22.03.2012, 13:59

Friedrich Stiemer

Die schnellste Grafikkarte der Welt?

Nvidia Geforce GTX 680 im Test

Die erste Grafikkarte mit der Kepler-GPU im Test: Nvidia Geforce GTX 680.

Fegt Nvidia mit der Geforce GTX 680 den frischgebackenen Grafik-König AMD Radeon HD 7970 gleich wieder vom 3D-Thron? PC-WELT hat Nvidias brandneue Grafikchip-Generation Kepler auf Herz und Nieren getestet.
Die neuste Nvidia-GPU mit dem Codenamen Kepler wurde von der Community heiß erwartet. Die wildesten Gerüchte kursieren im Internet: Manche behaupten, dass der kommende Grafikprozessor nur um einen geringeren Prozentsatz schneller ist als die Geforce GTX 580. Wieder andere bescheinigen der Grafikkarte astronomische Leistungswerte, welche die AMD Radeon HD 7970 um Längen übertreffen. Nvidia selbst hüllt sich in Schweigen und lässt nicht den Hauch einer offiziellen Information nach Außen dringen. Doch mit den Gerüchten ist ab heute Schluss! Die Nvidia Geforce GTX 680 ist da. Wir haben sie durch den Test gejagt.

Nvidia Geforce GTX 680: Die Kepler-GPU unter die Lupe genommen

Den Grafikprozessor Geforce GTX 680 lässt Nvidia - ebenso wie AMD - nun im effizienten 28-Nanometer-Verfahren fertigen. Kurz zusammengefasst ermöglicht das neue Produktionsverfahren mehr Transistoren auf kleinerer Fläche bei gleichzeitiger Zunahme der Rechenleistung und Senkung des Energieverbrauchs. AMD zeigt, dass sich die versprochene Energieeffizienz auch in der Praxis bewahrheitet. Die Messung der Leistungsaufnahme der GTX 680 zeigt, dass sich die neue Architektur auch für Nvidia gelohnt hat. Apropos kleinere Flächen: der Grafikchip misst nur noch rund 294 Quadratmillimeter und ist damit auch kleiner als der bis dato komplexeste Chip in der AMD Radeon HD 7970: die Tahiti-GPU ist 380 Quadratmillimeter groß. Dagegen verbaut AMD mit rund 4,3 Milliarden Stück mehr Transistoren auf seiner GPU. Nvidia platziert nur über 3,5 Milliarden Transistoren. Ob das einen Nachteil darstellt, klären die Test-Ergebnisse auf Seite 2.
Kepler ist aber keine von Grund auf neu zusammengebaute GPU, sondern basiert auf dem Vorgänger Fermi. Der Grafikprozessor selbst setzt sich aus vielen verschiedenen Blöcken zusammen, wobei jeder Block eine eigene spezifische Aufgabe bei der 3D-Berechnung übernimmt. Weiterhin erledigen aber die GPCs (Graphics Processing Clusters) den Löwenanteil und verfügen über dedizierte Ressourcen für die Rasterung, das Shading und die Berechnung von Texturen und Rechenaufgaben. Innerhalb der Kepler-GPCs befinden sich die neuen Streaming-Multiprozessoren (kurz SMX) der nächsten Generation. Diese sollen gegenüber den älteren Fermi-Streaming-Prozessoren nicht nur mehr leisten, sondern auch noch sparsamer im Verbrauch sein.
Innerhalb der SMXs befinden sich die wichtigsten Komponenten der Grafikverarbeitung. Die SMX-Cuda-Kerne sind für die Physik- und den unterschiedlichen Pixel-Berechnungen zuständig. Die Textur-Einheiten sorgen für die Verarbeitung der Texturen und deren Ablage in den Grafikspeicher. Die Einheiten mit dem Namen Special Function Unit (SFU) kümmern sich um transzendentale und Grafik-Interpolations-Anweisungen. Schlussendlich ist die Polymorph-Engine verantwortlich für Vertex Fetch, Tesselation und Viewport-Transform. All diese Funktionseinheiten berechnen die hochkomplexen 3D-Effekte moderner PC-Grafik.
Im Vergleich zu Fermi soll Kepler natürlich vor allem leistungsfähiger sein. Nvidia verbaut mehr Cuda-Kerne, die auf diese Weise eine bessere Performance bei niedrigeren Taktraten leisten sollen. Mit jeweils 192 Cuda-Cores in je acht SMXs enthält Kepler sechs Mal mehr Berechnungseinheiten als noch der Vorgänger Fermi bei doppelter Leistungssteigerung (Leistung geteilt durch Watt).
Natürlich haben die Entwickler auch am Speicherinterface getüftelt und es komplett überarbeitet. Laut Nvidia erreicht die Geforce GTX 680 mit seinem 256 Bit großen Interface und einem 2 GB großen DDR5-Speicher nun Speichergeschwindigkeiten von bis zu 6 GBits/s, was Kepler zum Grafikchip mit dem höchsten Speicherdurchsatz auf dem Markt machen würde.
Nvidia Geforce GTX 680: Die Features von Kepler im Detail
GPU-Boost: AMD verbessert mit der AMD Radeon HD 7970 auch seinen Overclocking-Lösung Powertune. Nvidia zieht auch hier nach und führt mit der Geforce GTX 680 die Funktion GPU Boost ein. Wie der Name schon erkennen lässt übertaktet die Grafikkarte sich nun selbst bei Bedarf. GPU Boost ist eine Kombination aus Software- und Hardware-Techniken und passt den Prozessortakt dynamisch an die jeweiligen Betriebsbedingungen an, während eine dedizierte Hardware-Komponente fortlaufend die Stromaufnahme des Grafikprozessors überwacht. Hier begrenzt also - neben der thermischen Schutzfuktion - nur noch der Stromverbrauch das Overclocking. Praktisch setzt Nvidia GPU Boost folgendermaßen um:
Liegt die Leistungsaufnahme der Grafikkarte unter dem TDP (Thermal Design Power) von 195 Watt, taktet sie sich vom 1006 MHz hohen Grundtakt hoch auf den Durchschnittstakt von 1058 MHz, der übrigens schon 5 Prozent mehr Leistung bringen soll. Doch Schluß ist damit noch nicht, da sich der Takt ab diesem Zeitpunkt dynamisch stufenweise weiter erhöht. Erreicht die GTX 680 den von Nvidia gesteckten TDP, taktet sich der Prozessor wieder herunter. Auf diese Weise soll die Karte im Energieverbrauch drastisch sinken und dem bisherigen Stromfresser-Image der Vorgänger-Generation ein Ende setzen.
Adaptive VSync: Als Tearing bezeichnet man ein versetztes Bild, etwa eine verschobene obere Bildhälfte, die oft bei schnellen Richtungswechseln in 3D-Spielen auftreten kann. Die Ursache liegt in unterschiedlichen Bildwiederholraten von Grafikkarte und Monitor. Die Vertikale Synchronisation passt die Werte an, bevor sie den Monitor erreichen. Doch kaum ist das eine Problem beseitigt, folgt das nächste: So stottert beispielsweise bei einem 60-Hertz-LCD bei eingeschalteten VSync das Bild, sobald die Bildwiederholrate unter 60 Bilder pro Sekunde fällt, da VSync die Hertz-Zahl des Monitors auf 30 Hz reduziert. Genau das möchte Nvidia mit Adaptive VSync verhindern. Die Technik steuert VSync dynamisch und schaltet es bei Bildwiederholraten von unter 60 Bildern in der Sekunde einfach ab, um das Stottern zu vermeiden - ab dieser Grenze ist die Synchronisation eingeschaltet, um das Tearing zu verhindern.
TXAA: Diese spezielle Technik soll eine filmreife Kantenglättung auf den Bildschirm zaubern. Nvidia zufolge ist TXAA eine Mischung aus Software- und Hardware-Kantenglättung, die teilweise auch Komponenten von computeranimierten Filmen nutzt. Das Anti-Aliasing kommt in zwei Stufen zum Einsatz: TXAA 1 soll besser glätten als achtfaches MSAA, dabei aber nur die Leistung von zweifachem MSAA benötigen. TXAA 2 dagegen soll eine noch bessere Kantenglättung als die erste Stufe ermöglichen und dabei nur auf Kosten von vierfachem MSAA kommen. Bald erscheinende PC-Games sollen erstmals TXAA nutzen, wie zum Beispiel Borderlands 2 oder auch die Unreal Engine 4.
3D Vision Surround: Mit einer Nvidia Geforce GTX 680 ist es nun möglich, bis zu vier Bildschirme gleichzeitig zu betreiben. Gamer können sich also drei Bildschirme nebeneinander stellen und im stereoskopischen 3D daddeln (Nvidia 3D Vision). Der vierte Screen kann bei Bedarf zugeschalten werden. Zusätzlich unterstützt die GTX 680 HDMI 1.4a und die 4K-Auflösung (3840 x 2160 Pixel) sowie die parallele Übertragung von Audio-Signalen.
NVENC: Schon vorherige Nvidia-Grafikkarten verfügten über einen Hardware-Videodecoder. Diese nutzen die Leistung der Cuda-Kerne, was sich einerseits als recht effektiv herausstellt, doch auf der anderen Seite auch viel Leistung frisst. NVENC ist eine dedizierte Encodierungs-Engine und soll damit aufräumen: die neue Engine soll nicht nur vier Mal schneller encodieren, sondern dabei auch noch weniger Energie verbrauchen.
Ebenso wie AMD führt Nvidia mit der GTX 600 nun auch die neue Grafikschnittstelle DirectX 11.1 ein. Des Weiteren kommuniziert sie auch über PCI-Express 3.0, um einen höheren Datendurchsatz gegenüber der Vorgänger-Generation PCI-Express 2.0 zu gewährleisten.
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