Bericht: Was bringt GDDR5 auf der Radeon HD 4870?

von Wolfgang Andermahr

Einleitung

Es gibt vier verschiedene Arten Speicher, die auf aktuellen Grafikkarten verbaut werden: DDR2, GDDR3, GDDR4 sowie der neue GDDR5, der Premiere auf der kürzlich erschienenen Radeon HD 4870 [1] feierte und so dem 3D-Beschleuniger trotz eines nur 256 Bit breiten Speicherinterfaces eine hohe Speicherbandbreite liefern kann. Auch wenn die Bandbreite meistens nicht einen so hohen Einfluss auf die Performance wie zum Beispiel die ALU-Leistung oder die diversen Füllraten hat, nutzt es einem nichts, wenn die stärkste GPU verhungern muss, da die Daten nicht schnell genug hin und her geschaufelt werden können.

Nachdem sich GDDR4 nie richtig hat durchsetzen können, GDDR3 aber schon seit Monaten am absoluten Maximum angelangt ist, wurde es höchste Zeit für GDDR5-Speicher, den es für die Hersteller mit verschiedenen Taktraten zu bestellen gibt. ATi nutzt auf der Radeon HD 4870 vorerst die langsamste Variante, die mit 1.800 MHz arbeitet. Wahrscheinlich erinnern sich einige Leser jetzt an das kleine GDDR4-Debakel auf der Radeon HD 3870 [2]. Da bei dem theoretisch schnelleren Speicher die Timings gegenüber der GDDR3-Variante gesenkt werden musste, waren GDDR3-Modelle mit einer hohen Frequenz in der Lage, die GDDR4-Versionen zu überholen. Wiederholt sich das Spiel bei GDDR5?

Genau diese Frage haben wir uns gestellt und wollen in dem Artikel der Sache auf den Grund gehen. Denn eins ist sicher: Die Latenzen des GDDR5-Speichers sind schlechter als die des GDDR3-Vorgängers, da man nur so die doch deutlich höheren Taktraten ermöglichen kann. Also haben wir uns eine Radeon HD 4870 geschnappt, deren GPU-Frequenz auf das Niveau einer sich ebenso im Test befindlichen Radeon HD 4850 [3] mit GDDR3 untertaktet und die Karte mit verschiedenen Speichertaktraten laufen gelassen. Sowohl mit den vollen 1.800 MHz als auch mit 993 MHz und somit der Taktung der Radeon HD 4850 muss der GDDR5-Speicher zeigen, in wie weit der neue Standard bei gleicher Frequenz langsamer als GDDR3 ist.

Testsystem

Testsystem:

• Prozessor
  • Intel Core 2 Extreme QX9770 (übertaktet per Multiplikator auf 4 GHz, Quad-Core)
• CPU-Kühler
  • Noctua NH-U12P
• Motherboard
  • Asus P5E3 Deluxe WiFi-AP (Intel X38, BIOS-Version: 1104) Haupt-Testplatine und für CrossFire-Systeme
  • XFX nForce 790i Ultra (Nvidia nForce 790i, BIOS-Version: 811N1P01_Beta) für SLI-Systeme
• Arbeitsspeicher
  • 2x 1024 MB G.Skill DDR3-1600 (7-7-7-18)
  • 2x 1024 MB Patriot DDR3-1600 (7-7-7-18)
• Grafikkarten
  • ATi Radeon HD 4870 (750/1.800), 512 MB
  • ATi Radeon HD 4850 (625/993), 512 MB
• Netzteil
  • Coolermaster M850 Real Power Pro Modular (850 Watt)
• Peripherie
  • Toshiba SD-H802A HD-DVD-Laufwerk
  • Pioneer BDC-202BK SATA Blu-ray-Laufwerk
  • Samsung SpinPoint F1 SATA2-HDD mit 750 GB und 32 MB Cache
• Gehäuse
  • Coolermaster Stacker 832
• Treiberversionen
  • ATi Catalyst 8.6 Series 5
• Software
  • Microsoft Windows Vista x64 SP1
  • Microsoft DirectX 9.0c
  • Microsoft Direct3D 10

Benchmarks

Folgende Benchmarks kamen während unseres Tests zum Einsatz:

• Synthetische Benchmarks:
  • 3DMark06 Version 1.0.2
  • 3DMark Vantage 1.0
• Spielebenchmarks:
  • Assassin's Creed, D3D10(.1), Vollversion, Version 1.0
  • Bioshock, D3D10, Vollversion, Version 1.1
  • Call of Duty 4, Vollversion, Version 1.5
  • Call of Juarez, D3D10, Vollversion, Version 1.1.0.0
  • Clive Barker's Jericho, Demo
  • Company of Heroes, D3D10, Vollversion, Version 1.71
  • Crysis, Vollversion, Version 1.21
  • F.E.A.R., Vollversion, Version 1.08
  • Gothic 3, Vollversion, Version 1.12
  • Lost Planet, D3D10, Vollversion
  • Rainbow Six Vegas, Vollversion, Version 1.06
  • Stalker, Vollversion, Version 1.0005
  • Unreal Tournament 3, Vollversion, Patch 1.2
  • World in Conflict, D3D10, Vollversion, Patch 1007

Alle Benchmarks werden mit maximalen Details ausgeführt, damit die Grafikkarte möglichst hoch belastet wird. Als Einstellungen haben wir uns dabei für 1280x1024 und 1600x1200 (sowie 2560x1600 bei Grafikkarten mit 512 MB oder mehr und einer entsprechenden Leistung) entschieden. Damit zollen wir den modernen High-End-Beschleuniger Tribut, die durch ihre Rechenkraft niedrigere Auflösungen als 1280x1024 CPU-limitiert werden lassen. Neben den reinen Auflösungen lassen wir den Benchmarkparcours auch mit 4-fachem (und falls möglich acht-fachem) Anti-Aliasing sowie 16-fachen anisotropen Filter durchlaufen. TSSAA (Nvidia) oder AAA (ATi) zur Glättung von Alpha-Test-Texturen nutzen wir aufgrund von Kompatibilitätsproblemen nicht mehr in unserem Benchmarkparcours.

Nach sorgfältiger Überlegung und mehrfacher Analyse selbst aufgenommener Spielesequenzen sind wir zu dem Schluss gekommen, dass die Qualität der Texturfilterung auf aktuellen ATi- und Nvidia-Grafikkarten in der Standard-Einstellung in etwa vergleichbar sind (mit leichten Vorteilen für die GeForce-Produkte). Bei Nvidia verändern wir somit keinerlei Einstellungen und im ATi-Treiber belassen wir die A.I.-Funktion auf „Standard“.

Treibereinstellungen: ATi-Grafikkarten (RV770)

• Catalyst A.I.: Standard
• Mipmap Detail Level: High Quality
• Wait for vertical refresh: Always off
• AA-Modus: 1xAA, 4xAA, 8xAA
• Adaptive Anti-Aliasing: Off

Synthetische Benchmarks

Direct3D-9-Benchmarks

Direct3D-10-Benchmarks

Performancerating

Ohne Anti-Aliasing sowie die anisotrope Filterung machen sich die höheren Latenzen von GDDR5 durchaus bemerkbar. Bei derselben Speicherbandbreite muss die Radeon HD 4870 (mit einem GPU-Takt von 625 MHz) einen Rückstand von durchschnittlich 19 Prozent gegenüber GDDR3 in Kauf nehmen. Fairerweise muss man aber anmerken, dass bei der verwendeten Taktfrequenz GDDR5 normalerweise mit etwas besseren Timings angesteuert werden könnte. Bei den vollen 1.800 MHz kann der RV770 dann etwa vier Prozent schneller agieren als der GDDR3-Speicher. Der schnellere Chiptakt auf der Radeon HD 4870 bringt dagegen mit einer 18 prozentigen Differenz deutlich mehr, solange man den Speichertakt mit anhebt. Alleine macht die GPU-Takterhöhung nur zehn Prozent aus.

Anti-Aliasing benötigt bekanntlich viel Speicherbandbreite und so skaliert GDDR5 mit dem höheren Takt nun besser. Mit derselben Taktfrequenz liegt der VRAM immer noch um 14 Prozent zurück, dafür kann man nun mit 1.800 MHz den Vorsprung auf sechs Prozent ausbauen. Die schnellere GPU bringt aber auch in diesem Fall mit 17 Prozent um einiges mehr, solange der Speichertakt bei 1.800 MHz liegt. Mit 993 MHz fällt der Geschwindigkeitsanstieg auf neun Prozent.

Bei acht-facher Kantenglättung ändert sich das Bild noch etwas mehr zu Gunsten von GDDR5. Dieser kann sich nun um zehn Prozent vor die GDDR3-Version setzen. Bei gleichem Takt ist aber immer noch ein recht hoher Unterschied (13 Prozent) vorhanden. Der höhere Chiptakt steigert die Performance um weitere 17 Prozent (VRAM: 1.800 MHz) beziehungsweise sieben Prozent (VRAM: 993 MHz).

Fazit

Wovon genau kann die Radeon HD 4870 nun also profitieren und sich von der Radeon HD 4850 spürbar absetzen? Ist es primär die höhere Speicherbandbreite, oder zeichnet sich eher der höhere Chiptakt verantwortlich? Oder hilft beides gleich viel? Entwarnung vorweg: Auch der GDDR5-Speicher trägt seinen Teil dazu bei und wird sicherlich nicht dasselbe Debakel wie GDDR4 erleiden. Alleine schon deswegen, da der Speichertakt mit wenigstens 1.800 MHz immens in die Höhe geschraubt werden konnte, was mit GDDR4 nur bedingt oder gar nicht der Fall ist. Die Latenzen sind allerdings auch in diesem Fall deutlich gestiegen, der Speicher ist bei gleichem Takt deutlich langsamer als GDDR3.

Deswegen fällt trotz des großen theoretischen Unterschieds (993 MHz gegen 1.800 MHz, fast eine Verdoppelung) die Differenz zwischen den simulierten Grafikkarten nicht annähernd so groß aus, wie man vermuten könnte. Allerdings gilt es zu bedenken, dass das Verhalten durchaus an der RV770-Architektur liegen könnte. Schon der R600 konnte mit der hohen Speicherbandbreite nicht wirklich etwas anfangen und im RV770 hat man die Effizienz weiter verbessert. Wenn also die Speicherbandbreite schon auf einer Radeon HD 4850 zu einem Großteil ausreichend ist, nutzt natürlich der große Schub auf der Radeon HD 4870 nicht mehr viel.

In unserem Test arbeitet der GDDR5-Speicher bei gleicher Frequenz wie der GDDR3-Vorgänger um durchschnittlich 14 Prozent langsamer, unabhängig von der Qualitätseinstellung. Fairerweise muss man aber anmerken, dass man bei den niedrigen Taktraten den GDDR5-VRAM eigentlich mit besseren Timings ansteuern könnte. Die zusätzliche Speicherbandbreite gegenüber der Radeon HD 4850 bringt der Radeon HD 4870 einen Performancesprung von etwa vier bis elf Prozent, je nach dem verwendeten Anti-Aliasing-Modus. Vor allem bei acht-facher Kantenglättung kann die GPU die höhere Bandbreite gut gebrauchen.

Der eigentliche Champion der Radeon HD 4870 ist aber der um 125 MHz gesteigerte Chiptakt, der die Performance um bis zu 18 Prozent heben kann. Natürlich nutzt das einem nichts, wenn die GPU die Daten nicht schnell genug von einem Ort zum anderen schaufeln kann (Speicherbandbreite). Dementsprechend nutzten die 750 MHz Chiptakt nicht mehr annähernd so viel, wenn man den Speichertakt nicht mit anhebt. Beide Faktoren hängen also eng voneinander ab und es war in der Entwicklung entscheidend, dass die Architekten die richtige Balance zwischen Chip- und Speichergeschwindigkeit finden konnten. Man kann jedoch schlussfolgern, dass der GDDR5-Speicher auf der Radeon HD 4870 einen deutlich geringeren Einfluss auf die Endgeschwindigkeit als der GPU-Takt hat und dennoch wichtig ist, um dessen volles Potenzial ausspielen zu können.

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