fragen blieben offen. Jede einzelne können wir Ihnen heute zwar noch nicht beantworten, einige aber schon. Im Vorfeld des Launches veranstaltete Nvidia einige Tech Sessions und klärte dabei über diverse Details bezüglich der Geforce RTX 3090, RTX 3080 und RTX 3070 auf. Einige davon sind neu, andere überraschend, manche enttäuschend. Wer's ganz genau wissen möchte, sucht die beliegenden Bilder aus den Präsentationen nach Details ab, die wir unerwähnt ließen; Sie finden diese 87 Slides am Ende des Texts in der Bildergalerie.

Verfügbarkeit und Fertigung

"Yields are great, shipment has started last week", zu Deutsch: Die (Chip-)Ausbeute ist gut und die Auslieferung (der nötigen Teile) hat vergangene Woche begonnen, mit diesen Worten startete der faktenschwangere Teil der ersten Nvidia-Veranstaltung. Zuletzt ging das Gerücht, Ampere werde nach der ersten Charge rasch und langanhaltend ausverkauft sein. Nvidia dementierte und versichert, dass man sich der großen Nachfrage bewusst sei, mit entsprechenden Maßnahmen. Ob die verhältnismäßig geringen Preise für die Geforce RTX 3080 und RTX 3070 aus dieser Perspektive optimal sind, wird sich zeigen. Auf die Frage, weshalb man die Chips bei Samsung und nicht mehr bei TSMC fertigen lasse, entgegneten die Nvidia-Verantwortlichen, was man an dieser Stelle immer zu hören bekommt: "Samsungs 8-nm-Prozess war die beste Wahl für diese Produkte". Wer handfeste Informationen dazu sucht, wird das vermutlich noch eine Weile tun müssen. Möglicherweise war alles genau so geplant, Ampere hat seine Designziele erreicht und Samsung offeriert Nvidia gute Preise für seine Dienste, die allem Anschein nach an die Endkunden weitergereicht werden. Genaueres wird sich den nächsten Quartalszahlen entnehmen lassen, sonderlich viel Marge dürfte bei RTX 3070 und RTX 3080 aber nicht anfallen.

Ampere-SM: 2nd Generation RTX

Während wir die Aussage, wonach Ampere der "größte Schritt aller Zeiten" sei, für überzogen halten, gibt es an der Technikfront viel Gutes zu berichten. Ein Whitepaper zum Ampere GA102 lässt zwar weiter auf sich warten, Nvidia verriet im Tech Talk jedoch ein paar weitere Details. Vorweg: Nvidia bezeichnet Turing als erste RTX-Generation (1st gen) und Ampere folgerichtig als zweite (RTX 2nd gen). Sieht man sich einen Shader-Multiprozessor (SM) genauer an, kann Ampere gegenüber Turing einige Verdopplungen aufweisen. Nvidia hat tatsächlich die Anzahl der FP32-Einheiten (Stream-Prozessoren) nebst anschließender Datenpfade, L1-Caches und -Transferrate sowie die Scheduler verdoppelt, sodass Berechnungen mit spieletauglicher Genauigkeit um Faktor 2 zulegen. Die mit Turing eingeführten INT32-Einheiten als Verstärkung der FP32-Einheiten stecken ebenfalls noch in einem Ampere-SM - können auf Wunsch aber nun auch FP32-Kalkulationen durchführen. Alles zusammen funktioniert nicht parallel.

Turing (und sein Profi-Vorläufer Volta) ist in der Lage, 64 FP32- sowie 64 INT32-Einheiten gleichzeitig arbeiten zu lassen. Bei Ampere entscheidet der Game Code, welcher Modus innerhalb eines SM zum Einsatz kommt: Entweder alle 128 FP32-Einheiten oder 64 FP32- plus 64 INT32-Einheiten. Der letztgenannte Modus entspricht Turing, weshalb davon auszugehen ist, dass der erstgenannte Betrieb bei modernen Spielen die Regel ist (allerdings mutmaßlich mehr Energie benötigt). Die Obergrenze von 128 ALU-Operationen pro SM/Takt bleibt gleich. Damit die Auslastung an der rückläufigen Granularität nicht leidet, hat Nvidia neben der Cache-Transferrate auch dessen Kapazität entsprechend vergrößert: 128 statt 96 KiByte und somit +33 Prozent sind es nun pro Graphics Processing Cluster insgesamt - passend zu den um 33 Prozent vermehrten ALUs. Laut Nvidias Chefarchitekt Jonah M. Alben könne die derart überarbeitete Architektur überall überzeugen, doch müsse er ein Bottleneck nennen, sei es nun der Register-Zugriff.

Ampere, Turing, Pascal: Blockdiagramme

GA102 (Ampere) TU102 (Turing) GP102 (Pascal)

Vollbild-Vergleich

Doch bei Weitem nicht alles in des Amperes Kern legt gleichermaßen zu. Nvidia hebt vor allem die Verbesserungen innerhalb der RT-Cores hervor, welche für die Strahlenverfolgung im virtuellen Raum zuständig sind. Jene Spezialkerne erfuhren besondere Liebe in Hinblick auf Bewegungsunschärfe. Durch einen cleveren Hardware-Interpolator innerhalb der RT-Kerne sollen entsprechende Fälle um bis zu 8 Mal schneller gelöst werden und weniger unter Schmierartefakten leiden. Außerdem sei die Triangle Intersection Rate (das Aufspüren von Polygonen im Raum) insgesamt verdoppelt worden. Die Tatsache, dass ein Shader-Multiprozessor nun alle modernen Kalkulationen parallel ausführen könne, dürfte ein weiterer Performance-Bringer sein. Turing kann nicht gleichzeitig FP32-, RT- und Tensor-Berechnungen ausführen, sondern immer nur zwei von dreien. Die abschließende Aussage, wonach Ampere insgesamt circa 30 Prozent schneller arbeite als Turing - wir gehen von einer Pro-Takt-Angabe aus -, klingt plausibel.
Quelle: Nvidia Ampere GA102: Ein SM beherbergt nun zusätzliche FP32-ALUs.

Raytracing 2.0

Raytracing ist eine einzige Sucherei: Vor, zurück, vor, zurück, vor - Treffer! Ungefähr so könne man sich das vorstellen, wenn die GPU den volumetrischen Datenbaum nach Polygonen absucht, die es zu shaden gilt. Trotz aller Vereinfachungen sei Raytracing eine verflucht rechenaufwendige Angelegenheit, bei der jedes Plus an Hardware-Power hilfreich sei. Zur Untermauerung der Entwicklung hatten die Kalifornier einige hübsche Vergleiche im Gepäck, welche Pascal (2016) mit Turing (2018) und Ampere (2020) vergleichen. Wenig überraschend kommt Pascal auf keinen grünen Zweig, sobald Raytracing zum Einsatz kommt, schließlich muss der GPU-Opa alle Berechnungen mit seinen FP32-ALUs beackern. Diese Aufgabe, so Nvidia, lasse sich ohne spezielle Rechenwerke kaum parallelisieren, sodass die Auslastung eines Shader-Clusters desaströs ausfalle - wir haben derartiges Software-DXR immer wieder ausprobiert und können die Aussage zweifellos mit Performance-Werten untermauern.

Doch zurück zu Ampere. Wie Sie Nvidias Bildern entnehmen, stemmt dieser die neuartigen Aufgaben noch wesentlich besser als Turing. Egal ob ALU-basierte Berechnung (welche Normalnutzer nicht forcieren können), mithilfe der RT-Cores und erst recht bei aktivem DLSS via Tensor-Cores: Ampere beherrscht das Echtzeit-Raytracing flüssiger als jede andere GPU. Das glauben wir ungeprüft, allerdings hegen [...] RTX 3080 bei aktivem Raytracing rund 80 Prozent schneller als eine GTX 1080 Ti ohne die Next-Gen-Effekte.wir ernste Zweifel daran, dass die vollmundigen Faktoren gegenüber Pascal und Turing im Mittel gelten. Erwähnenswert in diesem Kontext ist, dass Nvidia die Beschwerden klar und deutlich vernommen hat. Viele Spieler erwarteten von Turing alias RTX 20, dass diese Grafikkarten nicht nur hübschere (RTX-)Grafik erzeugen können, sondern dabei auch noch schneller seien als Pascal/GTX 10. Dies klappte bei RTX 20 bekanntlich nicht, sofern man auf Performance-DLSS verzichtete - mit Ampere soll es nun aber soweit sein. Um uns angemessen hungrig zu machen, präsentierte Nvidia einige Vergleiche zwischen den Generationen. Das Versuchskaninchen ist Wolfenstein Youngblood, das in Kürze einen Patch erhalten wird, um Ampere bestmöglich auszufahren. Demnach ist eine Geforce RTX 3080 bei aktivem Raytracing rund 80 Prozent schneller als eine GTX 1080 Ti ohne die Next-Gen-Effekte.

Am Rande betonte man, dass das mit Turing eingeführte "Dual Issue", also die Fertigkeit, Floating-Point- und Integer-Aufgaben parallel abarbeiten zu können, auch bei der Raytracing-Leistung ein wichtiges Puzzle-Teil sei. Nicht unerwähnt bleiben sollte, dass hier auch die mit Turing umgestellte Caching-Hierarchie äußerst hilfreich ist, um besagtes Trial-&-Error-Spiel bei der Strahlensuche schnell abarbeiten zu können.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (57)

Platine und Kühlung

Auch zur Hardware abseits des Grafikchips hatte Nvidia einige interessante Informationen in petto, von denen wir uns auf die wichtigsten beschränken. Das kontroverse, weil bahnbrechende "Flow Through"-Kühler- und Platinendesign gehört zu den wohl spannendsten Punkten. Wenig überraschend lobte Nvidia die hauseigene Ingenieurs- und Designkunst in höchsten Tönen. Alles bei der Geforce RTX 3080 und RTX 3090 in der jeweiligen Founders Edition sei zielgerichtet auf Airflow optimiert. Dieser ist gezielt auf das bereits vorab gezeigte Belüftungsprinzip im Gehäuse ausgelegt: In der Front sorgen idealerweise mehrere Lüfter für eine kühle Brise, welche direkt zur Grafikkarte gelangt. Im Falle der RTX 3080/3090 Founders Edition saugt der hintere, näher gelegene Axiallüfter die Luft an und presst sie durch einen ausgeklügelten Lamellenblock hindurch - ohne dass das PCB im Weg ist. Das Gros der Abwärme wird folglich direkt nach oben befördert, wo sich der Prozessorkühler damit konfrontiert sieht. Hier steht und fällt das System: Wer kein ordentliches Abluftkonzept in Gestalt mindestens eines Gehäuse-Hecklüfters und idealerweise einen Towerkühler mit entsprechendem Luftstrom hat, bekommt Hitzeprobleme im Gehäuse. Dies gilt jedoch auch für "normale", axialbelüftete Grafikkarten, welche ihre Hitze im Gehäuse verwirbeln. Wir werden im Test der RTX 3080/3090 klären, wie sich der neue Kühler in der Praxis schlägt und nennen ihn schon jetzt "Indirect Heat Exhaust".
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (7) Die Bilder trügen übrigens nicht: Die Geforce RTX 3090 ist tatsächlich wesentlich größer als die RTX 3080 und die RTX 3070 nutzt einen klassischen Axiallüfter-Ansatz. Besonders spannend sind die Informationshappen, welche Nvidia bezüglich Lautheit und Temperaturen Die RTX 3090 ist laut Nvidia bei gleicher Lautstärke 30 °C kühler als eine Titan RTX.verteilt: Die Geforce RTX 3080 FE, Dual-Slot mit Flow-Through-Kühler, sei bei 320 Watt (Total Board Power) 20 °C kühler und 10 dB(A) leiser als eine RTX 2080 FE mit der gleichen Abwärme. Zwar bezieht sich die Temperaturangabe nur auf den Grafikchip, skizziert jedoch das Potenzial. Daneben verriet man, dass die RTX 3080 im Werkszustand bei 78 °C und 30 dB(A) Lautstärke unterwegs sei, während die RTX 2080 bei 81 °C auf 32 dB(A) komme. Demnach ist der neue Kühler deutlich effektiver, wobei der Messaufbau unbekannt ist. Die Krönung ist jedoch die Geforce RTX 3090 FE, ein "Triple-Slot-Trümmer" wie er im Buche steht: Diese ist laut Nvidia bei gleicher Lautstärke 30 °C kühler als eine Titan RTX.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (12) Die Platine der Founders Edition, bisher nur kurz angerissen, verdient ebenfalls Erwähnung. Sie stellt einen wichtigen Pfeiler bei der Realisierung des Kühlkonzepts dar. Wäre es den Ingenieuren nicht gelungen, die Bauteile auf einen engen Raum im Stile der Radeon R9 Nano zu packen, wäre das Gesamtkonstrukt zu lang. Tatsächlich packt das Hochleistungs-PCB mit angeblich 12 Lagen alle Bauteile auf bisher ungesehener Dichte. Dabei, so Nvidia, habe man vor einigen Routing-Herausforderungen sowie mehreren harten, weil heißen Gegnern gestanden und musste außerdem einige Elemente schrumpfen. Das wohl prominenteste "Opfer" ist der Power-Connector: Der kompakte 12-Pin-Micro-Fit-Stecker ist ein Alleingang Nvidias, um die Stromversorgung auf engstem Raum sicherzustellen. Beide Founders-Edition-Karten, Geforce RTX 3080 FE und Geforce RTX 3090 FE, verfügen über diese Buchse. Damit klassische Netzteile ohne modulares Nachrüstkabel den Betrieb gewährleisten können, legt Nvidia seinen Karten entsprechende Adapter von 12- auf 2×8-Pol bei. Auf die Frage, wie die Adaption der Boardpartner aussehe, entgegnete Nvidia, dass "manche" auf den 12-Pol-Stecker setzen werden, die meisten aber aus Kompatibilitätsgründen mehrere 8-Pol-Buchsen installieren. Es handle sich um eine Vorlage, welche auch AMD adaptieren dürfe - erfahrungsgemäß wird das aber nicht passieren.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (59)

RTX IO: Streamen wie eine Konsole

Ebenfalls neue Informationen gab es zu RTX IO, ein Feature, das das Daten-Streaming für immer verändern und endlich effizient machen soll. Dahinter steckt die in Hardware gegossene Unterstützung für Microsofts DirectStorage-API, welche unter anderem die Xbox One Series X zu rasantem Streaming ohne nennenswerte Ladezeiten verhilft. I/O, kurz für Datenzugriff und Transfers auf den Festspeicher und zurück, sei heutzutage immer noch unheimlich CPU-limitiert; selbst moderne Kernboliden könne man damit voll auslasten. Hier setzt DirectStorage respektive Nvidias Implementierung namens RTX IO an: Die Dekomprimierung der Daten wird ohne CPU-Umwege von der GPU erledigt und sei dadurch um einige Faktoren schneller. Ausgelegt sei RTX IO für PCI-E-4-SSDs, funktioniere aber auch mit älteren Datenträgern bis hinunter zur Magnetfestplatte. Die CPU-Belastung dabei sei "minimal, kaum messbar". Bekannt, aber erneut bekräftigt wurde außerdem, dass die neue Herangehensweise bei konsequenter Umsetzung Vorteile bei der Content-Erstellung und Speicherallokation habe. Natürlich gibt es all das nicht "for free": RTX IO benötigt eine explizite Integration durch Spiele-Entwickler, von selbst beschleunige sich nichts. Derzeit arbeite aber selbst Microsoft noch an DirectStorage für Windows 10, mit einem geplanten Release Anfang 2021 - wir hören hier folglich die ersten Klänge von Zukunftsmusik, welche erst im Laufe des nächsten Jahres lauter und deutlich werden. Die neuen Konsolen werden mit ähnlichen Funktionen dazu beitragen, dass eine Adaption stattfindet.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (87)

Weitere Appetithappen

Es freut uns, dass Sie trotz der sprichwörtlichen Wall of Text bis hierhin durchgehalten haben. Die übrigen Informationen präsentieren wir kurz und knapp und verweisen für weitere Details auf die anschließende Bildergalerie, welche die gesamte Präsentation abbildet. Nicht alle Info-Schnipsel sind wirklich neu, aber kamen aber bisher nicht oder nur am Rande zur Sprache. Weiteres ergibt sich automatisch mit dem Release der neuen Geforce-Grafikkarten. Den Anfang macht die Geforce RTX 3080, welche ab dem 17. September startet und die PCGH selbstverständlich zeitnah testet.

NVLink 3.0: Der neue Multi-GPU-Konnektor ist nur deswegen kleiner als NVLink 2.0 bei Turing, um den Airflow zu maximieren, folgt ergo dem Gesamtprinzip. NVLink 3.0 wird ausschließlich auf der Geforce RTX 3090 installiert, da es sich laut Nvidia um ein Enthusiasten-Feature handle, das am besten in Kombination mit 24 GiByte pro GPU genutzt werden könne.

DLSS 8K alias DLSS Ultra Performance: Der neue Modus ergibt nur in Kombination mit 8K-Auflösung Sinn, da es sich - wie bei jedem DLSS-Modus - um einen bestimmten Auflösungsmultiplikator bzw. Fragment handelt. DLSS Ultra Performance arbeitet, wenn 8K die Ausgabe-Auflösung darstellt, intern mit WQHD (abzüglich Rundungsfehler), ergo einem Neuntel der Basisauflösung (9× Super Resolution statt bisher maximal 4×). Spiele benötigen Patches, um DLSS 8K anzubieten; zu den ersten gehören Watch Dogs Legion, Wolfenstein Youngblood & Co. Voraussichtlich funktioniert der Modus auch mittels DSR, denn die übrigen DLSS-2.0-Modi tun es auch.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (31)
AV1 Decoder: Ampere unterstützt das Videoformat bei entsprechender Software-Umgebung, Updates für Google Chrome, VLC Player und weiteren in der Mache. 50 Prozent effizienter als H.264, bringt flüssige Bildraten dank geringer CPU-Auslastung.

RTXGI: Neues Beleuchtungs-Feature verfügbar in Unreal Engine 4.25. Deklassiert ältere Verfahren sowie DXGI und SVOGI, läuft asynchron zum Rest der Game Engine und ist daher gut skalierbar - und muss nicht vorgebacken werden, was Zeit spart. Laut Nvidia sehr beliebt bei Entwicklern, da hohe Performance auf allen möglichen Geräten, schnelle Adaption erwartet.

Geforce RTX 3090: Der bereits von Jensen Huang genannte Codename "BFGPU" bedeutet "Big Ferocious GPU" (Große, wilde/grausame GPU) und erinnert bewusst an eine legendäre Waffe in einem ebenso legendären Ego-Shooter. Die RTX 3090 verfügt über eine extrabreite Triple-Slot-Ausführung des Flow-Through-Designs für maximale Leistung; sie sei bis zu 50 Prozent schneller als die Titan RTX. Da die RTX 3090 im neuen Nvidia-Portfolio die Rolle der Titan einnimmt, wird sie nicht nur als Founders Edition, sondern auch in diversen Custom-Designs erhältlich sein.

Geforce RTX 3080: Sie erreicht laut Nvidias hauseigenen Benchmarks fast immer 60 Fps bei Ultra-HD-Auflösung. Bezogen auf Wolfenstein Youngblood soll sie mit RTX (und DLSS) 1,8 Mal so schnell sein wie eine GTX 1080 Ti (ohne RTX). Ebenfalls erwähnt wird ein Performance-Plus von bis zu 100 Prozent gegenüber einer RTX 2080 in Ultra HD ohne jegliche RTX-Effekte.

Geforce RTX 3070: Zu dieser Ampere-Grafikkarte ist bisher am wenigsten bekannt, da sie erst in rund vier Wochen startet. Laut Nvidia ist sie bei WQHD-Auflösung durchschnittlich 1,6x so schnell wie eine Geforce RTX 2070 und rund 1,7x so schnell mit aktivem Raytracing.
Quelle: Nvidia Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch (15)

[PLUS] Aufrüstbericht: Von Titan X Pascal auf RTX 2080 Ti

PCGH Plus: PCGH-Grafikkartenguru Raff hat Mitte 2019 privat von einer Titan X (Pascal) auf eine Geforce RTX 2080 Ti gewechselt. Top oder Flop? Ein gutes halbes Jahr später ist es Zeit für die Bilanz. Der Artikel stammt aus PC Games Hardware 04/2020.

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Nvidia Geforce RTX 30 Info-Bombe: Details zur Ampere-Architektur, Kühlung und Leistung vor dem Launch Wer glaubte, dass Nvidia und die Presse bis zum offiziellen Marktstart der Geforce RTX 3090, RTX 3080 und RTX 3070 schweigen würde, irrt. Bei diesem Grafikkarten-Launch ist alles anders, die Geforce-Macher veranstalten eine Informationsveranstaltung nach der anderen - selbstverständlich virtuell. PCGH lauschte aufmerksam und präsentiert Ihnen alle wichtigen Info-Happen kurz vor dem Start der RTX 3080.

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