Neue Test-Plattform – so prüft PC-WELT Grafikkarten auf Herz und Nieren

Die grundlegende Voraussetzung für aussagekräftige Benchmark-Ergebnisse ist ein einheitliches Test-Setup und Testverfahren. Dabei darf unser Benchmark-System die zu testende Hardware zu keinem Zeitpunkt ausbremsen. Im gleichen Zuge muss jedoch die ausgeführte Software eine maximal anliegende Auslastung erzeugen. Dementsprechend kommen nur die leistungsstärkste Hardware und die anspruchsvollsten Anwendungen in Frage. Gemäß diesen Anforderungen haben wir zwei neue Test-Benches und ein umfangreiches Testverfahren ausgearbeitet.

An dieser Stelle möchten wir uns ganz herzlich bei den jeweiligen Herstellern für die Bereitstellung der Test-Hardware bedanken, der Test-Bench und den Core i9-9900K hat uns Caseking zur Verfügung gestellt.

Den Praxisbezug nicht verlieren

Es ist eine Gratwanderung ein neues Technikprodukt so umfassend und schnell wie möglich zu testen, dabei jedoch den Praxisbezug nicht zu verlieren. Schließlich ist nicht jeder dazu bereit mehrere tausend Euro für seinen neuen PC in die Hand zu nehmen. Dennoch müssen wir sicherstellen, dass beim Testen einer neuen Grafikkarte, keine andere Hardware-Komponente wie der Prozessor oder der Arbeitsspeicher die GPU ausbremsen.

Demensprechend teure Hardwarekomponenten kommen bei unseren Test-Systemen zum Einsatz. Wir haben bei der Auswahl der Hardware-Komponenten jedoch die derzeit beliebtesten Produkte berücksichtigt und nicht einfach zum teuersten High-End-Produkt gegriffen. Damit alle Grafikkarten untereinander vergleichbar bleiben, kommt immer das gleiche Test-System zum Einsatz.

Die Schaltzentrale: ASUS ROG Strix Z390-E Gaming

D a der 9900K nach wie vor die höchste Leistung in Spielen erbringt, fiel unsere Wahl für den Grafikkarten-Test-Bench auf den Sockel 1151 v2 mit einem Z390-Chipsatz. Konkret handelt es sich bei dem Mainboard um ein ROG Strix Z390-E Gaming von ASUS für 230 Euro. Dieses bildet gleichzeitig auch das Grundgerüst für die Tests der Intel Prozessoren aus der aktuellen neunten Generation.

©ASUS

Auf dem ROG Strix Z390-E Gaming lässt sich der Arbeitsspeicher mit mehr als 4000 MHz Speichertakt dank XMP-Profil betreiben. Durch die Unterstützung von Nvidia SLI und AMD CrossfireX können wir auch Grafikkarten-Verbunde testen.  Für eine hervorragende Übertaktbarkeit des Core i9-9900K sorgt eine üppige Spannungsversorgung mit gutem Kühlsystem. Unsere M.2-System-SSD verschwindet unter einem Passivkühler. Die Ausstattung runden der moderne USB-C-Anschluss, ein WLAN-Modul und die RGB-Beleuchtung ab.

Das Rechenherz: Intel Core i9-9900K mit Corsair Hydro Series H150i Pro

©Intel

A ls Rechenherz für die GPU-Test-Plattform kommt nur der aktuell stärkste Gaming-Prozessor in Frage – der Intel Core i9-9900K . Dieser bietet acht physikalische Kerne und kann parallel 16 Threads bearbeiten. Die standardmäßige Taktrate von 3,6 GHz heben wir auf satte 5,0 GHz an. Damit stellen wir sicher, dass die CPU auch bei Anwendungen, die nur wenige Rechenkerne ansprechen, zu keiner Zeit limitiert. Der Straßenpreis für den Prozessor liegt immer noch bei stolzen 520 Euro.

©Corsair

Durch die hohe Übertaktung entsteht einiges an Abwärme, welche wir mittels der All-in-One-Wasserkühlung Hydro Series H150i Pro von Corsair abführen. Diese ist Dank des 360 Millimeter großen Radiators und der PWM-Lüfter in der Lage, die CPU bei unseren Tests nahezu lautlos zu kühlen. Das ist insbesondere deswegen wichtig, weil wir beim Test der GPUs auch die Lautstärke des Grafikkartenkühlers ermitteln. Aus diesem Grund haben wir den Radiator im unteren Teil des Bench-Tables befestigt, um die Störgeräusche zu minimieren. Die AiO-Wasserkühlung Corsair Hydro Series H150i Pro ist aktuell ab 170 Euro erhältlich.

Hoher Speichertakt und niedrige Latenzen: G.Skill Trident Z Royal gold

D em Prozessor stehen zwei Speicherriegel des Typs G.Skill Trident Z Royal mit je acht Gigabyte Kapazität zur Seite, also insgesamt 16 GB. Der Betrieb erfolgt im Dual-Channel-Modus, wobei der Arbeitsspeicher mit einer Frequenz von 3600 MHz bei einer Latenz von 16-16-16-36 taktet. Diese Einstellung sorgt in Spielen für sehr hohe FPS-Zahlen und bleibt aus Preis-Leistung-Sicht dennoch in einem guten Bereich.

©G.Skill

Die Übertaktung des G.Skill Trident Z Royal geht Dank dem XMP 2.0 Profil leicht von der Hand. Highlight des Arbeitsspeichers von G.Skill ist aber definitiv die Gold-Diamant-Optik mit RGB-Beleuchtung. Ob sie dem Anwender gefällt, ist und bleibt jedoch Geschmackssache. Der Preis für ein solches DIMM Kit beträgt aktuell 200 Euro.

Viel Speicher für Anwendungen und Ergebnisse: WD Black SN750 & SanDisk Ultra

©Western Digital

A ls Systemplatte kommt die Westen Digital WD Black SN750 SSD mit 1 TB Speicher zum Einsatz. Dank des NVMe-Protokolls liest die SSD mit bis zu 3470 MB/s und schreibt mit bis zu 3000 MB/s. Dieser hohe Datendurchsatz ist wichtig, da wir oftmals das Betriebssystem, Spiele oder Anwendungen neu installieren müssen und wir uns hierbei viel Zeit sparen können. Auf Grund der Tatsache, dass Spiele heutzutage immer mehr Speicher benötigen, reizen wir die vorhandene Speicherkapazität von 1 TB nahezu vollkommen aus. Preispunkt für die WD Black SN750 : 180 Euro.

©SanDisk

Sämtliche relevanten Installationsdateien, Testergebnisse und Screenshots sichern wir auf der SATA-SSD SanDisk Ultra 3D mit 1 TB Speicher. Mit einer Leserate von bis zu 560 MB/s und einer Schreibrate von bis zu 530 MB/s zählt diese zu den schnellsten Vertretern der SATA-SSDs. Für die SanDisk Ultra 3D SSD zahlen Sie aktuell 120 Euro.

Platinum-Netzteil mit Hardware-Award: Seasonic Focus Plus Platinum

©Seasonic

F ür eine stabile Stromversorgung der Testplattform sorgt das vollmodulare Netzteil Seasonic Focus Plus Platinum . Das 850-Watt-Netzteil trägt die elitäre Zertifizierung 80-Plus-Platinum, arbeitet also ab 20 Prozent Auslastung mit einer Effizienz von mindestens 92 Prozent. Bei einer Auslastung zu 50 Prozent liegt der Wirkungsgrad sogar bei über 94 Prozent. Der Semi-passiv-Lüftermodus erlaubt einen lautlosen Betrieb bei niedriger bis mittlere Auslastung. Das alles hat seinen Preis von 160 Euro für ein Seasonic Focus Pus Platinum 850W .

Benchtable mit Abdeckung: Lian Li PC-T70X

©Lian Li

D ie gesamte Hardware findet Platz auf dem Test-Bench Lian Li PC-T70X , das komplett aus massivem Aluminium besteht und einen einfachen Zugang zu allen Komponenten erlaubt. Die AiO-Wasserkühlung des Grafikkarten-Test-Setups findet dabei im unteren Bereich des Gehäuses seinen Platz, wodurch keine Störgeräusche bei der Lautstärkemessung entstehen. Für einen realitätsnahen Gehäuseaufbau mit natürlichem Airflow soll die dazugehörige Abdeckung T70-1X sorgen, diese ist jedoch aktuell von Lian Li leider nicht lieferbar. Ein gesamter Benchtable inklusive Abdeckung ist ab 130 Euro erhältlich.

Natürlicher Airflow: be quiet! Silent Wings 3

©be quiet!

F ür einen natürlichen Airflow sorgen vier Lüfter des Typs be quiet! Silent Wings 3 . Dabei dienen jeweils zwei Lüfter der Zuführung von Frischluft beziehungsweise der Absaugung aus dem Gehäuse. Dank ihrer PWM-Ansteuerung kühlen die Lüfter die Testsysteme quasi lautlos und nehmen somit keinen negativen Einfluss auf die Lautstärkemessungen. Mit einem Stückpreis von 20 Euro pro be quiet! Silent Wings 3 erhöht sich der Preis für unsere Testsystem jeweils noch einmal um 80 Euro.

4K-Monitor mit G-Sync: ASUS ROG Swift PG27AQ

©ASUS

F ür die Bildausgabe ist der 27 Zoll große Monitor ASUS ROG Swift PG27AQ zuständig. Die Auflösung liegt bei 3840 x 2160 Bildpunkten (4K). Das ist nötig, um Spiele in höheren Auflösungen testen zu können. Dank des IPS-Panels bietet der Bildschirm eine gute Farbwiedergabe auch bei seitlicher Bildbetrachtung. Für eine Synchronisierung der Bildwiederholrate des Monitors mit der Grafikkarte sorgt das integrierte G-Sync-Modul, wodurch sich der 900 Euro teure ASUS ROG Swift PG27AQ auch ideal für Gamer eignet.

Wertungskategorien und Testverfahren

Nachdem wir die verwendete Test-Hardware nun ausführlich vorgestellt haben, kommen wir jetzt zur Software und den vorgenommenen Einstellungen. Das Hauptaugenmerk beim Testen der Grafikkarten liegt definitiv auf deren Spieleleistung, auch wenn wir zusätzliche synthetische Benchmarks ausführen. Zudem bewerten wir das Energieeffizienzlevel, die Lautstärke des Kühlers und die Temperaturentwicklung.

Auswahl der Test-Samples

B evor wir eine Grafikkarte testen, müssen wir zunächst ein Test-Sample auswählen. Bei den meisten Grafikchips gibt es deutlich über 30 verschiedene Modelle zur Auswahl, die sich hinsichtlich ihrer Kühllösung, der anliegenden Taktraten und der thermischen Verlustleistung unterscheiden. Um also eine klare Grundlinie ziehen zu können, haben wir uns dazu entschieden nach Möglichkeit Referenzkarten zu testen – bei Nvidia heißen diese Founders Edition.

Diese finden zwar auf dem Markt oft keine allzu große Verbreitung und bieten meistens auch ein schlechteres Kühlsystem, liefern aber genau die Leistung ab, die die Hersteller, also AMD und Nvidia, versprechen. Zudem haben die Referenzkarten den Vorteil, dass sie direkt zum Launch-Termin verfügbar sind. Custom-Modelle gelangen oftmals erst Wochen später auf den Markt und dann ist es für einen Testbericht schon zu spät.

BIOS-Einstellungen und Treiberversion

F ür die Grafikkartentests übertakten wir unseren Intel Core i9-9900K auf allen acht Kernen auf 5,0 GHz. Zudem aktivieren wir das XMP-Profil unseres Arbeitsspeichers, konkret taktet dieser mit 3600 MHz bei einer Latenz von 16-16-16-36. Die vier angeschlossenen Lüfter sowie die AiO-Wasserkühlungen regeln wir mittels des PWM-Signals und wählen im BIOS den Silent-Betrieb. Die verwendete BIOS-Version des ASUS-Mainboards trägt die Nummer 1302. Als Betriebssystem kommt Windows 10 Pro 1909 mit der Buildversion 18363.476 zum Einsatz. Die Treiberversion des Nvidia Treibers lautet 441.20, seitens AMD haben wir den Treiber 19.12.2 verwendet. Für alle später veröffentlichten Grafikkarten müssen wir auf Grund der Kompatibilität auf eine neuere Treiberversion zurückgreifen, dies erwähnen wir dann separat im Testartikel.

Wie wichtig ist die anliegende Taktrate und was ist das 99.9th percentile?

D ie Spieleleistung einer Grafikkarte zu ermitteln ist ziemlich komplex und hängt von vielen Faktoren ab. Zunächst muss sichergestellt sein, dass die Grafikkarte auch wirklich der limitierende Faktor ist. Deshalb wählen wir für die Spiele im Regelfall die höchsten Voreinstellungen, die exakten verwendeten Einstellungen finden Sie am Ende des Artikels. Zudem hängt die Leistung der Grafikkarte vom anliegenden Takt und direkt damit verbunden der Temperaturentwicklung ab. Bei steigender Temperatur taktet die GPU sich nämlich automatisch herunter, um den Temperaturanstieg zu minimieren. Dementsprechend erhalten Sie nach einer halbstündigen Spiele-Session weniger Bilder pro Sekunde, als wenn Sie Ihren PC gerade erst gestartet haben.

Um einen solchen Messfehler zu umgehen, ermitteln wir zunächst mit Hilfe des kostenlosen Programms FurMark die maximale Temperatur der Grafikkarte. Bevor wir dann einen Spiele-Benchmark starten, erhitzen wir die Grafikkarte zuerst mittels FurMark auf die Maximal-Temperatur und starten dann umgehend den Test. Die Temperaturentwicklung hängt natürlich stark vom jeweiligen Grafikkartenmodell, dem Gehäuse und der Belüftung ab. 

Damit wir dementsprechend ein aussagekräftigeres Resultat zu erzielen, messen wir nicht nur die erreichten FPS-Werte, sondern auch die anliegenden Taktraten der GPU mittels MSI Afterburner . Die Messung und Auswertung der berechneten Bilder pro Sekunde erfolgt mit dem kostenlosen Tool CapFrameX. Dieses zeichnet nicht nur den exakten FPS-Verlauf, sondern auch die Frametimes auf und berechnet die jeweiligen Perzentile. Eine wichtige Angabe bei der Spieleleistung ist nämlich nicht nur die durchschnittliche FPS-Zahl, sondern auch die Minimale, die bei besonders rechenintensiven Spielszenen auftritt.

Da jedoch immer Messtoleranzen auftreten, geben wir nicht direkt die Minimal-FPS, sondern das „99.9th percentile“ an. Diese Zahl beschreibt die minimalen FPS, wobei die schlechtesten 0,1 Prozentpunkte ausgenommen sind, womit diese Zahl deutlich aussagekräftiger ist. Um weitere Messfehler ausschließen zu können, führen wir alle Tests drei Mal durch und bilden daraus den Durchschnitt. Bei widersprüchlichen Messergebnissen gibt es dementsprechende Analysen mit darauffolgenden Nachtests.

Welche Spiele testest PC-WELT und was gilt es dabei zu beachten?

De s Weiteren hängt die Spieleleistung von der jeweiligen Grafik-Engine, der verwendeten Programmierschnittstelle und den Treibern ab. Es gibt viele Spiele, bei denen AMD respektive Nvidia direkt bei der Spieleentwicklung beteiligt waren, wodurch deren GPUs selbstverständlich besser abschneiden. Deshalb haben wir versucht, eine möglichst breitgefächerte Spieleauswahl aus den unterschiedlichsten Genres und von den unterschiedlichsten Herstellern zum Testen heranzuziehen. Nur so lässt sich die durchschnittliche Spieleleistung einer Grafikkarte bestimmen. Wenn Sie sich mehr für die FPS-Werte in einem speziellen Spiel interessieren, dann geben wir diese Werte extra am Ende eines Testartikels an.

Als Spiele haben wir uns folgende, grafisch sehr anspruchsvolle Titel herausgesucht: Assassin’s Creed Odyssey, Borderlands 3, Civilization VI Gathering Storm, F1 2019, Far Cry 5, Forza Horizon 4, Metro Exodus, Red Dead Redemption 2, Shadow of the Tomb Raider und The Division 2. Wie Sie vermutlich festgestellt haben, handelt es sich bei allen Titeln um Singleplayer-Spiele. Das liegt daran, dass in Multiplayer-Spielen die Szenen nicht reproduzierbar sind.

Ein Beispiel: Wir spielen eine Runde CoD MW und lassen ein Skript die Spielfigur steuern, um eine vergleichbare Szene zu erhalten. Beim zweiten Testdurchlauf sterben wir jedoch bereits nach 20 Sekunden, wodurch wir respawnen und unser Benchmark-Ergebnis sich verfälscht. Selbst bei den Single-Player-Titeln haben wir einen nicht direkt reproduzierbaren Einfluss und zwar die KI. Wenn wir einen Kampf starten und immer genau gleich agieren, zeigt die KI dennoch unterschiedliche Reaktionen.

©Rockstar Games

Genauso bewegen sich Menschen oder Autos in dicht besiedelten Städten nicht immer auf die gleiche Art und Weise. Und bei Spielen mit einem dynamischen Tag-Nacht-Rhythmus kann es sein, dass, wenn wir denselben Spielstand mehrmals hintereinander laden, es unterschiedlich lange dauert, bis sich die Tageszeit im Spiel verändert. All das hat Auswirkungen auf unsere Messergebnisse, weshalb wir uns dazu entschieden haben, ausschließlich die integrierten Spielebenchmarks zu verwenden, weil diese einen fest bestimmten Ablauf bieten. Ein weiterer Vorteil ist, dass Sie zu Hause ganz einfach den Benchmark mit den gleichen Einstellungen durchführen können, um Ihre Resultate anschließend zu vergleichen.

Natürlich gibt es bei dieser Messmethodik auch Nachteile. In manchen Fällen haben die Spieleentwickler die Benchmarks entsprechend optimiert, wodurch sie nicht die tatsächlichen Ingame-FPS-Werte widerspiegeln. Genauso lassen sich die oben aufgeführten Argumente auch negativ ausführen, weil wir den wichtigen Faktor KI bei unseren Messungen vernachlässigen. Letztendlich interessant ist aber der direkte Vergleich zu den Konkurrenzprodukten und da wir alle Grafikkarten nach denselben Parametern testen, ist dieser Wert durchaus aussagekräftig.

Die Leistung der Grafikkarte, welche im Durchschnitt über die zehn Spiele die höchsten FPS-Werte erzielt, legen wir als 100 Prozent fest. Davon ausgehend berechnen wir, um wie viel Prozent die anderen Grafikkarten langsamer sind. Somit ist für Sie auf einen Blick erkenntlich wie viel Mehrleistung Sie durch ein Grafikkarten-Update erwarten können. Zuletzt beziehen wir noch die aktuellen Straßenpreise mit ein und bewerten alle GPUs nach ihrem Leistung-pro-Euro-Verhältnis.

Welche Auflösungen berücksichtigt PC-WELT?

Di e nach wie vor beliebteste Auflösung ist mit weitem Abstand Full-HD (1920 x 1080 Bildpunkte). Das liegt in erster Linie an den vergleichsweisen günstigen Anschaffungskosten, aber auch daran, dass gerade kompetitive Spieler auf eine möglichst hohe Bildwiederholungsrate achten. Damit wir auch High-End-Grafikkarten an ihr Limit bringen können und um die Relevanz der Größe des Videospeichers nicht zu vernachlässigen, testen wir zudem in WQHD (2560 x 1400) und die Highend-Karten in UHD (3840 x 2160).

©Blizzard

Auch wenn Breitbildmonitore mit einer Auflösung im 21:9 Format sich einer immer größeren Beliebtheit erfreuen, klammern wir eine Auflösung von zum Beispiel 3440 x 1440 Pixeln explizit aus. Das liegt daran, dass die Bilddarstellung vom jeweiligen Spielentwickler abhängt. Beim beliebten Ego-Shooter Overwatch beschneidet das 21:9 Format das dargestellte Bild oben und unten, an Stelle das Bild links und rechts zu erweitern. Das liegt daran, dass der Spieleentwickler Gamern mit einem Breitbildmonitor keinen Spielvorteil durch ein breiteres Sichtfeld geben will.

Synthetische Benchmarks zur Bestimmung der rohen Rechenleistung

E in beliebter Weg, um die Rechenleistung einer Grafikkarte zu bestimmen, sind synthetische Benchmarks. Das liegt daran, dass diese einen einfach verständlichen Score ausgeben und es sogar online Bestenlisten zum direkten Vergleich gibt. Wir haben uns drei unterschiedliche Benchmarks ausgesucht, um die beliebtesten Programmierschnittstellen abzudecken: 3D Mark Time Spy Extreme (DirectX 12), 3D Mark Fire Strike Ultra (DirectX 11) und Unigine Superposition 4K (Open GL). Wie auch bei den Spielen führen wir alle Tests drei Mal durch und überwachen dabei die anliegende Taktrate der GPU.

Geräuschkulisse, Temperaturentwicklung und Stromverbrauch

Vi elen Anwendern ist nicht nur wichtig, dass sie möglichst viele FPS in ihrem Lieblingsspiel erhalten, sondern legen auch Wert auf einen möglichst leisen oder energieeffizienten PC. Da die Grafikkarte in den meisten Fällen die stromhungrigste Komponente eines PCs darstellt, spielt sie hierbei eine wichtige Rolle. Um die gängigsten Anwendungsszenarios abzudecken führen wir alle Messungen im Desktop-Modus, in einem Spiel (Shadow of the Tomb Raider) und unter Maximallast (FurMark) durch.

©Shure

Die Lautstärke ermitteln wir bei offenem Testaufbau aus einer Entfernung von 20 Zentimetern. Hierfür kommt das Stereo-Kondensatormikrofon Shure MV88+ zum Einsatz. Das Test-System steht während der Messungen in einer normalen Büroumgebung und nicht in einer speziellen Messkammer, um den Realitätsbezug nicht zu verlieren. Das Mikrofon ist jedoch so eingestellt, dass es keine Störgeräusche von den Gehäuselüftern oder aus der Umgebung aufnimmt. Sollten widersprüchliche Messungen entstehen, gibt es selbstverständlich Nachmessungen.

Parallel zu den Lautstärkemessungen ermitteln wir die Chiptemperatur der Grafikkarte. Hier kommt das kostenlose Tool MSI Afterburner zum Einsatz. Beim Spieletest heizen wir zunächst die Grafikkarte mit FurMark vor und starten anschließend das Spiel. Dadurch können wir eine längere Spiele-Session simulieren.

Neben MSI Afterburner läuft noch ein weiteres kostenloses Tool namens HWiNFO im Hintergrund. Dieses lässt uns auf zwei Nachkommastellen genau den Stromverbrauch und noch unzählige weitere interessante Messwerte der Grafikkarte auslesen. Bei den Testergebnissen geben wir nicht nur den Maximalverbrauch beim Zocken, sondern auch den Durchschnitt aus 10 Minuten Spielzeit an. Bei der Messung der Leistungsaufnahme führen wir auch noch einen Zusatztest durch und zwar das Anschauen eines YouTube-Videos in Full-HD-Auflösung.

Das neue Testverfahren der Grafikkarten kommt seit dem 22. November 2019 zum Einsatz.

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