Einleitung
Oft herrschen wilde Spekulationen über den Stromverbrauch von aktuellen AGP-Grafikkarten. Insbesondere das neuerliche Aufkommen externer Netzteil-Anschlüsse hat auch uns zum Nachdenken über den Stromverbrauch angeregt und deshalb wollen wir in diesem Report einmal ein wenig mehr über die Leistungsaufnahme, wie es korrekter heißen muss, berichten.
Dabei geht es uns nicht um eine wissenschaftlich hundertprozentig korrekte Methode, da diese mit unseren Mitteln kaum zu realisieren ist, sondern um eine rein informative Näherung.
Aus diesem Grunde rechnen wir auch nicht auf das mW genau die Leistung der einzelnen Karte heraus, sondern stellen die Gesamtleistungsaufnahme unseres Testsystems, welches mit verschiedensten Grafikkarten bestückt ist, gegeneinander.
Grundlagen
Vor langer Zeit erschien auf der inzwischen eingestellten schweizer Website 3DConcept [1] ein höchst interessanter Artikel, der die damals aktuellen Grafikkarten nach ihrer Leistungsaufnahme klassifizierte.
Es gab und gibt, außer akkuraten Angaben des Herstellers selber, prinzipiell zwei Methoden, um die Leistungsaufnahme zu bestimmen:
- Differenzmessung
- AGP-Extender
Die Tests auf 3DConcept wurden mit einem Diagnosewerkzeug, einem AGP-Extender durchgeführt, um genau bestimmen zu können, wie stark die Grafikkarten die entsprechenden Leitungen des Netzteils belasteten. Leider gab es damals schon Probleme mit dem Timing einiger Grafikkarten.
Mit aktuellen AGP8X-Karten wird dieses Problem sicher nicht geringer geworden sein und da ein solcher AGP-Extender auch nicht gerade ein Allerwelts-Meßgerät darstellt, haben wir uns für das in Anführungszeichen kleinere Übel, der Differenzmessmethode, entschieden.
Wie schon in der Einleitung gesagt, wollen wir aus diesem Report keine hochwissenschaftliche Angelegenheit machen, sondern uns einfach mal rein informativ den Stromverbrauch eines Systems bestückt mit verschiedenen Grafikkarten anschauen.
Die AGP3.0-Spezifikation sieht in ihrer uns vorliegenden finalen Fassung auf Seite 95 vor, dass sich eine AGP-Karte aus folgenden Schienen des Netzteils in bestimmten Spannungsbereichen bedienen darf:
| max. Stromstärke | min. Spannung | max. Spannung | |
|---|---|---|---|
| I/O Versorgung | 2.0A | 1.425V | 1.575V |
| 3.3V | 6.0A | 3.15V | 3.45V |
| 3.3V AUX | 0.375A | 3.15V | 3.45V |
| 5V | 2.0A | 4.75V | 5.25V |
| 12V | 1.0A | 11.4V | 12.6V |
Ausmultipliziert könnte also eine Grafikkarte über den AGP-Port das Netzteil mit maximal etwa 48W belasten, wovon noch die normalerweise ungenutzte 3,3V AUX-Leitung und die I/O-Supply Spannung abgezogen wird. Danach ergeben sich 43,8W, mit der die 3,3V-, 5V- und 12V-Schienen des Netzteils i.d.R. belastet werden könnten.
Seit den Zeiten der GeForce256 und der Voodoo5 5500 ist es nicht mehr unüblich, dass AGP-Karten sich einer externen Versorgung bedienen und direkt, also vom AGP-Anschluss auf dem Mainboard entkoppelt, über das Netzteil gespeist werden.
Demnach sind auch leistunghungrigere Grafikkarten, die mehr als 44W schlucken, durchaus denkbar und heute gar die Regel.
Testsystem
Zum Test kam ein letztes Mal unser mit 133MHz-FSB betriebener Pentium 4 auf einem i845D-Mainboard mit 512MB PC2100-RAM zum Einsatz. Wir testen unter Windows XP, da es sich mittlerweile auf die eine oder andere Weise im Homebereich durchgesetzt hat und für viele mittlerweile auch zum Spielen die erste Wahl geworden ist.
Zur Geräuschuntermalung wurde der Onboard-Sound des Boards basierend auf dem C-Media CMI8738 mit Sechs-Kanal Unterstützung verwandt.
- CPU:
- Motherboard:
- Asus P4B266-E [3]
- Arbeitsspeicher:
- 2*256MB Nanya/Apacer PC2100 DDR-RAM CL2 mit schärfsten Settings
- Grafikkarte:
- Radeon 9800 Pro 128MB
- Radeon 9700 Pro 128MB
- Radeon 9500 64MB
- Radeon 9000 Pro 64MB
- Radeon 8500 BBA 128MB
- Radeon 7500 BBA 64MB
- GeForce FX5800 128MB
- GeForce FX5600 Ultra 128MB
- GeForce FX5600 ViVo 128MB
- GeForce FX5200 Ultra 128MB
- GeForce FX5200 128MB
- GeForce4 Ti4200-8X 128MB
- GeForce4 MX440 64MB
- GeForce3 classic 64MB
- Peripherie
- IBM DTLA 307015
- Maxtor 93073U6
- Pioneer DVD-303S (Slot-In)
- Onboard 10/100MBit Netzwerkkarte
- Adaptec AHA-2940UW SCSI Adapter
- Sonstiges
- A4 Tech Double Wheel Mouse
- Software
- WindowsXP Professional (ACPI-Singleprozessor System)
- DirectX 9.0
- Catalyst 3.2 für alle ATi-Grafikkarten
- Detonator 44.03 für alle nVidia-Grafikkarten
Wir haben nahezu alle Karten, die sich zum Testzeitpunkt in mittelbarer oder unmittelbarer Verfügungsreichweite befanden, requiriert und durch unseren kurzen, aber harten Test gescheucht.
Als Meßgerät kam ein ELV EM600 Energiemonitor zum Einsatz, der die Wirkleistung 0,5s Intervallen mit einer Auflösung von 0,1W und einer Genauigkeit von 1% erfassen kann.
Meßbedingungen
Wir haben mit den Messpunkten "BIOS" und "Windows-Desktop" zwei sehr gut vergleichbare Messpunkte gewählt, weil hier die Aktivität der restlichen Komponenten nicht ins Gewicht fällt.
Etwas schwieriger wird es natürlich, wenn das System unter Last gesetzt ist und die Karten je nach ihren technischen Möglichkeiten auch CPU, RAM und Chipsatz fordern.
Für eine möglichst reine GPU-Last haben wir das Tool BenMark5, welches schon zu Zeiten der GeForce256 einen relativ simplen Dreiecksdurchsatz gemessen hat, ausgewählt, da es in unserem Test mit der GeForce FX5800 mit die höchsten Chipinternen Temperaturen produzierte. Hier haben wir einen Mittelwert eines ca. 10 sekündigen Testlaufes in 1024x768 und 16Bit Farbtiefe, also der default-Einstellung, als Messwert auserkoren.
Der nächste Test war der Füllraten- und HSR-Test Villagemark, welchen wir in Version 1.20 und 1024x768 und 32Bit Farbtiefe durchführten. Ablesepunkt war das Ende des Tests, an dem kaum noch Transformationsarbeit anfällt.
Der nächste Test fordert nicht nur die gesamte Grafikkarte inklusive des verbauten RAM, sondern auch AGP-Bus und Chipsatz heraus. Der Codecreatures Bench wird aufgrund seiner Release zum Start der GeForce4 und deren überaus guten Abschneidens hierin, als sehr nV-lastig angesehen, aber hier interessieren uns die Leistungswerte ausnahmsweise nur in ihrer alternativen Bedeutung, so daß dies keine allzu große Einschränkung darstellt.
Um die Last noch weiter auf das Grafiksystem zu schieben, haben wir hier 2xFSAA und zusätzlich 4xAF aktiviert. Der Ablesepunkt war das Mittel einer Zeitspanne von ca. 5 Sekunden im Endbildschirm von Codecreatures, wo zwar noch Aktivität herrscht, aber schon die erreichte Bildrate angezeigt wird.
Dass hier die Radeon 7500 und die GeForce4 MX440 mangels Pixelshader außen vor blieben, soll noch der Vollständigkeit halber erwähnt sein.
Zu gute Letzt haben wir auch noch ein "echtes" Spiel mit in diesen doch sehr theoretisch angehauchten Test genommen. Mit Unreal Tournament 2003, wenn auch wiederum nur in der Demo-Version, haben auch aktuelle Systeme ziemlich zu kämpfen. Was das für den Stromverbrauch heißt, wollten wir daher auch wissen. Im Unterschied zu den anderen Tests, wo größtenteils Mittelwerte zum Zuge kamen, interessierte uns hier, unter realen Bedingungen, wenn man so will, die Spitzenlast, die das Netzteil schlucken musste, um den PC mit genügend Saft für UT2003 zu versorgen. Diese haben wir im FlyBy-Demo des Antalus-Levels gemessen.
Bei allen Tests haben wir darauf geachtet, dass zufällig Zugriffe auf die Festplatten oder das DVD-ROM, welche beide mit etwa 10W höherer Leistungsaufnahme zu Buche schlugen, nicht in den Messwerten berücksichtigt wurden!
Standardbedingungen
BIOS-Screen
Der BIOS-Screen Messpunkt ist interessant, da hier noch keine Stromsparmechanismen, wie sie unter Windows gang und gäbe sind, zum Zuge kommen. Hier sind überaus hohe Leistungswerte ein Indiz für die relative Leistungsaufnahme der Grafikkarte.
BIOS-Screen (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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Interessant sind hier zwei Dinge: Zum Einen ist die Radeon 9800 Pro hier leistungshungriger als eine höher getaktete GeForce FX5800, obwohl die ATi-Karten ansonsten als recht sparsam angesehen werden können.
Zum Anderen wird hier der unterschiedliche Fertigungsprozess des nV31 (0,13µ) und des nV34 deutlich. Selbst mit geringeren Taktraten genehmigt sich die FX5200 Ultra ein wenig mehr Strom als die FX5600 Ultra.
WinXP Desktop
Hier können schon die Stromsparmechanismen sowohl der Grafikkarte als auch des restlichen Systems greifen und führen durch die Bank zu deutlich geringeren Leistungsaufnahmen, als im Full-Power Modus beim Booten.
WinXP Desktop (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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Die Top-3 bleiben dieselben, wie schon beim Booten und auch die Flop-3 sind dieselben. Ob man nun die Tabelle von oben nach unten oder umgekehrt liest, bleibt in diesem Falle gleich.
Interessant ist, dass die Ultra-Varianten der GeForce FX beide knapp unterhalb der non-Ultra Versionen bleiben können. Möglicherweise takten diese Karten im 2D-Betrieb weiter herunter als ihre Pendants oder durch die Auslegung der Bauteile auf höhere Takte können diese niedrigen 2D-Taktungen mit geringerer Spannung gefahren werden.
Erstaunlich hoch ist die Leistungsaufnahme der GeForce4 Ti4200, die schon beinahe an die einer Radeon 9700 Pro herankommt. Hier scheint die GeForceFX-Serie durchaus weiterentwickelt worden zu sein.
Theoretische Bedingungen
BenMark5
Der 10-Sekunden-Testlauf des BenMark5 scheint wohl eine recht gute Wahl gewesen zu sein. Alle Chips laufen auch Hochtouren und die Leistungsaufnahme des Systems gerät nah an die 200W-Grenze.
BenMark5 (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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GeForceFX 5800 und Radeon 9800 Pro schiessen hier den Vogel ab und haben vor der nächsthungrigeren Radeon 9700 Pro knappe 25W Vorsprung, die hier zu einem sehr großen Teil auf der Grafikkarte selbst verbraten werden.
Die TnL-Einheiten der GeForceFX 5200 scheinen nicht besonders stark ausgelegt worden zu sein, wie auch schon im Test der Karten gezeigt wurde. Aus diesem Grunde kann sich die FX5200 wohl in diesem Testlauf auch ans positive Ende der Rangliste schieben.
Die restliche Rangfolge ergibt keine allzu großen Überraschungen.
Villagemark
Dieser Füllratentest fordert vor allem die Pixelpipelines der Karten und auch die HSR-Einheit. LMA und Hyper-Z in verschiedenen Inkarnationen sorgen hier wohl für die hohen Leistungsaufnahmen.
VillageMark D3D (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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Hyper-Z, welches im allgemeinen als leistungsfähiger als die entsprechende Version der nV'schen LMA gilt, scheint auch die Stromversorgung um einiges mehr zu fordern. Mit Ausnahme der GeForce FX5800 und des krassen Ausreißerwertes der GeForce3, für die wir keinerlei Erklärung anzubieten haben, scheinen die nV-Chips hier weniger Strom für diesen Test zu benötigen.
Codecreatures
Im Codecreatures Benchmark werden erstmals auch die Shadereinheiten der Chips gefordert. Durch FSAA und AF haben wir versucht, auch den Rest der Chips und das verbaute RAM mit in die Leisungsmessung einzubeziehen. Shaderlose Karten mußten hier leider draussen bleiben.
CodeCreatures Bench (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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Die im Verhältnis zu ihren erreichten Frameraten wohl vertretbaren 200W +/-5% der drei Top-Karten werden erst so richtig schätzbar, wenn man die unverhältnismäßig hohen Werte der GeForce4 Ti4200 und Radeon 8500 dazunimmt. Diese sind ihrerseits eventuell mit dem bei der Radeon durchgeführten Supersampling erklärbar und im Falle der GeForce durch das unoptimierte AF. Beide Umstände fordern eine deutliche Mehrleistung vom Chip und drücken gleichzeitig die Frameraten.
Als vergleichsweise stromgünstig können sich hier die FX5600 und FX5200 inklusive ihrer ultra-Varianten präsentieren.
Bedingungen Spielepraxis
UT2003-Demo FlyBy
Unser einziger echter Spieletest in diesem zugegeben recht künstlichen Szenario. UT2003 fordert in Sachen Pixelbehandlung bis hin zu Pixelshadern 1.4 zwar alles von der Grafikkarte, aber die Vertexshader werden nicht genutzt, so dass auch die CPU ihr übriges zur Leistungsaufnahme beiträgt.
UT2003-Demo FlyBy (system consumption)
Angaben in Watt (W)
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Unter Last kommt die GeForce FX5800 nun auch über das Leistungsniveau der Radeon 9800 Pro.
Dahinter kommt eine ganze Phalanx an ATi-Karten, die in diesem Test offenbar zum wiederholten Male das Gesamtsystem auf die eine oder andere Weise zu der erhöhten Leistungsaufnahme animieren.
Ob das am schwer beschäftigten Hyper-Z-Transistorblock liegt, oder an höherer Speicherspannung als bei den GeForce-Karten, können wir nicht sagen.
Ein wenig erstaunt hat uns allerdings das niedrige (und das ist in diesem Falle positiv gemeint) Niveau der GeForce3. Hier kommt allerdings hinzu, dass die HSR-Einheit nicht zusammen mit Multisampling genutzt werden kann, weswegen wir bei den ATi-Karten eigentlich zu der Hyper-Z Erklärung tendieren.
Fazit
Ein Fazit zu ziehen ist ein wenig schwierig. Ersten ist unsere durchaus anfechtbare Messmethode nicht gerade hilfreich, die Ergebnisse dieses Reports als absolute Wahrheit zu postulieren und zweitens ist auch in unserer zunehmend energiebewußten Gesellschaft der Stromverbrauch einer Grafikkarte bei den allerwenigsten ein Argument.
Was man allerdings folgern kann, ist, dass sowohl GeForce FX5800 als auch Radeon 9800 Pro mit deutlichem Abstand mehr Leistung aufnehmen, als beispielsweise die Radeon 9700 Pro und dies kaum im Verhältnis zu den höheren Frameraten steht.
Dies deutet schon auf eine leichte Überzüchtung aktueller Topmodelle hin, die nur mit einem mehr an Spannung stabil betrieben werden können. Dank des mittlerweile akzeptierten und durchaus nicht der AGP-Norm widersprechenden zusätzlichen Netzteilsteckers ist diese Art der Leistungssteigerung sicher kaum noch wegzudenken. Ob man dies für positiv oder negativ befindet ist Ansichtssache.
Als Positivum ist jedenfalls der meist deutlich gesenkte Stromverbrauch von einem System bestückt mit nVidias Mid-Range Garde im Vergleich zur direkten Vorgängergeneration GeForce4 Ti4200 anzusehen, wir hoffen, dass auch ATi den 0,13µ-Prozess in ihren Mid-Range Produkten nutzen kann, um neben anständiger Leistung auch zumindest keinen höheren Stromverbrauch zu realisieren.