Geforce RTX 4000: Wo kommt die Leistung her? Ein erster Blick auf die Architektur
Wir wagen einen ersten Blick auf die Architektur von Lovelace und stellen die Frage, woher die Mehrleistung der Geforce RTX 4000 kommt?Artikel teilen
Mit der Geforce RTX 4000 startet auch eine verbesserte Architektur, auf die wir einen ersten Blick werfen wollen, während ein ausführlicher Bericht natürlich zum Test-Embargo auf der Webseite und dann auch im Heft folgt. Hier wollen wir in erster Linie die Frage klären: Was ist neu an Lovelace, das die hohen Performance-Zuwächse verspricht?
Wie üblich sind es mehrere Faktoren, die der Mehrleistung zuträglich sind. Einiges davon kann direkt verwertbare Rohleistung sein, anderes lässt sich nicht immer umsetzen und das wird und mit der Weiterentwicklung der Technik zunehmend häufiger der Fall. Das heißt konkret: Spiele müssen gewisse Dinge auch unterstützen oder nutzen, um diese Mehrleistung zu sehen. Nvidia gibt seine Werte kumuliert an: Die Geforce RTX 4090 ist also laut Marketing um den Faktor zwei bis vier schneller, wenn möglichst viele der Sterne in einer günstigen Konstellation stehen.
Quelle: Nvidia
Geforce RTX 4000: Streaming-Multiprocessor-Layout
Quelle: Nvidia
Geforce RTX 4000: Raster Engine
Die offensichtlichste und am einfachsten zu nutzende Mehrleistung kommt aus der Anzahl der Shader-Cluster (bei Nvidia SM), von denen es bei der Geforce RTX 4000 derzeit maximal 144 gibt - der theoretische Vollausbau. Ein Cluster enthält, wie bei Ampere, 64 FP32-Einheiten und 64 FP32/INT32-Einheiten, 4 Textureinheiten, 4 Tensor-Kerne (Gen 4), ein Raytracing-Kern (Gen 3) und den L1-Cache mit 128 KiB. So kommen die 18.432 FP32-Shader zusammen, von denen die Hälfte exklusiv FP32 berechnet und die andere Hälfte entweder FP32 oder INT32. Das Layout der Einheiten zueinander ist damit wie bei Ampere - Nvidia hat hier nichts an der Quantität gedreht. Selbst die Raster Operations Pipeline bleibt mit 16 pro Raster-Engine (Vollausbau: 12 Raster-Engines) gleich.
Doch den Vollausbau gibt es im Moment nicht: Von den 144 SM sind bei der Geforce RTX 4090 128 SM bzw. 16.384 FP32-Shader übrig, die lange auch die Gerüchteküche vorhersagte. Die zweite, noch recht offensichtliche Leistungssteigerung, ist in der Regel der Takt. Mit 2.235 MHz Basis und 2.520 MHz Boost-Takt legt die RTX 4090 im Vergleich zur RTX 3090 Ti mit ihren 10.752 Shadern (1.560/1.860 MHz) merklich zu. Die reine Mehrmasse an Recheneinheiten verfliegt aber schnell: Die RTX 4080 16GB hat noch 9.728 Shader und die RTX 4080 12GB 7.680 Shader, während die Taktraten aller angekündigten Modelle um 2,5 bis 2,6 GHz Boost liegen.
Quelle: Nvidia
Geforce RTX 4000: Blockdiagramm von Ada Lovelace
Die erste große Neuerung (im wahrsten Sinne) auf dem Chip ist der aufgebohrte L2-Cache, der nun maximal 96 MiB bei einem Vollausbau betragen kann; 72 MiB sind in der Geforce RTX 4090 übrig. Das ist wesentlich mehr als die 6 MiB der Geforce RTX 3090 Ti, wenn man die noch einmal als Vergleich heranzieht. Nvidia trägt hier im Prinzip die Entwicklung größer werdender Caches bei AMD Rechnung und das sieht man im Blockdiagramm deutlich. Größerer Cache ist aber bereits der ein Mehrwert, der sehr Fall-abhängig sein kann. Wie auch das neue Shader Execution Reordering, kurz SER. Das verspricht zwei bis drei Mal schnellere Abarbeitung von Aufgaben, aber selbst Nvidia spricht im Schnitt von nur noch 25 Prozent mehr Leistung als bei einer Operation ohne SER.
Weitere Mehrleistung zieht Nvidia aus den neuen Ausbaustufen der Tensor- und Raytracing-Kerne, die deutlich schneller zu Werke gehen sollen. Das Marketing nennt Faktoren von zwei bis drei bei Berechnungen und Durchsätzen; etwa beim Optical Flow Accelerator. Der soll jetzt das 2- bis 2,5-fache der Leistung abliefern, die noch bei Ampere zu haben war. All das kann man aber nur freilegen, wenn man die Einheiten auch tatsächlich optimal nutzt - beispielsweise in Cyberpunk 2077 mit Raytracing und DLSS3. DLSS 3 nutzt den Trick, ganze Frames vorzuberechnen und einzuschieben. Puristen aber werden bei KI-gesteuerter Verrechnung von Pixeln Schnappatmung bekommen.
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Und falls sie fragen, was mit dem Speicher ist: Auch der ist natürlich immer für Mehrleistung gut, aber die Konfigurationen von Lovelace sind auf dem Papier nur marginal anders als bei Ampere. Hier und da mag das ein Framechen geben, aber es bleibt vordergründig die veränderte Speichermenge, von denen der geschätzte Kollege mit dem R und dem V klar zur 16-GiB-Fassung (oder mehr) raten wird. Doch das muss einem 1.469 Euro wert sein. Apropos R und V: Wie schnell Lovelace ohne Hokus-Pokus ist, das klärt Grafikkarten-Guru Raff in den kommenden Wochen und Monaten. Da wird sich dann auch zeigen, ob Ada die versprochenen Effizienzzuwächse halten kann.
Kommentare (11)
Zur Diskussion im Forum-
Von Ishigaki-kun Freizeitschrauber(in)Ich hatte ja eher damit gerechnet, dass nvidia den Superheizlüfter Heatforce HTX 4090 veröffentlicht. Wird schließlich ein kalter Winter mit dem mangelnden Gas, da braucht man leistungsstarke Elektro-Heizgeräte.
Ne, Spaß mal beiseite, wo ich mich die letzten Jahre bei der eigentlichen Leistungsbetrachtung etwas zurückgehalten habe, war das schon interessant zu sehen, was sich so geändert hat.
Ich habe so das Gefühl, die 4090 wird mit mehr Stromverbrauch noch halbwegs gut skalieren, während die 4080 mit reduziertem PT ein echtes Effizienzwunder wird.
Die Wahrheit sehen wir dann in 3 Wochen.