Ist die Ära der Quadcores wirklich vorbei? Eine Analyse von gaussmath [Leser-Special]

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Ein paar Worte über Motivation und Methodik

Die Ära der Quadcores - und dann kam Zen

Einer der ersten Quadcore-CPUs von Intel war der Q6600 mit Codenamen Kentsfield, welcher im Jahre 2007 gelauncht wurde. Etwa zehn Jahre später kam der i7-8700K und brachte bei Intel mehr als vier vollwertige Kerne in den Mainstream. HEDT- und Server-Plattformen boten selbstverständlich schon früher mehr als vier Kerne. Dieser rund zehnjährige Zeitraum wird gemeinhin als die "Ära der Quadcores" bezeichnet. Natürlich wollen wir AMDs Zen-CPUs hier nicht unerwähnt lassen, die Intel mit ihren bis dato nie dagewesenen Core Counts im Mainstream unter Druck gesetzt haben. Das gipfelte im November 2019 im R9 3950X, der mit 16 Kernen und 32 Threads neue Maßstäbe im Mainstream gesetzt hat. Der 16-Kerner wird übrigens der Gegner des i7-7700K in diesem Test sein. Das als kleiner Spoiler bezüglich der verwendeten CPUs.

Die Community diskutiert

Wer in den bekannten Hardwareforen selbst gerne unterwegs ist, dem werden natürlich nicht die mitunter hitzigen Diskussionen entgangen sein, in denen es um den Nutzen von mehr als vier Kernen in Gaming-Workloads ging. Oftmals wurde das Argument der glatteren Frametimes angeführt, wenn beispielsweise ein Octacore zum Einsatz kommt. Was gibt es daher Besseres, als das Ganze mit einem geeigneten Tool mal genauer unter die Lupe zu nehmen? Dieser rhetorischen Frage folgen noch ein paar Worte über die Testmethodik.

Geeignete Games

Es wurden Spiele für den Test ausgesucht, die nach einigem Beobachten des RTSS-Overlays eine relativ hohe Auslastung über die Threads hinweg gezeigt haben. Es kamen dabei keine Profiler-Tools zum Einsatz. Dass es mitunter bessere Kandidaten für die Betrachtungen gegeben hätte, soll gar nicht mal bestritten werden. Die Community darf natürlich gerne weitere Benchmarks in die Diskussionen mit einfließen lassen. Je größer die Datenbasis, desto besser.

Welche Strategie bei der Datenerhebung?

Entgegen der "normalen" Strategie, Testsequenzen auf ca. 20-30 Sekunden zu beschränken, um die Stabilität der Ergebnisse und die Wiederholgenauigkeit zu steigern, wurde bei diesem Test ein anderer Ansatz verfolgt. Die Dauer der Sequenzen wurde auf teilweise 2 Minuten und mehr ausgedehnt, um durch Belastung der Streaming-Engine jenes Verhalten zu provozieren, was Gegenstand der Analyse ist: Unregelmäßigkeiten und Spitzen bei den Frametimes. Wenn also Peaks bei den Frametimes passieren, dann muss für eine schlüssige Analyse die Engine des Games auch entsprechend gefordert werden. Dazu gehörten selbstverständlich auch Richtungswechsel und 360°-Turns. Erstaunlicherweise waren die Runs dabei sehr wiederholgenau. Einzig Battlefield V zeigte sich im Multiplayermodus schwieriger als andere Szenarien, weshalb hierbei die Messtoleranz großzügiger angesetzt werden musste.

Wie misst man Smoothness?

Kann man eine solche Frage mit einer einzigen Kennzahl beantworten? Da dies im Hinblick auf einen aufschlussreichen Informationsgehalt eher nicht möglich ist, wurde ein kombinierter Ansatz gewählt.

• Average Fps: Was haben die mittleren Fps mit Glattheit zu tun? Im Grunde gar nichts. Die Metrik ist jedoch ein fester Bestandteil von Benchmarks, daher soll das Gewohnte nicht wegfallen.
• P0.1 Fps: Das ist das 0,1% Perzentil und somit eines der unteren Perzentile, die sehr sensitiv auf Ruckler reagieren. Das ist ein Luxus, den man sich bei kurzen Sequenzen (20 Sekunden) nicht erlauben sollte, weil auf 1.000 Frames nur ein Frame kommt, das diesen Wert repräsentiert. Auch deswegen wurden längere Sequenzen gewählt.
• Adaptive STDEV Fps: Diese Metrik dürfte wohl das größte Fragezeichen bei den Lesern hinterlassen. Aber das ist wenig verwunderlich, denn die sog. Adaptive Standardabweichung wurde erst mit CapFrameX eingeführt. Es ist ein Maß für die Streuung der Frametimes, verwendet aber im Gegensatz zur normalen Standardabweichung keinen konstanten Mittelwert für die Berechnung. Stattdessen wird ein gleitender Mittelwert verwendet, der der natürlichen Variabilität von Frametimes Rechnung trägt. Der Verlauf des gleitenden Mittelwertes schmiegt sich dem Verlauf der Frametimes an, daher auch die Bezeichnung "adaptiv".
• Stuttering Time %: Die wohl wichtigste Metrik in diesem Test. Die Werte werden mit sehr kleinen Prozentzahlen eher unscheinbar daherkommen, was sich bei den noch folgenden Testergebnissen zeigen wird. Die Stuttering Time bildet jene Peaks im Frametime-Verlauf ab, die als deutliche Ruckler und Hänger wahrgenommen werden und das Spieleerlebnis empfindlich stören können. Eine Stuttering Time von knapp über 2% kann sogar Unspielbarkeit bedeuten, je nachdem wie die Peaks verteilt sind.

Die Testsysteme

Zum Einsatz kamen ein AMD R9 3950X mit 16 Kernen und 32 Threads und ein Intel i7-7700K mit 4 Kernen + HT als Kontrahent. Das Windows 10-Betriebssystem war jeweils auf dem neuesten Stand mit allen Sicherheitspatches. Die Grafik- und Chipsatztreiber standen dem in nichts nach und waren ebenfalls aktuell. Eine RTX 2080 Ti übernahm die Grafikberechnung und sorgte stets für ein solides CPU-Limit bei einer Auflösung von 720p.

Der Intel 4-Kerner ist leicht getuned, sodass Ergebnisse mit realistisch erreichbaren Leistungssteigerungen ermittelt werden. Das RAM OC ist mit 3200MT/s ausgehend von 2400MT/s als moderat zu bezeichnen, aber signifikant für die Performance einhergehend mit einer Verlängerung der Nutzungszeit der CPU. Schätzungsweise führt das OC insgesamt zu einer Leistungssteigerung von bis zu 20% je nach Szenario. Das sollte man bei der Betrachtung der Benchmarkergebnisse im Hinterkopf behalten. Die Anhebung des Uncore-Taktes stabilisiert dabei zusätzlich die Min-Fps.

Intel-System

• i7-7700K@4,8 GHz + 4,5 GHz Uncore
• Gigabyte Z270X Gaming Ultra
• 16 GiB G.Skill 3200MT/s 14-14-14-34-1T

AMD-System

• AMD Ryzen 9 3950X@stock
• ASRock X470 Taichi
• 32 GiB G.Skill 3600MT/s 16-16-16-32 1T

Spiele und Einstellungen

Um ein CPU-Limit zu erreichen, wurde stets eine Auflösung von 720p verwendet. Das war vom Handling her kein Problem, hat aber in Battlefield V Multiplayer die Übersichtlichkeit gestört. Die Mitspieler dürften sich über das bereitwillige Kanonenfutter gefreut haben. Zudem wurden Ultra Presets eingestellt und dann AF, AA, AO und Post Processing Effekte auf ein Minimum reduziert, da diese Einstellungen die CPU nicht belasten, sehr wohl aber die GPU. Raytracing und DLSS wurde selbstverständlich ebenfalls, sofern vorhanden, abgeschaltet. Eine Ausnahme war World of Tanks enCore, da hier die Bounding Volume Hierarchy (BVH) Datenstruktur zur Beschleunigung der Raytracing-Berechnungen mit Hilfe der CPU erstellt wird.

Ein besonderer Hinweis an dieser Stelle bezieht sich auf Battlefield V. Das Game muss sich teilweise "einruckeln". Was bedeutet das? Die Frametimes zeigen mitunter ein wesentlich glatteres Bild bezogen auf die gleiche Szene, wenn diese zunächst neugeladen wird oder das Speichermanagement Zeit hat, sich einzupendeln. Es wurde stets erst dann aufgezeichnet, wenn sich die Lage "beruhigt" hatte.
Getestet wurden folgende Games:

• Assassin's Creed Odyssey
• Battlefield V (SP + MP)
• Metro Exodus
• Ghost Recon Wildlands
• Shadow of the Tomb Raider
• The Division 2
• WoT enCore (synthetischer Benchmark)

Die Ergebnisse

Als kritisch einzustufende Metriken gelten dabei jene Werte, die sich nicht im Bereich der nun definierten Toleranzen bewegen.

• Average < 40 Fps
• P0.1 < 40 Fps
• Adaptive STDEV > 30 Fps
• Stuttering Time > 1%

Metro Exodus scheint Probleme mit den 32 Threads des 3950X zu haben. Mit deaktiviertem SMT erhält man folgende Ergebnisse.

Ein Fazit

Der unbestimmte Artikel in der Überschrift ist nicht zufällig gesetzt, denn wie man nun die Ergebnisse interpretiert, ist eine Frage der Präferenzen. Dass der 3950X teilweise bei den 0.1% Perzentilen signifikant schneller ist, kann man nicht übersehen. Ein anderes Ergebnis sieht man bei Metro Exodus. Hier schlägt sich der "Kernzwerg" sogar besser, vorausgesetzt, der 3950X wird mit aktivem SMT betrieben. Würde man den Quadcore hingegen nicht tunen, würden manche P0.1 Werte auf die Marke von ca. 40 Fps oder sogar darunter fallen. Das gilt für AC:Od, Battlefield V und SotTR. Überraschend ist hingegen: die Stuttering Time und Adaptive Standardabweichung sind vergleichbar, aber nur dann, wenn HT aktiviert ist. In der dritten Spalte zeigt sich dann aber die Schwäche der vier Kerne, wenn HT nicht zur Hilfe eilt. Die hohe Anzahl an roten Einträgen müssen nicht weiter kommentiert werden. Das Bild würde sich bei einem 7700K ohne Tuning noch verschlechtern.

Dass sich der 4-Kerner hier dann bezogen auf die wichtige Stuttering Time doch noch so gut schlägt, ist letztlich ein überraschendes Ergebnis. Auch wenn einige P0.1 Werte signifikant schlechter ausfallen, kann man Usern, die eine solche CPU besitzen, nur dazu raten zu tunen. Idealerweise sollte der RAM bei 3600MT/s mit geringen Latenzen betrieben werden. 4.8GHz und 4.5GHz Uncore sollte fast jedes Exemplar mitmachen. Der große Sprung durch Aufrüsten ist aktuell nicht auszumachen, wobei man Ghost Recon Wildlands als herausstechende Ausnahme nicht unter den Teppich kehren sollte. Das könnte bereits heute ein Hinweis darauf sein, wie es um die Zukunft von Quadcores bestellt ist. Bei einem Neukauf sollte man daher selbstverständlich direkt zu 6 oder 8 Kernen greifen.

Wer mehr über CapFrameX erfahren will, sollte sich den Info-Thread im PCGH-Extreme-Forum näher ansehen.

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Ist die Ära der Quadcores wirklich vorbei? Eine Analyse von gaussmath [Leser-Special] Wie schlägt sich ein Quadcore aus dem Jahre 2017 in modernen Spielen, die auch mal den einen oder anderen Thread mehr auslasten können? Gehören Quadcores bereits heute zum alten Eisen, wenn es um glatte Frametimes geht oder gibt es verjüngende Maßnahmen wie Hyper-Threading und Overclocking, welche die Nutzungsdauer noch ein wenig hinauszögern können? Es wurden über 300 MByte Daten mit CapFrameX erhoben und mit der geballten Analysepower des Tools beleuchtet. Gibt es Überraschungen?

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