Test: Grafikkarten der Oberklasse

Will man bei künftigen Spielehits ausreichende Leistungsreserve haben und zudem erstklassige Beleuchtung, Kantenglättung und Tiefen-Texturglättung auf der höchsten Qualitätsstufe, führt kein Weg an SLI oder Crossfire vorbei. Mit Grafikkarten der Oberklasse lässt sich das kostengünstig realisieren.

Ende der 90er Jahre schafften es die Entwickler von 3dfx, Grafikberechnungen auf zwei Karten aufzuteilen. Eine Karte berechnete die geraden, die andere die ungeraden Bildschirmzeilen. Was dabei herauskam war genial und wurde trotz des hohen Verkaufspreises ein Verkaufsschlager. Vor ein paar Jahren griff nVidia diese Idee wieder auf und stellte SLI (Scalable Link Interface) vor. nVidia war damit, bis das "Kreuzfeuer" von ATI kam, der unangefochtene Leistungssieger. Auf den ersten Blick ähneln sich SLI und die von ATI treffend genannte Crossfire-Technik. Beim zweiten Blick entdeckt man jedoch enorme Unterschiede zwischen den beiden Doppelkarten-Systemen.

Hinter SLI steckt die Parallelschaltung zweier Grafikkarten, die mit einer so genannten SLI-Brücke an den "Goldfingers" verbunden sind. Sie wird bei jedem SLI-fähigen PCI-Express-Mainboard mitgeliefert, da die Abstände zwischen den Steckplätzen je nach Hersteller des Mainboards variieren. Der SLI-Steckverbinder ist eine proprietäre Verbindung zwischen den beiden Grafikprozessoren, über die Synchronisierungs-, Bild- und Pixeldaten übertragen werden. So können die Grafikkarten untereinander kommunizieren, ohne dass dafür die Bandbreite des PCI-Express-Bus in Anspruch genommen wird. SLI funktioniert zwar auch ohne die Brücke, allerdings nur im eingeschränkten SLI-Betrieb. In diesem Fall können die Frameraten sogar niedriger sein als bei einer einzelnen Grafikkarte.

Im Verbund stellt SLI die doppelte Speicherbandbreite und die doppelte Anzahl von Shader-Einheiten zur Verfügung. Momentan profitiert man hauptsächlich bei hohen Auflösungen, zugeschaltetem Anti-Aliasing und Pixel-Shader-Effekten von SLI. Obwohl zwei Grafikkarten zum Rendern verwendet werden, verdoppelt sich die Leistung in der Praxis aber nicht. Der endgültige Leistungsgewinn hängt stark von der Art der Anwendung und ihrer Skalierbarkeit ab.

Einige aktuelle Topspiele bringen die volle Leistung, wie zum Beispiel Call of Duty 4. Allgemein lässt sich sagen, dass insbesondere Anwendungen, die in hohen Auflösungen und mit vielen "Qualitäts-Extras" laufen, von der höheren Leistung profitieren werden.

SLI lässt sich nur mit einem Mainboard betreiben, wenn es mindestens zwei PCI-Express-Steckplätze besitzt und über einen nVidia-Chipsatz verfügt. Zudem sollten beide Grafikkarten identisch sein. Das heißt, sie müssen vom gleichen Typ sein, zum Beispiel zwei GeForce 8800 Ultra. Für die 8800 GTS 512 gibt nVidia sogar an, dass auf beiden Karten die gleiche BIOS-Revision laufen muss. Vom gleichen Hersteller müssen die Karten dagegen nicht sein.

Im Gegensatz zur Voodoo-Technik von 3dfx verwendet SLI von nVidia statt abwechselnder Zeilenberechnung zwei verschiedene Rendering-Techniken.

Die erste Rendering-Technik nennt sich Alternate Frame Rendering (AFR). Hier rechnet eine Grafikkarte die Bilder mit den ungeraden Nummern, während sich die andere um die geraden Frames kümmert. So teilen sich beide Karten die Rechenarbeit optimal auf und man erhält die volle Geometrie-Beschleunigung.

Die zweite Technik heißt Split Frame Rendering (SFR). Dabei teilen sich die Grafikkarten das Bild. Eine berechnet den oberen Teil, die andere den unteren. Die Arbeit verteilt sich bei komplexen Szenen jedoch nicht immer zu gleichen Teilen. Lastverteilungen von 30 zu 70 sind gängig.

Welche von diesen Techniken zum Einsatz kommt, ermittelt der Treiber. Erkennt der Treiber eine durch SLI unterstützte Anwendung, wählt er selbst den optimalen SLI-Modus - AFR oder SFR.

Um die Bildqualität zu verbessern, beherrschen Gespanne aus nVidia-Karten zudem ein Verfahren namens SLI-Anti-Aliasing. Dabei rendert jede Grafikkarte das gleiche Bild mit unterschiedlichem Samplemuster. Anschließend werden die beiden Einzelbilder zusammengerechnet. Dadurch kann eine Anti- Aliasing-Tiefe von bis zu 16x umgesetzt werden, ohne nennenswert Leistung im Vergleich zu einer Single-Karte zu verlieren.

Drei Grafikkarten in einem PC

SLI ist aber nicht nur auf zwei Karten beschränkt. Beim Drei-Wege-SLI sind drei Grafikkarten gleichzeitig in einem PC eingesetzt - zum Beispiel ein nForce 680i SLI oder nForce 780i SLI Motherboard und drei GeForce- 8800-GTX- oder GeForce-8800-Ultra-Grafikkarten. Damit stehen Gamern 384 Stream-Prozessoren, 110+ Gtex/s Texture Fill Rate und über 2 GByte Grafikspeicher zur Verfügung. Gegenüber einem PC mit einer Grafikkarte steigt die Performance um das bis zu 2,8-fache. In unseren Messungen laufen aktuelle Spiele mit 60 Frames pro Sekunde bei Auflösungen bis zu 2560 x 1600 und mit 8-fachem Anti-Aliasing.

Das Schöne an SLI ist, dass es vollkommen modular aufgebaut ist. Je nachdem, wie viel Geld man ausgeben will, kann man seinen PC zunächst mit einer oder zwei und später auch mit drei Grafikkarten betreiben. Wie man an den Diagrammen gut erkennen kann, ist die Skalierung von 3 Way SLI lohnenswert. Die dritte GeForce 8800 GTX Karte bringt dabei einen Performance-Schub von bis zu 20 Prozent gegenüber einem herkömmlichen SLI-Gespann. Doch die gemessenen 20 bis 50 Prozent sind eher eine Ausnahme als die Regel, wie man ebenso erkennen kann. Nicht jedes Spiel skaliert so gut wie Call of Duty 4 oder Crysis.

Diskrete und Onboard-Grafik

arbeiten im Doppelpack Die Hybrid-SLI-Technologie erlaubt den gleichzeitigen Einsatz von integrierten und diskreten Grafiklösungen in einem PC. Mittels Hybrid SLI arbeiten Mainboard-GPUs (mGPU) und diskrete Grafikkarten Hand in Hand in einem PC. Dabei schaltet die Hybrid- SLI-Technologie zwischen diskreter und Onboard- Grafik um.

Bei weniger grafikintensiven Anwendungen, beispielsweise beim Abspielen von HD-Videos, bei E-Mail und Internet-Surfen, wird mit Hybrid-Power die mGPU genutzt. Das senkt Hitzeentwicklung, Geräuschpegel und Stromverbrauch enorm. Wenn eine hohe Grafik-Performance benötigt wird, kombiniert GeForce Boost die Leistung von Grafikkarte und mGPU bei aufwändigen 3D-Anwendungen und -Games. Somit kann die Akkulaufzeit bei Gamer Notebooks um bis zu drei Stunden erhöht werden. Jedoch muss, um dies zu realisieren, sowohl die Grafikkarte als auch das Mainboard Hybrid SLI unterstützen.

Crossfire

Früher hatte ATI im Gegensatz zu SLI auf das Master-Slave-Prinzip gesetzt. Es wurde neben einer normalen Slave-Karte immer eine Master-Grafikkarte benötigt, die über den so genannten Compositing-Engine-Chip verfügt. Dieser vereinte die Signale der beiden Grafikkarten. Anders als bei nVidia verband ATI bei der Crossfire-Technik die beiden Grafikkarten nicht intern miteinander, sondern setzte eine externe, digitale Kabelpeitsche ein - ähnlich der Voodoo-Technik. Die Übertragung erfolgte allerdings digital.

Ab der 2000-Serie hat ATI auf das interne Steckprinzip gewechselt, das auch nVidia nutzt. Über eine flexible Brücke werden die zwei Karten über die Goldfingers verbunden. Angeblich soll mit dem nächsten Treiber-Update CrossfireX eingeführt werden. Damit lassen sich mehr als zwei ATI-Grafikkarten zusammenschließen. Dann können auch zwei 3870X2 im Verbund betrieben werden.

Wie auch bei nVidias-SLI-Technik verwendet ATI mehrere Möglichkeiten, um ein Bild zu rendern. Aber statt auf zwei (AFR und SFR) setzt ATI auf vier Modi. Davon sind drei zur Leistungssteigerung und einer zur Verbesserung der Bildqualität gedacht: Alternate Frame Rendering, Scissor Rendering, Super Tiling Rendering und Super AA. Alternate Frame Rendering (AFR) und Scissor Rendering (auch Split Frame Rendering genannt) entsprechen nVidias bereits beschriebenen SLI-Techniken.

Neu ist der Super-Tiling-Modus. Super Tiling Rendering (STR) ist der Standard-Dual-Modus für Crossfire, da es mit allen Direct3D-Spielen funktioniert. Hierbei wird das zu berechnende Bild in Quadrate nach Art eines Schachbretts aufgeteilt und jeweils ein Quadrat abwechselnd den Grafikkarten zugeteilt. Diese 32 x 32 Pixel großen Quadrate nennt ATI Quads. Das Verfahren soll eine optimale Lastverteilung garantieren. Zu guter Letzt wird das Quad durch den Super-AA-Modus (SAA) vollendet.

Das Testverfahren

Die Leistungstests stützen sich auf zwei Säulen. Synthetische Benchmarks liefern einen Ausblick auf kommende Anforderungen. Dazu nutzen wir eine Serie von Tests, allen voran die weit verbreiteten 3DMarks. Die praxisnahen Spiele-Benchmarks ergeben einen guten Überblick, wie sich Grafikkarten gegenüber älteren und aktuellen Spielen verhalten. Bei den Leistungsmessungen steht der Frame-Durchsatz, gemessen in Frames pro Sekunde (fps), im Vordergrund.

Als Praxistests dienen verschiedene Spiele, um einen realen Schnitt zu erhalten. In den Tests finden sich Titel wie PT Boats oder auch Unreal Tournament 3 genauso wie Crysis und Call of Duty 4. Alle Benchmarks werden mit maximalen Details ausgeführt, damit die Grafikkarte möglichst hoch belastet wird. Als Einstellungen haben wir uns für 1280 x 1024, 1600 x 1200 sowie 2560 x 1600 Bildpunkte entschieden. Niedrigere Auflösungen erscheinen uns nicht sinnvoll, da hier meist die CPU zum Flaschenhals wird.

Außerdem gilt es, verschiedene Qualitätseinstellungen zu bestehen. So führen wir alle Tests mit Anti-Aliasing (Kantenglättung) und verschiedenen Filter-Modi durch. Für die Leistungsnote erhalten die Programme unterschiedliche Gewichtungen: Tendenziell sind neuere Titel wie Call of Duty 4 stärker gewichtet als ältere. Die beigelegten Spiele und Anwendungsprogramme stellen einen großen Mehrwert für Kunden dar.