Software-DXR mit Geforce "Pascal": Benchmarks aus Battlefield 5, Metro Exodus und Shadow of the Tomb Raider

Seit dem 11. April kommen auch Besitzer einer qualifizierten Geforce-GTX-Grafikkarte in den Genuss von Raytracing-Effekten - der neue Nvidia-Treiber 425.31 macht's möglich. Welche Bildraten beliebte Pascal-Grafikkarten beim Software-Raytracing erreichen, haben wir uns anhand von Battlefield 5, Metro Exodus und Shadow of the Tomb Raider angesehen.

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Special 13.04.2019 um 10:15 Uhr Raffael Vötter Als bevorzugte Quelle auf Google hinzufügen

Quelle: PC Games Hardware

Mit dem Slogan "Grafik neu erfunden" bewirbt Nvidia seine Turing-Grafikkarten der RTX-20-Reihe und spielt damit auf das Kernmerkmal entsprechender Grafikprozessoren an: Raytracing. Genauer: Speziell dafür herangezüchtete Hardware-Einheiten, welche klassische Rastergrafik gezielt mit Raytracing aufwerten können, wenn die Software dies wünscht. Falls Sie mit dem Begriff des Raytracings nichts anfangen können, sei Ihnen unsere Turing-Technikzusammenfassung ans Herz gelegt. Im vorliegenden Artikel möchten wir nicht bei Adam und Eva beginnen, sondern direkt zur Praxis überleiten.
Mittlerweile sind drei Triple-A-Spiele und diverse Techdemos in der Lage, die Vorzüge von Raytracing aufzuzeigen. Bis vor wenigen Tagen war dafür eine Grafikkarte der Geforce-RTX-20-Reihe notwendig, da nur diese Modelle über entsprechende Hard- und Software-Features verfügten. Mit dem Geforce-Treiber 425.31 WHQL verwischt diese Grenze, Nvidia öffnet das Tor zur schönen neuen Welt auch Besitzern anderer Geforce-Grafikkarten. Selbstverständlich wachsen den alten GPUs dadurch keine neuen Recheneinheiten, der Treiber ebnet lediglich den Weg, die neuen Effekte erstmals anzuschalten und zu begutachten. Die Berechnung erfolgt über die klassischen Shader-ALUs - und damit wesentlich langsamer als über die spezialisierten RT Cores der RTX-Modelle. Die folgenden GTX-Modelle sind mit dem Treiber 425.31 WHQL voll zu DirectX 12 Raytracing, kurz DXR, kompatibel:

Titan Xp
Titan X (Pascal)
Geforce GTX 1660 Ti
Geforce GTX 1660
Geforce GTX 1080 Ti
Geforce GTX 1080
Geforce GTX 1070 Ti
Geforce GTX 1070
Geforce GTX 1060 6GB
Notebooks mit entsprechenden GPUs und 6+ GiB Grafikspeicher

Um DXR zu verwenden ist eine Pascal-Mittelklasse-GPU mit 6 GiByte Speicherkapazität Grundvoraussetzung (neben der Windows-Version 1809 oder neuer). Die GTX 1060 3GB, GTX 1050 Ti und kleiner sind von DXR ausgenommen. Nvidia begründet die Entscheidung mit den hohen Anforderungen an die Grafik-Hardware: Um Raytracing zu berechnen, wird reichlich Rechenzeit benötigt und die hinzukommenden Effekte benötigen Teile des Framebuffers. Wir klären sogleich in den Benchmarks, inwiefern die Entscheidung plausibel ist.

Alle Informationen zum Geforce 425.31 WHQL und den damit eröffneten Möglichkeiten erhalten Sie im Artikel Raytracing für GTX-Grafikkarten: Nvidia veröffentlicht DXR-Treiber plus drei Raytracing-Techdemos. Im Folgenden dreht sich alles um die Praxis: Wie performen populäre Pascal-GTX-Grafikkarten beim Software-Raytracing?
Quelle: Nvidia Diese vier Effekte werden derzeit mittels Raytracing in Spielen umgesetzt. Die Aufstellung stammt von Nvidia und staffelt die Effekte aufsteigend nach Anspruch.

DXR auf Pascal: Benchmark-Test

Wir haben die letzten Stunden konstant mit Benchmarking verbracht, denn der neue Treiber wirft viele Fragen auf. Die wohl wichtigste lautet: Sind die verbreiteten Geforce-Modelle überhaupt in der Lage, spielbare Bildraten mit Raytracing auf den Bildschirm zu zaubern, oder handelt es sich nur um eine rucklige Demo, welche zum Aufrüsten bewegen soll?
Quelle: PC Games Hardware Battlefield 5 mit Geforce GTX 10/16: DXR ist wählbar, DLSS nicht. Zahlreiche PCGH-Leser setzen laut unseren regelmäßigen Umfragen auf Geforce-Grafikkarten der GTX-10-Serie. Die Pascal-Generation erfreut sich großer Beliebtheit, vor allem die starken Modelle GTX 1070 und aufwärts. Was liegt da näher als ein ausgedehnter Praxistest mit Software-Raytracing? Gefragt, getan. Den Anfang machen die verbreitetsten Geforce-GTX-Modelle unter den PCGH-Lesern, die GTX 1070 und die GTX 1080 Ti. Vor allem Letztere ist jedem traditionell berechneten Spiel gewachsen - doch stemmt sie auch die ungewohnte Rechenlast des Raytracings? Das überprüfen wir anhand der drei Spiele Battlefield 5, Metro Exodus und Shadow of the Tomb Raider.

Wie bei PCGH-Spieletests üblich, verwenden wir werkseitig übertaktete Grafikkarten und testen mit eigens erstellten Savegames. Die Benchmarks finden praxisnah sowohl in 1.920 × 1.080 Pixel (Full HD) als auch 2.560 × 1.440 Pixel (WQHD) statt. Da nicht nur die Auflösung große Auswirkungen auf die Spielbarkeit hat, testen wir in den Spielen alle verfügbaren Raytracing-Qualitätsstufen. Wie immer zeigen wir Ihnen Durchschnittswerte aus drei Benchmarkdurchläufen mit vorheriger Aufheizperiode zwecks realistischer GPU-Boosts.

Wie schnell ist meine Grafikkarte?

Weitere Grafikkarten testen wir im Laufe der kommenden Tage. Bis dahin behelfen Sie sich am besten mit etwas Mathematik. Die GTX 1070 Ti und GTX 1080 basieren auf dem gleichen Chip wie die getestete GTX 1070, allerdings mit zusätzlichen Rechenwerken und daher einer etwas höheren Leistung. Wirft man einen Blick auf die PCGH-Grafikkarten-Rangliste, erreicht die GTX 1070 Ti im Mittel +13 Prozent und die GTX 1080 +21 Prozent gegenüber der GTX 1070. Ein derartiges Plus ist auch beim Raytracing zu erwarten. Die Geforce GTX 1080 Ti indessen kann bei gleichem Kerntakt bestenfalls 87 Prozent schneller arbeiten als eine GTX 1070, denn sie verfügt über 3.584 anstelle von 1.920 FP32-ALUs - nur die Titan Xp macht die +100 % voll (3.840 ALUs).

Battlefield 5

Battlefield 5 war nicht nur das erste Spiel "powered by Raytracing", sondern stellt auch den wohl offensichtlichsten Effekt zur Schau: Spiegelungen. Die Raytracing Reflections verhelfen zu größerem Realismus, da der Spieler in Schaufenstern beispielsweise Objekte hinter sich sehen kann, werten jedoch auch Wasserflächen deutlich auf. Was die Rechenlast angeht, zählen Reflexionen zu den mittelmäßig anspruchsvollen RT-Effekten, da sie nicht flächendeckend zum Einsatz kommen. Wer in Battlefield 5 einen Blick auf die RT Reflections werfen möchte, tut das am besten auf der Multiplayer-Map Rotterdam oder in der Provence-Mission des Einzelspielermodus. Letztere, Tirailleur genannt, dient uns seit dem Start von Battlefield 5 als Benchmark.

Wir empfehlen, die Ergebnisse der GTX 1080 Ti oder GTX 1070 einzeln zu betrachten. Wählen Sie hierfür direkt über den Balken die Produkte dazu oder ab. Standardmäßig sind beide Modelle in der Full-HD-Auflösung eingeblendet. Zur besseren Unterscheidung ist die GTX 1080 Ti blau hervorgehoben.

Battlefield 5 ist ein gut optimiertes Spiel, daran besteht kein Zweifel. Ohne Raytracing/DXR erzielen beide Grafikkarten flüssige bis sehr flüssige Bildraten. Da unsere Testszene überdurchschnittlich viele reflektierende Oberflächen darstellt, bricht die Leistung beider Grafikkarten nach Aktivierung der DXR-Effekte deutlich ein: Sowohl die niedrige als auch die mittlere Stufe lassen die Bildrate in Full HD um 43 Prozent abfallen. Hoch und Ultra, welche einen sichtbaren Qualitätsgewinn bringen, schlagen noch heftiger ins Kontor. Zumindest die Geforce GTX 1080 Ti gewährleistet noch spielbare Bildraten, die GTX 1070 kommt aus dem Ruckelsumpf jedoch nicht heraus. Der Schritt auf die WQHD-Auflösung bricht schließlich auch der mächtigen GTX 1080 Ti das Genick, die beiden hohen Qualitätsstufen sind nicht flüssig nutzbar. Beide Grafikkarten verlieren in WQHD durch DXR mindestens 45 Prozent ihrer Ursprungsleistung; mit DXR Ultra bleibt nicht einmal ein Drittel übrig.

Metro Exodus

Metro Exodus ist der zweite Titel im Raytracing-Reigen. Das Spiel setzt im Gegensatz zu Battlefield 5 nicht auf klar ersichtliche Reflexionen, sondern auf eine via Raytracing erzeugte globale Beleuchtung. Dadurch erhält die Spielwelt eine realitätsnahe Ausleuchtung mit plausibler Schattierung. Problematisch ist, dass unser Auge diese Güte nur im Direktvergleich mit klassischer, mittels Tricks erzeugter Beleuchtung wahrnimmt - Realismus ist subtil, keine Effekthascherei. Trotzdem handelt es sich bei globaler Beleuchtung (Global Illumination) um den rechenintensivsten Raytracing-Effekt, da er bildfüllend angewendet wird. Bereits die mit RT Cores gesegneten RTX-20-Grafikkarten lassen deutlich Federn, sobald die Raytracing-Beleuchtung aktiviert wird.

Wir empfehlen, die Ergebnisse der GTX 1080 Ti oder GTX 1070 einzeln zu betrachten. Wählen Sie hierfür direkt über den Balken die Produkte dazu oder ab. Standardmäßig sind beide Modelle in der Full-HD-Auflösung eingeblendet. Zur besseren Unterscheidung ist die GTX 1080 Ti blau hervorgehoben.

Autsch. Dieses Wort trifft den Nagel bei Metro Exodus auf den Kopf. Unsere Indoor-Szene stellt hohe Ansprüche an den ausleuchtenden Grafikprozessor und überfordert somit jede Pascal-basierte Grafikkarte. Selbst die werkseitig übertaktete Geforce GTX 1080 Ti (~1,93 GHz) beißt sich an der 30-Fps-Marke die Zähne aus - in Full HD wohlgemerkt, in WQHD ist an spielbare Bildraten gar nicht zu denken. Letztere erreicht die Geforce GTX 1070 mit DXR zu keiner Zeit, nicht einmal in 1.280 × 720 Pixel - Metro Exitus, könnte man sagen.

Shadow of the Tomb Raider

Shadow of the Tomb Raider ist erst seit wenigen Wochen Raytracing-fähig. Passend zum Namen setzen die Entwickler auf eine weitere Einsatzmöglichkeit hybriden Raytracings: Schattendarstellung. Aktivieren Sie die DXR-Schatten im Spiel, werden Objekte realitätsnäher verdunkelt. Das beinhaltet die Entfernung zur Lichtquelle, sodass die RT Shadows nicht zwangsläufig "besser" im Sinne von "detaillierter" aussehen - realistische Schatten verlieren mit steigender Distanz zur Lichtquelle an Konturschärfe. Auch in Shadow of the Tomb Raider gilt: Schatten sind kein Vollbildeffekt, sondern selektiv vorhanden. Szenen mit vielen Schatten drücken die Bildrate somit stärker als solche mit wenigen Schatten.

Unsere bewährte Testszene im Dorf Kuwaq Yaku ist kein Worstcase-Szenario, aber überdurchschnittlich schattig und somit anspruchsvoll. Problematisch ist die Erkenntnis, dass die geringste Qualitätsstufe der DXR-Schatten kaum optische Vorteile bringt. Ab "Hoch" sieht man deutliche Unterschiede, aber erst "Ultra" verleiht dem kompletten Bild eine ordentliche Schattenqualität.

"Hoch" senkt die Bildrate der teilnehmenden Grafikkarten in Full HD um rund zwei Drittel auf ein zähes Niveau, "Ultra" führt unweigerlich zu Ruckeln. Wie bei Metro Exodus ist es nicht empfehlenswert, die Pixellast weiter zu steigern - WQHD ist kein Thema, sofern man nicht bloß eine hübsche Diashow bewundern möchte.

Interessant ist außerdem die Power-Charakteristik beim Einsatz des Software-Raytracings. Während die Grafikkarten in "normalen" Spielen mit Vollzeit-Rasterisierung stets am Powerlimit operieren, werden die Probanden bei der Strahlenberechnung nicht voll ausgelastet. Das ist einerseits hörbar und spiegelt sich auch in den automatischen Boost wider: Der Takt aller Pascal-Grafikkarten bleibt auf hohem Niveau, was für eine schwache Gesamtauslastung spricht. Wir vermuten ein extremes ALU-Limit, da diese mit der Arbeit kaum hinterherkommen, während die übrigen Rechenwerke Leerlaufzyklen einschieben und somit wenig Energie benötigen.

Fazit: Software-Raytracing

Lange wurde spekuliert, nun liegen die Fakten auf dem Tisch. Die Antwort auf die Frage "Kann man auf einer Pascal-Grafikkarte Raytracing nutzen?" lässt sich trotzdem nicht eindeutig beantworten. Es kommt, wie so oft im Leben, darauf an. Welches Pascal-Modell wird verwendet? Welche Auflösung, Raytracing-Qualität und Bildrate ist gewünscht? Sicher ist nur, dass keine GTX-10-Grafikkarte dieser Welt in der Lage ist, maximale Raytracing-Qualität in Ultra HD mit dreistelligen Bildraten zu erzeugen. Das ist selbst mit einer Titan RTX unmöglich. Abseits dieser eindeutigen, von den frischen Benchmarks untermauerten Faktenlage bestimmen die erwähnten Parameter die Nutzbarkeit.

Wer eine Geforce GTX 1080 Ti oder Titan X(p) nutzt, am besten manuell ausgereizt, kann DXR-Raytracing durchaus flüssig bewundern - allerdings nur in Full High Definition. Die WQHD-Auflösung ist ein zähes Unterfangen und Ultra HD definitiv unspielbar. Steigt man die Stufen der Pascal-Hierarchie herab, wird die Luft dünner. Mit einer Geforce GTX 1080 und GTX 1070 (Ti) sind die geringen RT-Einstellungen mehr oder minder gut nutzbar. Nvidias offizielle Eintrittskarte in die strahlende Welt, die Geforce GTX 1060 6GB, kommt jedoch mit Sicherheit auf keinen grünen Zweig. Entsprechende Benchmarks bereiten wir gerade vor.

Screenshotkünstler, welche einfach die maximale Qualität in Bilddateien bannen möchten, sowie Entwickler freuen sich in jedem Fall über die zusätzliche Option. Wer hingegen hohe Ansprüche an die Bildrate hat und nicht mehr auf Raytracing verzichten möchte, muss in den sauren Apfel beißen und in eine hochpreisige Turing-RTX-Grafikkarte investieren.