Geforce GTX 480/470 im Test: Techdemos, PhysX und Folding @ Home

Geforce GTX 480/470 im Test: Stone Giant
In der in letzter Minute zur Verfügung gestellten Techdemo "Stonegiant" wird ein riesiger Felsgolem von einer Horde Insekten angegriffen und setzt sich überraschend zur Wehr. Wir haben die Demo auf die 1680-x-1.050er-Auflösung beschränkt, um einen allzu hohen Videospeicher-Verbrauch auszuschließen. Kantenglättung und der anisotrope Texturfilter griffen - per Treiber forciert - in der Demo nicht. Eine Radeon HD 5870 erreicht im Mittel 33,8 Fps (Min: 21), die Geforce GTX 480 kommt mit 61,6 Fps (Min: 42) fast auf das Doppelte. Die Geforce GTX 470 schiebt sich mit 51,2/35 Fps dazwischen.

Zwar ist im Verzeichnis von Stonegiant eine "Cudart.dll"-Datei und die Demo verwendet die Physx-API, jedoch läuft die Simulation sowohl laut Aussage von Nvidia als auch der "Physx Visuelle Anzeige" nach zu urteilen auf der CPU. Die drastischen Performance-Unterschiede dürften also am ehesten daher rühren, dass AMDs Treiber noch nicht auf diese Demo optimiert sind. Auf einer Geforce GTX 285 startete die Demo ebenfalls, jedoch fehlten viele Effekte. Die Fps lagen dabei jedoch immerhin bei 62,5 im Mittel und minimal bei 44.

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Physx-Benchmark: Nvidia-Techdemo "Raging Rapids Ride"
In dieser Physx-Techdemo von Nvidia flitzt ein kleines Boot durch einen von Stromschnellen beherrschten Wasserlauf. Felsen im Wasser, herabstürzende Gesteinsbrocken und treibende Baumstämme stellen die Hindernisse für den Rigid Body Solver dar, der die Kollisionserkennung mit dem Boot übernimmt. Die Flüssigkeitssimulation wechselt sich mit einer Partikelberechnung an den Wasserfällen ab, die Tore, welche das Boot durchfahren muss, werden über eine Cloth-Simulation berechnet. Diese vielen Physx-Kernel, zwischen denen die Berechnung abwechselt und zu denen noch die Grafikberechnung hinzukommt, sind die Höchststrafe für einen GT200, welcher die verschiedenen Kernel-Sorten nacheinander abarbeiten muss. Der GF100 kann zumindest die Physik-Berechnungen parallel auf dem Chip abarbeiten. Zudem hat diese Demo eine Option für CPU-Physik, welche sogar Multicore-Unterstützung bietet und die Wassersimulation auf die CPU-Kerne verteilt - diese haben wir natürlich mitgetestet. Angeben sind die durchschnittlichen Fps der ersten 1000 Frames.

Mit einem CPU-Thread klettert die Leistung über weitere Threads kontinuierlich weiter nach oben und erreicht bei 4 Threads 19,2 statt 14,9 Fps - mit acht Threads fällt die Leistung aber auf 13, Fps ab. Ab dem dritten Kern scheint sich unsere Test-CPU mit dem Hyperthreading zu verheddern - anders ist die reproduzierbar stark sinkende Performance kaum zu erklären. Die GTX-400-Karten kommen zudem wesentlich besser mit den wechselnden Physx-Kerneln zurecht und landen um mehr als das Doppelte vor der GTX 285. Letztere erreicht 22,2 Bilder pro Sekunde, die GTX 470 bereits 52,5 und die GTX 480 53,3 Fps.

Auf der Radeon startet der Benchmark nicht, da die Physik-Solver außer der Wassersimulation weiterhin auf der Grafikkarte laufen - was auch den geringen Unterschied zwischen der CPU und der GTX 285 erklären könnte.

Geforce GTX 480/470 im Test: Folding @ Home
Auch das Projekt zu verteilten Berechnungen, welches unter anderem mithilfe der GPU auf der Suche nach Heilmittelansätzen für Alzheimer, Kreutzfeld-Jacobs oder Parkinson ist, kann von der verstärkten Rechenleistung der GTX-400-Reihe profitieren. Mittels eines Vorab-Clients, welcher von Nvidia zur Verfügung gestellt wurde, haben wir die Folding-Leistung gegen eine GTX 285 geprüft. Punktemäßig schneiden Nvidia-Karten hier traditionell stark ab, weil die Client-Software für AMDs Radeon-Karten noch immer suboptimal läuft und bestimmte Berechnungen doppelt durchführen muss. Daher haben wir hier auch keine Radeon als direkten Vergleich mit aufgeführt.

Geforce GTX 480/470 im Test: GPU-Rendering mit Power Director 8
Wie schon in unserem Heft-Artikel in der Ausgabe 02/2010 haben wir eines der praxistauglichsten Szenarien mit einem brauchbaren und dennoch bedienerfreundlichen Programm getestet. Dabei wählten wir ein fünfminütiges MPEG-2-Video (651 MB) als Ausgangsbasis und konvertierten es mit GPU-Unterstützung sowohl in das MPEG-4-Format für das Iphone (beste Qualität) als auch ins AVCHD-Format (H.264) mit voller 1.920-x-1.080-Auflösung. Unterschiede ergaben sich dabei je nachdem, ob wir die GPU auch die Decodierung des Videos übernehmen liessen. Daher geben wir zwei Zeitwerte an: Der erste ist mit HW-Decode gemessen und die GPU muss zwischen den Kernels hin- und herschalten, beim zweiten musste die CPU diese Aufgabe stemmen - kein Problem für unser 4-GHz-Core-i7-System.

Das Iphone-Format berechnet die GTX 480 mit 92 Sekunden am flottesten, gefolgt von der HD 5870 mit 104 Sekunden; die GTX 285 fällt mit 127 Sekunden ab. Muss die CPU den Kernel wechseln, liegen alle drei Karten im Bereich von 53 bis 56 Sekunden praktisch gleichauf. Das H.264-AVCHD-Format berechnet die GTX 480 mit 93 Sekunden mehr als doppelt so schnell wie die GTX 285 (194 Sekunden), die HD 5870 erreicht 148 Sekunden.

Die Radeon blieb während der HW-Decode-Einstellung auf den UVD-Taktraten von 400/1.800 MHz, alternierte bei abgeschalteter HW-Decodierung zwischen dem Idle-Takt von 157/600 MHz und der vollen 3D-Taktrate. Die Geforce-Karten erreichten in beiden Fällen volle 3D-Leistung.

Physx-Benchmark: Dark Void Demo
Die Dark-Void-Demo zeigt auf Basis der Unreal Engine 3 und Nvidias Physx-API einige hübsche Partikeleffekte im integrierten Benchmark. Dort ist jedoch lediglich die Stufe "Low" anwählbar - alternativ bleibt Physx abgeschaltet. Diese Einstellungen benchten wir auch in der praxisnahen Auflösung 1.680 x 1.050 mit 4x MSAA und 16:1 AF.

Ohne Physx liegt die GTX 480 mit 160 Avg-Fps knapp in Front. Die HD 5870 erreicht 146, die GTX 470 128,1 und die GTX 285 120 Fps. Mit der niedrigen PhysX-Stufe bricht die Radeon (genauer: die CPU) mangels GPU-Physx auf 15 Fps ein, die GTX 480 trumpft mit 82,7 Fps auf. Die GTX 470 kommt auf knapp 70 Fps, die GTX 285 auf nur 40 Bilder pro Sekunde.

Erwartungsgemäß fallen also die Fps ins Bodenlose, sobald die CPU die Physikberechnung schultern muss. Ohne Physx-Effekte ist die 6 Monate alte Radeon HD 5870 jedoch durchaus konkurrenzfähig und platziert sich zwischen den beiden neuen Geforces. Mit aktivierten Physx-Effekten lassen diese auch das Vorgängermodell weit hinter sich; die GTX 480 fährt einen Vorsprung von mehr als 100 Prozent ein - ohne Physx und das dadurch bedingte Umschalten zwischen Grafik- und Physx-Kernel ist sie nur ein Drittel schneller als die GTX 285.

Update vom 13. April 2010: Verlaufsdiagramme mit Mecha und Ladybug
Heute können wir Ihnen auch Verlaufsdiagramme zeigen, die die Geforce GTX 480 und die Radeon HD 5870 in den beiden DirectX-11-Techdemos Mecha und Ladybug zeigen. Beide Demos stammen aus dem Hause AMD und zeigen DirectX-11-Features in Aktion. Die GF100-GPU berechnet beide etwas flotter, aber die Abstände sind über den Verlauf hinweg recht konstant. Beide Karten zeigen in den Szenen eine ähnliche Renderperformance. Einzig die Radeon HD 5870 zeigt eine leichte Schwäche, sobald in Ladybug massiv auf DX11-Features gesetzt wird. Hier zeigt die GF100-GPU die höhere, umgesetzte Rechenleistung.

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Hintergund AMD Techdeoms
Die Mecha-Demo zeigen einen Mech-Kampfroboter, der mittels Order-Independent-Transparency durchsichtig dargestellt wird. Der DirectX-11-Vorteil liegt darin, dass die Sortierung der vielen transparenten Oberflächen nicht wie bisher durch die CPU erfolgen muss sondern mittels Pixel-Listen, Einzelzugriffen beim Speicher (Atomics) sowie Append-Consume-Buffern auf der GPU erfolgen kann.

Die Ladybug-Demo fokussiert sich auf die Darstellung von linsenkorrekter Tiefen(un)schärfe anhand eines Marienkäfers, welcher auf einem Blatt herumkrabbelt. Wie viele Post-Processing-Effekte profitiert auch diese Implementierung vom DirectX-11-Feature Shared Memory, über den Daten direkt im SIMD ausgetauscht werden können ohne jedesmal dieselben Werte aus dem vergleichsweise langsamen Videospeicher anfordern zu müssen.

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Nvidias Geforce GTX 480 und GTX 470 sind gelandet. Was leistet die sagenumwobene Fermi-Architektur in der Praxis? PC Games Hardware überprüft die beiden Direct-X-11-GPUs auf GF100-Basis auf Hertz und Nieren.

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