130 Grafikkarten im Mega-Benchmark-Test: Geschichte

Special 01.11.2021 um 09:29 Uhr Raffael Vötter Als bevorzugte Quelle auf Google hinzufügen

130 Grafikkarten im Mega-Benchmark-Test - Auf der zweiten Artikelseite erwarten Sie zwölf Jahre Grafikkarten-Geschichte sowie eine Erläuterung der Ergebnisse.

In diesem Artikel

130 Grafikkarten im Mega-Test: GPU-Historie 2009

Vor gut zwölf Jahren, am 23. September 2009, war es so weit: AMD veröffentlichte mit der Radeon HD 5870 (PCGH-Test) die erste Grafikkarte mit voller Direct-X-11-Kompatibilität - einige Wochen bevor Microsoft mit Windows 7 das Software-Äquivalent herausgab. Cypress, das Herz der HD 5870 und späteren HD 5850, brachte neben der Technologieführerschaft 1.600 Shader-Einheiten in mehr als 2 Milliarden Schaltungen unter. In den Folgemonaten legte AMD sowohl die Mittelklassekarten der HD-5700-Reihe als auch die HD 5600/5500 und die kleine HD 5450 nach - noch bevor Nvidia die erste Direct-X-11-Karte ausliefern konnte. Deren GF100-Chip in Gestalt der Geforce GTX 480 und 470 verzögerte sich bis zum 27. März 2010. Fermi erfüllte die Erwartungen nur bedingt. Zwar konnte Nvidia mit der GTX 480 den Leistungsthron zurückerobern, allerdings zu (damals) exorbitanten Stromkosten und lauter Kühlung. Blickt man auf die frischen Benchmark-Ergebnisse, trennen die alten Streithähne nur 13 bis 18 Prozent. Die Bildraten fallen zumindest spielbar aus, man könnte also sagen, dass beide gleich gut gealtert sind. Nvidia hat im Duell bei vielen anderen Spielen jedoch Vorteile durch den um 50 Prozent größeren Speicher sowie den um rund zwei Jahre frischeren Treiber (Support-Ende im Jahr 2018 statt 2016).

Quelle: PC Games Hardware Geforce GTX 480: Heiß, laut, stromdurstig - all das brachte Fermi den Spitznamen "Thermi" ein. Tatsächlich war und ist das aber der einzige Kritikpunkt, GF1x0-GPUs sind in Würde ergraut.
HD 5000 war übrigens die letzte Produktreihe, bei welcher der Markenname ATI zum Einsatz kam. Die folgenden Grafikkarten segelten unter der Flagge von AMD, angefangen mit den im Oktober 2010 veröffentlichten HD-6800-Geschwistern. Während diese trotz der neuen Barts-GPU technisch unspannend waren, verdrahtete Nvidia seinen nunmehr als "Thermi" verschrienen GF100-Chip neu und veröffentlichte ihn im November als GF110 - Geforce GTX 580 und 570 waren geboren. Zusammen mit der schon im Sommer veröffentlichten GTX 460 ("Gamer-Fermi"), welche als Konkurrenz zur HD 5850 aufgestellt wurde, rettete das den Ruf der Architektur. Wer starke Kühlung bereitstellte, erreichte mit so manchem Fermi-Modell mitunter die 1-GHz-Marke.

Im Dezember 2010 folgte AMDs Antwort auf Fermi 2.0, die Radeon HD 6970/6950 (PCGH-Test). Mit dem Cayman-Chip wechselte AMD auf ein VLIW4-Shader-Design. Dieses benötigt weniger Platz als das bisherige VLIW5 und erhöht die Effizienz. Im Schnitt ist Cayman trotz (fast) gleicher Arithmetikleistung gegenüber Cypress besser ausgelastet. Das macht sich positiv in den Benchmarks bemerkbar und die standardmäßigen 2 GiByte Grafikspeicher helfen in Grenzfällen. Die Geforce GTX 580 ist und bleibt jedoch meistens schneller als die Radeon HD 6970. Damit endet die erst 2009 gestartete 40-nm-Ära.

Der nächste große Paukenschlag kommt Ende 2011: AMD informiert die Presse und erste Tests der Radeon HD 7970 (Codename "Tahiti") erscheinen - verfügbar ist die High-End-Grafikkarte jedoch erst Mitte Januar 2012. Erneut ist AMD vor Nvidia am Start und bringt die erste Grafikkarte mit Direct X 11.1, PCI-Express 3.0 und 28-Nanometer-Fertigung. Die runderneuerte Architektur "Graphics Core Next", kurz GCN, setzt auf sogenannte Compute Units als grundlegende Einheit. Die CUs basieren nicht mehr auf den bis dato bei AMD üblichen VLIW-Einheiten, sondern bestehen aus einer gemeinsamen Skalar- und vier Vektor-16-Einheiten. Dieses Arrangement lässt sich einfacher auslasten und bildet somit das Architektur-Fundament aller Radeon-GPUs bis Mitte 2019.
Quelle: PC Games Hardware Radeon HD 7970: Mit dem Tahiti-Chip als Startschuss der GCN-Ära setzte sich AMD selbst ein Denkmal. Dank wegweisender Konzeption sind die gut zehn Jahre alten Grafikkarten immer noch für das eine oder andere Spiel zu haben.

130 Grafikkarten im Mega-Test: GPU-Historie 2012

Am 22. März 2012 betrat ein neuer Physiker die Grafikbühne. Auch Nvidia baute seinen Shader-Multiprozessor um, Kepler bot neuerdings 192 statt 128 FP32-ALUs pro Einheit. Das führte zu einer deutlich höheren Peak-Arithmetikleistung, praktisch verhindern jedoch andere Limits, dass alles davon auf der Straße ankommt - Ampere hat ein ähnliches Problem. Die Geforce GTX 680 (PCGH-Test) erwies sich als schnelle, energieeffiziente Grafikkarte, welche knapp an der treiberseitig noch leicht gehandicapten Radeon HD 7970 vorbeiziehen konnte. Während die Fakten zum Launch für Nvidia sprachen, war das Potenzial der Hardware auf AMDs Seite, sodass PCGH in den folgenden Monaten meist die HD 7970 empfahl.

Die Radeon HD 7970 hat heute aus guten Gründen einen Legendenstatus inne und ist wohl das erste Produkt der "Fine Wine"-Kategorie. Damit ist die Tendenz gemeint, dass Radeon-Grafikkarten im Laufe der Zeit besser abschneiden als vergleichbare Nvidia-Chips, ergo reifen wie ein guter Wein. In diesem Fall ist die Sache eindeutig, die Tahiti-Modelle HD 7970/7950, deren spätere Boost-Revisionen und die technisch quasi-identischen Nachfolger R9 280(X) zeigen der Kepler-Oberklasse (GTX 680/770) heute meist nur noch die Rücklichter. Ursächlich dafür ist, dass GCN noch etwas Treiber-Liebe benötigte und sich die damals üppige Speichermenge von 3 GiByte erst in den Jahren nach 2013 auszahlte.

Apropos 2013: Im Februar dieses Jahres zeigte Nvidia, was Kepler wirklich kann - und prüfte nebenbei die Tiefe der Geldbeutel. Die 950-Euro-Grafikkarte Geforce GTX Titan (PCGH-Test) ließ mit 50 Prozent mehr Rechenleistung und dreimal so viel Speicher wie bei einer GTX 680 die Herzen aller Enthusiasten höher schlagen. Während die Spezialfunktion der Titan "Classic" - ihre bis zu 1,3 TFLOPS bei FP64-Berechnungen - in Spielen nie zum Einsatz kamen, punktete die Karte auch mit außerordentlichem Tuning-Potenzial. Mit anderen Worten: Ab Werk arbeitete der mächtige GK110-Chip mit einer Fußfessel. Die damals auf eigene Gefahr noch möglichen Firmware-Mods ließen das Biest von der Leine. Bis zu 1,25 GHz Kerntakt bei 350 Watt Leistungsaufnahme steckten in guten Karten, wodurch die Bildraten um 25 bis 30 Prozent anstiegen. Das entspricht ungefähr dem Niveau der erst im Herbst 2014 veröffentlichten Geforce GTX 980.

Quelle: Nvidia Geforce GTX Titan: 2013 waren 950 Euro tatsächlich unfassbar viel Geld für eine Enthusiast-Grafikkarte - heutzutage würden wir angesichts einer RTX 3090 für 950 Euro beinahe jubeln. Zeiten ändern sich.
Auf diese inoffiziell entfesselte Kraft hatte AMD zwar keine Antwort, doch im Schlagabtausch mit Werkseinstellungen machte der Radeon R9 290X (PCGH-Test) niemand etwas vor. Dank bis zu 1 GHz Kerntakt (mit "Uber Mode"-BIOS) und 512-Bit-Speicherschnittstelle erklomm die im Oktober 2013 erschienene Grafikkarte den Thron. Die GTX 780 aka "Titan Light" hatte trotz höheren Preises keine Chance gegen das Hawaii-Topmodell und bot außerdem nur 3 anstatt 4 GiB Speicher. Letzteres galt auch für die noch 2013 erschienene GTX 780 Ti, welche zusammen mit der im Februar 2014 nachgeschobenen GTX Titan Black die Kepler-Reihe vollendete. Wie Sie den frischen Benchmarks entnehmen, hat sich an den Machtverhältnissen nichts Grundlegendes geändert - aber nur, weil ein Teil der Betrachtung aus Kompatibilitätsgründen fehlt. Wie wir unter anderem in der PCGH 04/2017 aufzeigen, laufen Spiele, die Nutzen aus den Lower-Level-Schnittstellen Direct X 12 und Vulkan ziehen, auf Kepler in der Regel unterdurchschnittlich, während der Hawaii-Chip beflügelt wird.

Das ereignisreiche Jahr 2015 beginnt mit der letzten "Geforce GTX" Titan X (PCGH-Test). Der GM200-Chip startet direkt im Vollausbau und protzt mit 12 GiByte Speicherkapazität. Es dauerte fast sechseinhalb Jahre (!), bis Nvidia diese Menge auf eine High-End-Geforce lötete. Wie bei Kepler folgte auch hier eine abgespeckte Variante, die Geforce GTX 980 Ti (PCGH-Test) mit "nur" 6 GiByte Speicher. Zusammen mit den bereits im Herbst 2014 veröffentlichten und sehr populären Modellen GTX 980 und GTX 970 hatte Nvidia eine logische Produktstaffelung. Ganz anders AMD. Deren einzige echte Neuerung wirkte auf dem Papier hoch spannend, enttäuschte jedoch in der Praxis. Als erstes Endkunden-Produkt setzte der Fiji-Chip auf High Bandwidth Memory, kurz HBM. Die vier je 1 GiByte großen Speicherstapel waren mit jeweils 1.024 Bit angebunden und erreichen zusammen die enorme Transferrate von 512 GByte/s. Da GM200 selbst in abgespeckter Form ein harter Gegner war, taktete AMD sein Fiji-Topmodell Fury X mit 1.050 MHz bis über die Schmerzgrenze und musste dafür eine Flüssigkühlung mit Radiator einsetzen. Das wäre nicht weiter schlimm gewesen, wenn die Pumpe der ersten Charge ohne Störgeräusche ausgekommen wäre - der Rest arbeitete angenehm leise.

Im großen Duell scheiterte die Fury X knapp an der GTX 980 Ti. Die Tendenz der AMD-Karte, speziell bei hohen Auflösungen zu glänzen, vertrug sich schon damals nicht gut mit der auf 4 GiByte limitierten Technik. Mit den Jahren wurde diese Schwäche und somit Nvidias Vorsprung größer - zumal sich Maxwell-GPUs mit entsprechendem Kühlaufwand um bis zu 30 Prozent übertakten ließen, während Fiji bei spätestens 10 Prozent am Ende war. Etwas Linderung brachten die langsam aufkommenden Lower-Level-APIs DX12 und Vulkan, welche mit Asynchronous Compute eine Art Out-of-Order-Execution erlauben und damit die Auslastung der ALUs steigern können. Das hilft naturgemäß wenig, wenn der Speicher überläuft, erlaubt aber Achtungssiege. Letztere erreichten auch die im selben Jahr veröffentlichten "Hawaii 2.0"-Grafikkarten Radeon R9 390 und 390X. Der nunmehr Grenada genannte Kern durfte auf 6 GT/s schnellen und doppelt so großen Speicher zurückgreifen. Die Kombination aus allem bescherte AMDs 300er-Modellen ein langes Spiele-Leben, aus den Achtungssiegen wurde Normalität. Mit etwas Leidensfähigkeit kommt man selbst heute mit einem Grenada-Modell aus und erfreut sich mindestens an maximalen Texturdetails.

Quelle: PC Games Hardware Radeon R9 (Ba)Nano: Der wahre Star des Fiji-HBM-Experiments ist nur rund 15 Zentimeter kurz, effizient und schon jetzt ein gefragtes Sammlerobjekt. Sweet!

130 Grafikkarten im Mega-Test: GPU-Historie 2016

Das Jahr 2016 handelte unter anderem von der Umstellung auf die sehr populäre Pascal-Generation und AMDs Polaris. Beim P10, so der Codename des Chips, brachte AMD dank neuer, von Globalfoundries bereitgestellter 14-nm-Fertigung 2.304 FP32-ALUs und 5,7 Milliarden Transistoren unter. Doch die Radeon RX 480 scheiterte an den zuvor vom Marketing geschürten Erwartungen. Die Leistung und Effizienz auf dem Niveau der fast zwei Jahre alten Geforce GTX 980/970 war dafür günstig zu haben. Beim Blick auf die frischen Benchmarks macht Polaris eine passable Figur (vor allem als Takt-Re-Revision in Gestalt der RX 590), in vielen modernen Spielen erzielt die Architektur jedoch enttäuschende Bildraten unterhalb von GM204.

Ganz anders Pascal. Nvidias letzte kompromisslos auf Rasterizing-Leistung getrimmte Architektur startete im Sommer 2016 als Titan X (offiziell ohne "Geforce GTX"). Mit dem GP102-Chip ging Nvidia gezielt Maxwells Schwächen an, darunter das mangelhafte Asynchronous Compute, und schnürte ein Paket mit zahlreichen Rechenwerken und hohen Taktraten, die erstmals an 2 GHz heranreichten. All das gilt auch für die im März 2017 nachgeschobene, nur leicht abgespeckte Geforce GTX 1080 Ti (PCGH-Test). Beide Modelle zeigen selbst im Herbst 2021 nur kleine Fältchen, sofern man auf Raytracing verzichten kann.

Quelle: PC Games Hardware Mit der Titan X geht Nvidia 2016 in die Vollen: Der GP102 ist der letzte kompromiss auf Rasterizing-Leistung getrimmte Grafikprozessor und daher selbst fünf Jahre später noch angenehm schnell.
Über die Geforce GTX 1080 und GTX 1070 müssen wir vermutlich keine weiteren Worte verlieren, diese demonstrieren schließlich in fast jedem Benchmark-Test ihren erfolgreichen Kampf gegen die Zeit. Vega 10, AMDs Antwort im Sommer 2017, ergeht es ähnlich. Die Modelle Vega 56 und 64 boten Nvidia erfolgreich Paroli, tranken im Vergleich aber stets über den Durst. Wie wir unter anderem im Nachtest der Ausgabe 10/2018 erläutern, lieferte AMD zwar eine interessante, erneut von High Bandwidth Memory beschleunigte Technik, die meisten der Spezialfunktionen zündeten jedoch nie. Im Mittel über alle modernen Spiele schneiden die Vega-Geschwister etwas besser ab als vor vier Jahren, signifikant ist die "Fine Wine"-Reifung aber nicht. Immerhin: Anders als Polaris leistet sich Vega aka GCN 1.4 keine nennenswerten Ausfälle in Spielen.

All das wurde im Sommer 2019 noch besser. Mit RDNA (1.0) schickte AMD die im Kern achteinhalb Jahre alte GCN-Architektur aufs Abstellgleis. Ein runderneuerter, auf höheren Durchsatz optimierter Shader-Core sorgte zusammen mit moderner 7-Nanometer-TSMC-Fertigung für frischen Wind. Die Radeon RX 5700 und 5700 XT (PCGH-Test) reichen pro Zyklus und Einheit an Nvidias Turing-Oberklasse heran, sodass die Geforce-Macher mit "Super"-Versionen der RTX 2070 und 2060 nachlegten. Egal welches der genannten Modelle man in den Benchmarks betrachtet, sie performen noch genauso gut wie vor über zwei Jahren. Weder in den älteren Spielen noch in den neuesten Blockbustern ist eine Verschiebung der Machtverhältnisse erkennbar. Während man von Nvidia eine konsistente Leistung seit jeher kennt, erreicht nun auch eine Radeon-Generation konstant gute Ergebnisse.

Bereits im Spätsommer 2018 läutete Nvidia das nächste Kapitel auf dem Weg zum Fotorealismus ein: Echtzeit-Raytracing sollte es richten. Obwohl die Kalifornier schlicht die Ersten waren, welche den industrieweiten Beschluss umsetzten, ernten sie reichlich Kritik. Die Turing-Architektur sei zu langsam und vor allem zu teuer - beides valide Argumente. Die Stimmen, man hätte die Kernfläche auch für weitere "klassische" Rechenwerke à la Pascal nutzen können, sind spätestens heutzutage verstummt. Raytracing ist in nunmehr 47 Spielen angekommen und das anfangs zurecht belächelte Deep Learning Super Sampling (DLSS) ist zu einem echten Mehrwert herangereift. Die Geforce RTX 2080 Ti (PCGH-Test) macht daher selbst drei Jahre später noch eine gute Figur, da sie keine nennenswerten Schwächen aufweist und alle modernen Features rund um Direct X Raytracing (DXR) 1.1, Variable Rate Shading (VRS) und Sampler Feedback unterstützt.

Quelle: PC Games Hardware Geforce RTX 2080 Ti: Im Herbst 2018 kassierte Nvidia reichlich Kritik für den saftig bepreisten Raytracing-Alleingang, doch mit jedem Jahr wurde die Turing-Top-Geforce besser - "Fine Wine", bottled by Nvidia.

130 Grafikkarten im Mega-Test: GPU-Historie 2020

Nach Monaten der Gerüchte kam im September 2020 der Turing-Nachfolger in den Handel. Mit der Ampere-Architektur nahm sich Nvidia der damaligen Kritik an und verdoppelte nicht nur die Raytracing- und Inferencing-Leistung, sondern auch den für konventionelle Spiele essenziellen FP32-Durchsatz. Wenig überraschend überbot sich Nvidia damit erfolgreich selbst. Doch irgendetwas war sprichwörtlich im Busch. Einerseits war die Geforce RTX 3080 (PCGH-Test) mit 699 Euro Startpreis (mittlerweile 719 Euro) gefühlt zu günstig - ein Symptom der früheren Hochpreispolitik. Andererseits kam die Frage auf, warum die beiden GA102-Modelle mit Realverbräuchen von 330 respektive 355 Watt einen derart großen Durst haben. Zunächst fiel der Verdacht auf Samsung, den Fertiger aller Ampere-GPUs, dessen 8N-Prozess nicht die Packdichte und Effizienz von TSMCs N7P erreicht. Ein nicht unwesentlicher Teil der Abwärme und Energie wird außerdem vom erstmals eingesetzten GDDR6X-Speicher verursacht.

Nvidia argumentierte noch 2020, dass der Chip ansehnlich mit Takt skaliere und man dieses Polster gerne an die Kunden weitergeben würde. Der wahre Grund für den großen Stromdurst dürfte aber die anrollende Konkurrenz sein, welche im November und Dezember die Bühne betrat. RDNA 2 führte zwar keine erhöhte Schlagkraft pro Rechenwerk ins Feld, aber dafür wesentlich höhere Taktraten und einen Effizienz-Trick, der sich gewaschen hat. Dank des "Infinity Cache" genannten, besonders großen Level-3-Zwischenspeichers direkt im Grafikprozessor erreicht AMD eine ungeahnt hohe Leistung schon mit 300 Watt Boardpower. Man munkelt, dass Nvidia ursprünglich mit kleineren Watt-Zahlen jongliert habe, schließlich bewegten sich zahlreiche GPU-Generationen seit Kepler im 250-Watt-Dunstkreis, nur die Titan RTX musste aufgrund ihres verdoppelten Speichers auf 280 Watt hochgestuft werden.

Im Dezember 2020, mit den damaligen Spielen und Benchmarks, ging die Idee für Nvidia noch voll auf. Doch viele der neu erschienenen Titel schmeckten der neuen AMD-Architektur auffallend gut und die zweite Effizienz-Funktion - Smart Access Memory oder kurz SAM - half, weiteren Boden gutzumachen. Somit stehen wir dort, wo wir aktuell sind. Im amtierenden GPU-Leistungsindex hält sich Nvidia knapp in Führung; sparsamere Varianten würden zurückfallen.

Quelle: PC Games Hardware Radeon RX 6000: Mit RDNA 2 alias Navi 2x ist nach Jahren der Abwesenheit zurück an der Leistungsspitze - zumindest beim Rasterizing, denn in Sachen Raytracing rendert Nvidia meist allein auf weiter Flur.