Geforce RTX 4070 im Test: Technik-Powerhouse

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Test 13.04.2023 um 16:12 Uhr Raffael Vötter Als bevorzugte Quelle auf Google hinzufügen

Mit der RTX-40-Reihe bietet Nvidia nicht bloß mehr vom Alten, sondern auch neue Funktionen im Chip. Ein kleiner Technik-Tauchgang mit und rund um Ada Lovelace.

In diesem Artikel

Mit der "Ada-Lovelace"-Mikroarchitektur erfand Nvidia das Rendering-Rad im Oktober 2022 zwar nicht neu, beschleunigte jedoch diverse Rechenwerke und führte neue Funktionen ein. Einige davon wirken immer, da sie durch Logik- und Takt-Verbesserungen kommen, andere benötigen eine Ansprache durch Spiele- und Programm-Entwickler - sind dann aber besonders effektiv. Sehen wir uns an, was die Ada-Drillinge im Gepäck haben und wie der Vorgänger Ampere im Vergleich dasteht.

Geforce RTX 4070 (Ti): AD104

Der bislang kleinste Ada-Prozessor hört auf den Namen AD104. Auf der Geforce RTX 4070 Ti kommt er in einer für alle Gaming-relevanten Belange vollständigen Konfektion namens AD104-450 zum Einsatz. Diese beinhaltet 5 Graphics Processing Clusters (GPCs), 30 Texture Processing Clusters (TPCs), 60 Streaming-Multiprozessoren (SMs), somit 7.680 FP32-ALUs sowie eine 192-Bit-Speicherschnittstelle mit sechs 32-Bit-Controllern und 48 MiByte Level-2-Zwischenspeicher. Pro SM sind außerdem zwei FP64-ALUs enthalten, sodass die FP32:FP64-Rate wie bei Ampere 64:1 beträgt. Auf der Geforce RTX 4070 setzt Nvidia den Roftstift an und legt einen GPC sowie insgesamt 14 SMs still, womit in diesem AD104-250 auch 12 MiByte L2-Cache deaktiviert werden.

AD104-Trio

AD104-Vollausbau RTX 4070 Ti RTX 4070

Vollbild-Vergleich

Geforce RTX 4080: AD103

Der zweitgrößte Ada-Prozessor AD103 beinhaltet 7 Graphics Processing Clusters (GPCs), 40 Texture Processing Clusters (TPCs), 80 Streaming-Multiprozessoren (SMs), somit 10.240 FP32-ALUs sowie eine 256-Bit-Speicherschnittstelle mit acht 32-Bit-Controllern und 64 MiByte Level-2-Zwischenspeicher. Pro SM sind außerdem zwei FP64-ALUs enthalten, sodass die FP32:FP64-Rate wie bei Ampere 64:1 beträgt. Die Geforce RTX 4080 verwendet einen leicht abgespeckten Chip mit der Kennung AD103-300, bei dem das volle Speicher-Subsystem mit allen Caches und Datenbahnen aktiv ist. Der Kern arbeitet jedoch nur mit 76 von 80 Shader-Multiprozessoren (-5 %). Reserven für eine nachfolgende Geforce RTX 4080 Super, welche den vollen Chip sowie höhere Taktraten auffährt, sind folglich gegeben.

Geforce RTX 4090: AD102

Die "Ada-Vollversion" AD102 beinhaltet 12 Graphics Processing Clusters, 72 Texture Processing Clusters, 144 Streaming-Multiprozessoren, somit 18.432 FP32-ALUs sowie eine 384-Bit-Speicherschnittstelle mit zwölf 32-Bit-Controllern. Pro SM sind außerdem zwei FP64-ALUs enthalten, sodass die FP32:FP64-Rate wie bei Ampere 64:1 beträgt. Die Geforce RTX 4090 basiert nicht auf dem Vollausbau des AD102, sondern einem verhältnismäßig starken Beschnitt namens AD102-300. Dieser bietet 128 SMs, 16.384 FP32-ALUs (je -11 %) und 72 anstelle von 96 MiB Level-2-Cache (-25 %). Reserven für eine Geforce RTX 4090 Ti respektive neue Titan-Grafikkarte sind folglich geschaffen. Außerdem gehen wir davon aus, dass der AD102 in weiter abgespeckter Form auch für eine Geforce RTX 4080 Ti Verwendung finden wird.

Raytracing Cores 3.0

Nachdem Turing (RTX 20) dedizierte Hardware-Einheiten für das Raytracing einführte, verbesserte Nvidia diese Rechenwerke erstmals in Ampere (RTX 30) um Faktor 2. Für die dritte Generation Ada Lovelace (RTX 40) nennt Nvidia eine erneut verdoppelte Ray-Triangle Intersection Rate gegenüber Ampere - pro Takt. Die RT-Cores 3.0 melden folglich doppelt so schnell einen Hit oder Miss beim Durchstöbern der Raytracing-Datenstruktur (BVH) und viermal so schnell wie jene in Turing. Während diese Verbesserung automatisch in Kraft tritt, verfügt Ada außerdem über zwei Funktionen, die eine deutlich höhere Leistung erlauben, sofern ein Entwickler diese explizit anspricht. Da wäre die doppelte Alpha-Traversal-Rate, welche mithilfe der sogenannten Opacity Micromap Engine (OMM) möglich wird. Dahinter steckt eine Funktion, um die beim Raytracing grundsätzlich problematischen Objekte mit Transparenzwert (Alpha) - wie Blätter oder Zäune - effizienter abzuarbeiten. Zu guter Letzt bieten Adas RT-Kerne eine sogenannte Displaced Micro-Mesh Engine (DMM), bei der es sich um eine Art spezielle Tessellation für Raytracing-Workloads handelt. Durch die Erzeugung feiner Details innerhalb der RT-Kerne (anstelle der kompletten Pipeline) soll die Erstellung der BVH-Datenstruktur (Bounding Volume Hierarchy) satte zehnmal schneller vonstattengehen und nur noch 1/20 des Speichers benötigen. Doch das ist Zukunftsmusik, derzeit ist kein Spiel mit diesen Funktionen bestätigt.

Shader Execution Reordering (SER)

Beim Shader Execution Reordering handelt es sich um eine weitere Effizienzfunktion, welche Raytracing-Berechnungen auf die Sprünge helfen soll. Das Feature ist in der Lage, die gerade bei komplexem Raytracing diffus anfallenden Arbeitsanweisungen vorzusortieren, damit das Shading effizienter und ohne "Luftblasen" in der Pipeline vonstattengehen kann. Im Gegensatz zu Intel, deren vergleichbare Thread Sorting Unit (TSU) autark agiert, benötigt Nvidias SER-Einheit eine gezielte Ansprache durch die Applikation. Das lohnt sich, laut Nvidia steigt die Leistung durch SER bestenfalls um den Faktor 2. Das Feature ist neu in Ada, weder Ampere noch Turing verfügen über diesen optionalen Kniff. Derzeit können Entwickler SER nur über NVAPI-Erweiterungen implementieren, doch Nvidia arbeitet laut eigener Aussage mit Microsoft zusammen, um das Feature im Rahmen von DirectX zu spezifizieren - beispielsweise im Rahmen eines neuen DXR Tier 1.2.

Optical Flow Accelerator (OFA)

Das wohl spannendste Feature einer RTX-40-Grafikkarte ist DLSS 3, denn die dritte Hauptversion des KI-gestützten Upsamplings führt eine sogenannte Frame Generation (FG) ein. Hierbei wird nicht stumpf von Frame zu Frame interpoliert, um mehr Bilder pro Sekunde zu erhalten, sondern mithilfe von zwei Informationsströmen gearbeitet. Da wären die vom Spiel bereitgestellten Bewegungsvektoren (Motion Vectors), welche beispielsweise angeben, in welche Richtung sich Objekte bewegen - diese Information ist bereits für erfolgreiches DLSS-2-Upsampling notwendig. Hinzu kommt die neuartige Optical Flow Estimation, welche unter anderem bei Objekten hilft, für die keine Bewegungsvektoren gemeldet werden wie Partikel. Ausgeklügelte Algorithmen sorgen dafür, dass nach jedem echten Frame jeweils ein künstliches auf der GPU erzeugt wird, ohne dass der Prozessor davon weiß. Dadurch kann Frame Generation auch bei CPU-limitierten Szenarien die Bildrate (bestenfalls) verdoppeln.

Laut Nvidia ist der Optical Flow Accelerator (OFA) ein wichtiger Pfeiler des Erfolgs. Dabei handelt es sich um eine dedizierte Recheneinheit, welche in jedem Grafikprozessor einmal vorhanden ist. Ampere verfügt über die erste Inkarnation eines OFA, mit bestenfalls 126 Tera-OPS (in der Geforce RTX 3090 Ti). Die Ada-Chips AD102, AD103 und AD104 verfügen hingegen über je einen OFA mit gut 300 TOPS, ergo Faktor 2,5 gegenüber der besten Ampere-Lösung. Diese Verbesserung macht Frame Generation laut Nvidia erst ohne lästige Latenz bei guter Qualität praxistauglich. Mehr zu DLSS 3 mit Augenmerk auf die Geforce RTX 4070 (Ti) lesen Sie im Artikel DLSS 3.0 und die clevere Frame-Generation.