PCIe 3.0 vs. 4.0 in Spielen: Alles eine Frage des Grafikkarten-Speichers

tl;dr: Navi-Grafikkarten von AMD unterstützen PCIe 4.0. Und das kann durchaus von Vorteil gegenüber dem älteren Standard PCI 3.0 sein. Wie der Test zeigt, muss dafür aber ein spezielles Kriterium erfüllt sein. Ist das nicht der Fall, gibt es mit dem klassischen PCIe-3.0-System (noch) keine Nachteile.

AMD Navi kann PCIe 4.0

AMDs Navi-Generation stellt die ersten Grafikkarten im Handel dar, die in Kombination mit einem Ryzen-3000-Prozessor auf Basis von Zen 2 und einem X570-Mainboard PCIe 4.0 unterstützen. Im Internet sind in den letzten Wochen immer mehr Berichte aufgetaucht, die den Radeons mit PCIe 4.0 eine bessere Performance als mit PCIe 3.0 unterstellt haben. In einem ersten, wenn auch schon etwas älteren Test der Redaktion hatte sich das bis jetzt noch nicht gezeigt.

PCIe-Interface	PCIe-Bandbreite (max.)	Anmerkung
PCIe 3.0 x8	8 GB/s	Nur auf Radeon RX 460/550/560
PCIe 3.0 x16	16 GB/s	Standard bei Grafikkarten abseits Navi
PCIe 4.0 x8	16 GB/s	Nur auf Radeon RX 5500 XT
PCIe 4.0 x16	32 GB/s	Nur auf Radeon RX 5700 (XT) und 5600 XT

Seit Oktober 2019 hat sich allerdings einiges getan. Es gibt neue Windows-Versionen, Treiber und Spiele, vor allem aber auch deutlich mehr Navi-Grafikkarten, die anders konfiguriert sind. Da wären die klassischen Modelle mit 8 GB Speicher und 16 PCIe-Lanes (Radeon-RX-5700-Serie), Exemplare mit 6 GB und 16 Lanes (Radeon RX 5600 XT) sowie Varianten mit nur 8 Lanes und wahlweise 4 oder 8 GB (Radeon RX 5500 XT). Es gibt also viele Faktoren, die einen Einfluss auf den Nachweis eines Vorteils von PCIe 4.0 haben können. Spielt der Speicher die Hauptrolle?

Um das herauszufinden, setzt ComputerBase in diesem Test mehrere AMD-Grafikkarten, Spiele und zwei Detaileinstellungen ein. Ebenso wird nach der Antwort auf die Frage gesucht, ob eine verdoppelte Bandbreite über den PCIe-Slot (PCIe 4.0 kann bei 16 Lanes knapp 32 GB/s statt rund 16 GB/s bei PCIe 3.0 übertragen) nur bei Speichermangel oder auch generell ein Vorteil sein kann.

Die Grafikkarten, die PCIe-Lanes und der Speicher

Für diesen Test greift die Redaktion auf die Radeon RX 5700, die Radeon RX 5600 XT und die Radeon RX 5500 XT zurück, die durchweg nach AMDs Referenzangaben arbeiten. Die Radeon RX 5700 ist dabei eine alte Bekannte: Sie bietet einen 8 GB großen Speicher und 16 PCIe-4.0-Lanes.

Die Radeon RX 5600 XT ist der aktuelle Neuzugang der Navi-Familie und stellt eine Premiere für AMD dar, denn die Grafikkarte setzt weder auf einen 4 GB noch einen 8 GB großen Framebuffer, sondern bietet mit 6 GB genau den Mittelweg. Bei den PCIe-Lanes gibt es dagegen keinerlei Unterschiede: Die Navi-10-GPU wartet ebenfalls mit 16 PCIe-Lanes nach dem neuen 4.0-Standard auf.

	PCIe-Interface	PCIe-Bandbreite (max.)	Speicherausbau
Radeon RX 5500 XT (Navi 14)	PCIe 4.0 x8	16 GB/s	4 GB oder 8 GB
Radeon RX 5600 XT (Navi 10)	PCIe 4.0 x16	32 GB/s	6 GB
Radeon RX 5700 (XT) (Navi 10)	PCIe 4.0 x16	32 GB/s	8 GB

Der Dritte im Bunde ist die Radeon RX 5500 XT. Die Grafikkarte gibt es mit 4 und 8 GB, für den Test kommen auch beide Varianten zum Einsatz. Bei den PCIe-Lanes wurde dagegen der Rotstift angesetzt. PCIe 4.0 wird zwar immer noch unterstützt, statt der vollen 16 Lanes gibt es aber nur deren 8. Mit 8 Lanes bei PCIe-4.0-Geschwindigkeit ist die Bandbreite also genauso hoch wie bei 16 Lanes des Typs 3.0.

Das Testsystem und die eingesetzten Spiele

Der ansonsten bei Grafikkarten-Tests eingesetzte Core i9-9900K konnte für diesen Artikel nicht genutzt werden, da Intel noch kein PCIe 4.0 unterstützt. Stattdessen kam ein Ryzen 7 3700X zum Einsatz, der auf einem MSI MEG X570 Godlike mit dem namensgebenden und für PCIe 4.0 entscheidenden X570-Chipsatz verwendet wurde. Ein 16 GB großer Arbeitsspeicher (DDR4-3200, 14-14-14-32) sowie ein frisch installiertes Windows 10 1909 mitsamt allen Updates waren weitere wichtige Bestandteile des Systems. Als Treiber war der Adrenalin 20.1.4 installiert.

Vier Spiele nehmen an diesem Vergleich teil, wobei drei davon explizit aufgrund eines bekannten hohen Speicherverbrauches ausgesucht worden sind. Damit gilt es bei den Testergebnissen zu bedenken, dass sie keinen Schnitt durch die Gesamtheit aller Spiele darstellen, der in irgendeiner Form auf das normale Performance-Rating zu übertragen ist.

Knapp 8 GB in Worst-Case-Szenario

Bei den Spielen handelt es sich um Call of Duty: Modern Warfare, F1 2019, Ghost Recon Breakpoint sowie Shadow of the Tomb Raider. F1 2019 adressiert in 1.920 × 1.080 bei maximalen Details in der Testsequenz bis zu 5,3 GB Speicher. In Shadow of the Tomb Raider sind es 6,3 GB, in CoD runde 7 GB und in Breakpoint 7,5 GB. Apropos Full HD: Dies ist die Auflösung, die in diesem Test genutzt wird, denn dort fühlen sich die Radeon RX 5500 XT und die Radeon RX 5600 XT heimisch.

Neben der maximalen Detailstufe wurde ein zweiter Lauf mit minimierten Texturdetails durchgeführt – alle anderen Grafikeinstellungen sind unverändert. So lässt sich herausfinden, ob PCIe 4.0 auch abseits von Speichermangel Vorteile bringen kann. Denn bei allen vier Titeln wird dann weniger als 4 GB Speicher adressiert, sodass die Speichergröße auf die Ergebnisse keinen Einfluss mehr haben kann.

Benchmarks in 1.920 × 1.080

Bei den Messungen der Frametimes lassen sich schnell die Unterschiede zwischen den verschiedenen Speicherkonfigurationen und PCIe-Bandbreiten erkennen.

Geht der Speicher aus, ist PCIe 4.0 von Vorteil

Im Falle der Radeon RX 5500 XT mit 4 GB kann PCIe 4.0 bei Spielen, die mehr als 4 GB an Grafikkartenspeicher verlangen, einen großen Vorteil bringen. Im Schnitt steigen die Frametimes der Grafikkarte gegenüber PCIe 3.0 um 19 Prozent an. Die Radeon RX 5500 XT mit 8 GB zeigt dagegen ein gänzlich anderes Verhalten, mit PCIe 4.0 legt das Modell dann nur noch um 2 Prozent zu. Daraus lassen sich bereits drei Erkenntnisse ableiten.

• In der Leistungsklasse der Radeon RX 5500 XT sind mehr als 16 GB/s Bandbreite über den PCIe-Slot nicht von Vorteil, PCIe 4.0 x8 (wie von AMD gewählt) oder alternativ PCIe 3.0 x16 reichen aus.
• Verlangt das Spiel nach mehr Grafikspeicher, als die Grafikkarte bietet, bedeuten nur 8 GB/s über den PCIe-Slot (wie PCIe 3.0 x8 sie bietet) einen zusätzlichen Leistungsverlust gegenüber der Konstallation aus zu wenig Grafikspeicher und 16 GB/s über den PCIe-Slot (wie PCIe 4.0 x8 sie bietet).
• Einen Leistungsverlust gibt es aber immer noch. Mehr Bandbreite über den PCIe-Slot beziehungsweise PCIe 4.0 allgemein hilft zwar bei Speichermangel, kann einen größeren Speicher mit noch deutlich höherer Bandbreite aber nicht ersetzen.

Auch die Radeon RX 5600 XT wird mit PCIe 4.0 in dem angepassten Testparcours schneller, wenn ihr der Speicher ausgeht. Mit 9 Prozent fällt der Vorteil aber nicht ganz so groß aus wie beim kleineren Modell. Dennoch zeigt sich, dass auch bei 16 PCIe-Lanes PCIe 4.0 einen Vorteil bei Speichermangel ergibt – 32 statt 16 GB/s über den PCIe-Slot helfen hier. Bei den Benchmarks der Radeon RX 5700 herrscht zwischen PCIe 3.0 und PCIe 4.0 hingegen Gleichstand, der verbaute 8-GB-Speicher reicht allerdings auch immer aus.

Das Performance-Rating mit den reduzierten Texturdetails zeigt dann eindeutig, was anhand der vorherigen Ergebnisse vermutet werden konnte: Ohne VRAM-Mangel bringt PCIe 4.0 selbst bei den nur acht vorhandenen Lanes auf der Radeon RX 5500 XT keine relevanten Vorteile gegenüber PCIe 3.0. Bei allen vier getesteten Grafikkarten arbeitet PCIe 4.0 nur 1 Prozent schneller als PCIe 3.0.

Nicht nur für die Frametimes, auch für die Framerate kann PCIe 4.0 ein Vorteil bei Speichermangel bringen. Allerdings fällt dieser geringer als bei den Frametimes aus, denn hier profitiert die Radeon RX 5500 XT nicht mehr um 19, sondern „nur“ noch um 12 Prozent. Die Radeon RX 5600 XT legt noch um 6 statt 11 Prozent zu. Mit niedrigen Texturdetails beträgt das Plus erneut durchweg 1 Prozent.

Ghost Recon Breakpoint ist ein Speicherfresser und der Extremfall im Testparcours. Vor allem bei den Frametimes zeigen sich massive Unterschiede. Besonders die Radeon RX 5500 XT mit 4 GB hat große Schwierigkeiten in dem Spiel. PCIe 4.0 bringt zwar ein Plus von 16 Prozent, allerdings ist das fast schon gar nichts, wenn bedacht wird, dass die 8-GB-Version noch einmal fast 50 Prozent schneller wird. Bei dieser zeigen sich auch in Breakpoint keine Unterschiede zwischen den PCIe-Versionen.

Die Radeon RX 5600 XT legt dagegen massiv mit PCIe 4.0 zu und wird mal eben um 48 Prozent schneller und kommt fast an die Frametimes der Radeon RX 5700 heran. Auffällig ist die Diskrepanz zur Radeon RX 5500 XT mit 4 GB. Vermutlich gerät diese durch den nochmal 2 GB kleineren Speicher und zugleich nur die Hälfte der Bandbreite zum Slot (wegen der 8 statt 16 Lanes) so sehr in die Bredouille, dass es auch nicht mehr ausreicht, die geringe Bandbreite zu verdoppeln.

Wer sich die niedrigen Texturdetails des Spiels anschaut, stellt darüber hinaus fest, dass die Radeon RX 5600 XT bessere Frametimes als die Radeon RX 5700 hat, da das Spiel mit der höheren Speicherbandbreite des großen Modells offenbar nichts anfangen kann. Mit den hochauflösenden Texturen sind die Frametimes dagegen 6 Prozent schlechter. Das zeigt, wie auch schon bei der Radeon RX 5500 XT, dass PCIe 4.0 bei Speichermangel zwar hilfreich ist, einen größeren Speicher aber nicht ersetzen kann.

F1 2019 ist das genaue Gegenteil zu Breakpoint. Einzig die Radeon RX 5500 XT mit 4 GB zeigt noch einen Vorteil von 10 Prozent mit PCIe 4.0, alle anderen Grafikkarten können nicht weiter profitieren.

Fazit

Auch dieser Test zeigt, dass eine Radeon RX 5700 sowie eine Radeon RX 5700 XT in Spielen derzeit nicht von PCIe 4.0 profitieren, weil ihre 8 GB Speicher immer ausreichen. Der PCIe-Slot wird deshalb nicht zum zeitkritischen Nachladen von Texturen benötigt. Die mittlerweile erschienenen Radeon RX 5500 XT sowie Radeon RX 5600 XT haben bezüglich des Speicherausbaus und/oder der Anzahl der PCIe-Lanes jedoch Nachteile im Vergleich zum größeren Modell. Und es wird deutlich, dass PCIe 4.0 in so einem Fall durchaus spürbare Vorteile bringt.

Allerdings ist auch PCIe 4.0 kein genereller Problemlöser, denn sowohl auf der Radeon RX 5500 XT als auch der Radeon RX 5600 XT bringt die doppelte Transferrate über den PCIe-Bus nur bei Speichermangel einen Vorteil – das ist auch der Grund, warum die Radeon RX 5700 mit deren 8 GB nicht profitiert. Auf der Radeon RX 5500 XT kann PCIe 4.0 die Probleme auch nur kaschieren und nicht den größeren Speicher ersetzen – es führt in dem Fall kein Weg an 8 GB vorbei. Da die Radeon RX 5600 XT mit 6 GB von Haus aus auf einen etwas größeren Speicher setzt, zeigen sich hier die größten praktischen Vorteile, da PCIe 4.0 auf der Grafikkarte zumindest zum Großteil, wenn auch nicht vollständig, den Speichermangel ausgleichen kann.

Wer eine Radeon RX 5700 (XT) hat, braucht über ein Upgrade auf PCIe 4.0 also nicht nachzudenken, da PCIe 4.0 abseits von Speichermangel derzeit keine Vorteile bei Spielen mit sich bringt. Und auch bei einer Radeon RX 5500 XT ist es nicht nötig, da die Vorteile nicht groß genug sind; dort sollte gleich zur 8-GB-Version gegriffen werden. Von den vier Navi-Modellen profitiert einzig die Radeon RX 5600 XT spürbar und zudem sinnvoll von PCIe 4.0, weil die Schnittstelle den 2-GB-Nachteil quasi ausgleichen kann.

Das Problem: Dafür sind unbedingt eine Ryzen-3000-CPU und ein recht teures X570-Mainboard notwendig und das beißt sich damit, dass eine Radeon RX 5600 XT eigentlich für den Einsatz in einem preiswerten PC gedacht ist.

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