Einleitung
Anlässlich der Game Developers Conference 2005 in San Francisco machte Mitte März letzten Jahres eine bis dato eher unbekannte Firma namens AGEIA erstmals durch die Ankündigung einer Physics Processing Unit [1], kurz PPU, große Teile der einschlägigen Presse auf sich aufmerksam. Karten mit dem PhysX getauften Spezialprozessor sollen die physikalischen Berechnungen in Spielen übernehmen und als dritte Kraft neben CPU und GPU für noch mehr Realismus sorgen. Bisherige Physik-Engines wie das beispielsweise für Half-Life 2 eingesetzte SDK Havok müssen sich bei den physikalischen Berechnungen auf die in manchen Spielen ohnehin stark belastete und nicht darauf spezialisierte CPU verlassen.
Ursprünglich sollten erste PhysX-Karten bereits Ende 2005 im Handel sein. Doch obwohl die Hardware an sich bereits fertig war, verschob sich der Verkaufsstart durch mangelnde Softwareunterstützung auf Seiten der Spiele. Ende März war es dann endlich soweit: Alienware, Dell und Falcon Northwest lieferten die ersten High-End-Systeme mit PhysX-Karte aus. Auf Grund der hohen Preise und der anhaltenden Abstinenz von Spielen mit PhysX-Unterstützung – das Schachprogramm Fritz 9 kann in diesem Zusammenhang wohl eher als uninteressant betrachtet werden – können diese Komplettrechner jedoch eher als Nischenprodukte betrachtet werden.
Seit Dienstag ist mit Tom Clancy's Ghost Recon Advanced Warfighter [2] von Ubisoft der erste Titel im Handel, der wenigstens ansatzweise – wir werden im Verlauf des Artikels genauer darauf eingehen – Gebrauch von den neuen Physikbeschleunigern macht. Eine Woche später treffen nun auch die ersten PhysX-Karten für den Retail-Markt ein. Mit 299 Euro sind diese allerdings alles andere als günstig. Ein Kauf will also wohl überlegt sein. Wir hatten die Möglichkeit, einen ersten Blick auf eine PhysX-Karte von BFG zu werfen und uns ein Bild vom derzeitigen Stand der Entwicklung in Sachen Spiele zu machen. Erste Videos aus CellFactor und anderen Spielen sowie AGEIAs PR-Strategie haben nicht gerade niedrige Erwartungen geweckt. Inwieweit diese erfüllt werden und ob sich der Kauf einer PhysX-Karte zum jetzigen Zeitpunkt lohnt, werden wir auf den nächsten Seiten klären.
AGEIA PhysX
Die physikalischen Modelle in modernen Spielen werden zunehmend komplexer. Dies geht natürlich mit immer höheren Anforderungen an die Hardware und insbesondere die CPU einher, die sich zudem mit immer komplexeren KI-Routinen und den allgemein steigenden Systemanforderungen konfrontiert sieht. Mit Multicore-CPUs stehen für die vielfältigen, parallel zu bearbeitenden Aufgaben zwar mehr Ressourcen zur Verfügung, doch wie man am Beispiel der 3dfx Voodoo und der Entwicklung der mittlerweile hoch komplexen 3D-Beschleuniger sieht, ist ein spezialisierter Prozessor oftmals die bessere Wahl.
Bei AGEIAs PhysX-Chip handelt es sich um einen Multicore-Prozessor mit massiv paralleler Architektur zur Berechnung von komplexen und dynamischen physikalischen Systemen, wie sie in modernen Spielen immer häufiger zum Einsatz kommen. Zu den häufigsten Anwendungen zählen zum Beispiel Starrkörper-Dynamik, Kollisions-Abfrage, Flüssigkeits-Simulation, weiche Körper und das Zerbrechen von Objekten. Daher betrachtet AGEIA die PPU (Physics Processing Unit) in zukünftigen Spielen als gleichberechtigte dritte Kraft neben CPU und GPU und spricht in diesem Zusammenhang vom „Gaming Power Triangle“. Durch das Zusammenspiel dieser drei Komponenten sollen zukünftige Spielegenerationen auch abseits der sich immer mehr dem Fotorealismus annähernden Grafik durch mehr Realismus überzeugen.
Doch die beste Hardware ist nichts wert, wenn die passende Software fehlt um sie auszureizen. Nicht anders verhält es sich bei AGEIAs Physikbeschleuniger-Karten. Das Software-Gegenstück zum PhysX-Prozessor hieß anfangs NovodeX, hört aber mittlerweile – wohl im Dienste der Markenidentität – auf den Namen PhysX SDK und ist für nicht kommerzielle Zwecke kostenlos erhältlich. Neben der API zur Unterstützung von PhysX-Karten beinhaltet das SDK auch eine plattformunabhängige Physik-Engine. Es unterstützt explizit Multicore-Systeme und soll den Entwicklern das Portieren von Titeln zwischen PC, PlayStation 3 und Xbox 360 erleichtern.
Ein weiterer Vorteil von AGEIAs PhysX-Technologie ist die Erweiterbarkeit über das SDK. Zumindest aus der Feature-Sicht sollte so nicht ständig Bedarf für eine neuere Karte bestehen. Zu den bereits im Nachhinein implementierten Funktionen gehört beispielsweise die Simulation von Stoffen.
Technische Daten
BFG PhysX Accelerator card
- Prozessor: AGEIA PhysX
- Bus-Technologie: 32-bit PCI 3.0 Interface
- Speicher-Interface: 128-Bit GDDR3
- Speicher: 128 MB GDDR3
- Speicher-Bandbreite: 12 GB/s
- Effektiver Speichertakt: 733 MHz
- Spitzen Anweisungs-Bandbreite: 20 Milliarden Anweisungen/s
- Fast 2 Tbit/s interne Speicherbandbreite
- Sphere-Sphere Kollisionen/s: max. 530 Millionen
- Convex-Convex (komplex) Kollisionen/s: max. 533.000
- Herstellungs-Prozess: 130 nm
- Transistoren: 125 Millionen
Minimale Systemanforderungen:
- Prozessor mit 1,4 GHz
- 128 MB Arbeitsspeicher
- Microsoft Windows XP MCE / Home / Professional
- CD-Laufwerk
- 20 MB freier Festplattenspeicher
- Netzteil mit 300 Watt
- ein freier PCI-2.0-Slot
- DirectX-9.0-Grafikkarte
Wie unser Test zeigen wird, dürften diese Anforderungen eher zum generellen Betrieb der Karte gedacht sein. PhysX-Spiele sind auf einem solchen System in jedem Fall nicht spielbar.
Impressionen
BFGs PhysX-Karte für den PCI-Slot wird in einer recht ausgefallenen, dreieckigen Verpackung geliefert. Neben der Karte beinhaltet die Packung eine Y-Weiche für Netzteile mit zu wenigen 5,25"-Stromkabeln, eine CD mit Treiber und Handbuch, eine DVD mit Demos und Videos, zwei offensichtlich von der Grafikkarten-Abteilung stammende BFG-Sticker sowie eine Schnellinstallations-Anleitung.
Abgesehen vom leicht veränderten Kühler entspricht BFGs PhysX-Karte dem Referenz-Design von AGEIA. Der blaue Lüfter dürfte vor allem Case-Moddern gefallen. Vorsicht ist allerdings beim BFG-Sticker auf dem Lüfter angesagt. Dieser fiel bereits nach kurzer Zeit ohne ersichtlichen Grund bei unserer Karte sowie einigen Kollegen ab und könnte im schlimmsten Fall den Lüfter blockieren. Vorsichtshalber sollte er vor der Inbetriebnahme der Karte manuell entfernt werden. Vor dem Starten des Rechners muss die PhysX-Karte noch mittels 5,25"-Stromkabel mit dem Netzteil verbunden werden, da der Rechner ansonsten nicht bootet.
Eine allzu große Hitzeentwicklung muss man jedoch trotz separater Stromversorgung nicht befürchten. Der Kühler unserer Karte war selbst während CellFactor lief nur handwarm und der Lüfter aus dem laufenden System nicht herauszuhören.
Die BFG PhysX Accelerator card soll im Laufe der nächsten Tage im Handel erhältlich sein. Alternate und Atelco werden die Karte zunächst exklusiv für 299 Euro vertreiben.
Testsystem
Testsystem:
- Prozessor
- Intel Pentium XE 840 (2 Kerne, 3,2 GHz, 2 x 1 MB L2-Cache, HT)
- Motherboard
- Asus P5WD2 Premium
- Arbeitsspeicher
- 2 x 1 GB Corsair Twin2X DDR2-800 (5-5-5-12)
- Grafikkarte
- ATi Radeon X1800 XL (500/500)
- Physikbeschleuniger
- BFG PhysX Accelerator card
- Festplatte
- Samsung S-ATA-2-HDD mit 200 GB Speicherplatz (NCQ aktiviert)
- Netzteil
- Tagan TG580-U22, 580 Watt
- Treiberversionen
- ATi Catalyst 6.4
- AGEIA PhysX 2.4.3 BETA-1
- Software
- Microsoft Windows XP Professional SP2
- Microsoft DirectX 9.0c
- Fraps 2.7.3
Benchmarks
- Spiele
- Tom Clancy's Ghost Recon Advanced Warfighter
- Demos
- CellFactor
- Hangar of Doom
- PhysX Demo
Spiele und Demos
Ghost Recon Advanced Warfighter
Grafik-Settings:
- Qualität der Texturen: Mittel
- Qualität der Effekte: Hoch
- Dynamische Schatten: Hoch
- Dynamisches Licht
- Nacheffekte: Hoch
- 8x AF
- Auflösung: 1280x1024 / 800x600
Das uns freundlicher Weise von Ubisoft zur Verfügung gestellte Tom Clancy's Ghost Recon Advanced Warfighter [1] (GRAW) ist der erste größere Titel, der mit PhysX-Unterstützung aufwarten kann. Allerdings wurde das Spiel nicht von Grund auf mit dem PhysX SDK entwickelt. Primär basiert die Physik in GRAW auf der bereits aus Half-Life 2 bekannten Havok-Engine, die selbst beim Einsatz einer PhysX-Karte weiter ihren Dienst verrichtet und für die meisten physikalischen Effekte verantwortlich ist. PhysX wird lediglich als Option für weitere Effekte genutzt. Sprich: Wer eine Karte sein Eigen nennt, der bekommt mehr zu sehen.
Da GRAW von Haus aus keine Benchmarkfunktion besitzt, haben wir die Frameraten über einen Zeitraum von 20 Sekunden mit Fraps aufgezeichnet. Der Anfang der ersten Mission läuft noch ohne Feindeinwirkung ab, so dass die Vergleichsmessungen unter praktisch identischen Bedingungen vorgenommen werden konnten. Daraus ergibt sich allerdings eine Art Best-Case-Szenario. Während des Spiels hat man in Feuergefechten teilweise mit mehreren freundlich und feindlich gesinnten NPCs zu tun, so dass die Performance deutlich schlechter ausfallen kann.
Neben der Explosion eines Tanklasters haben wir auch Maschinengewehr-Dauerfeuer und die damit einhergehenden Einschläge auf dem Boden gemessen, die für einen stetigen Partikelstrom sorgen.
GRAW Explosion – Avg FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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GRAW Explosion – Max FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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GRAW Explosion – Min FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Wie man sieht, fallen die Ergebnisse mit PhysX-Karte sowohl bei der Explosion als auch bei den Kugel-Einschlägen durchweg schlechter aus als ohne Physikbeschleunigung. Da die PhysX-Karte keine ohnehin zu verrichtenden Aufgaben übernimmt sondern dem System im Gegenteil weitere Verwaltungs- und Render-Arbeit aufbürdet, war von einer höheren Framerate auch nicht auszugehen.
Die doch recht deutliche Abweichung bei der minimalen Framerate dürfte angesichts der prozentualen Leistungsabfälle in beiden Auflösungen aber kaum auf fehlende GPU-Reserven zurückzuführen sein, was von ATi und nVidia im Zusammenhang mit GRAW auch bereits bestätigt wurde. Der Fehler dürfte also im Zusammenspiel mit der PhysX-Karte zu suchen sein und könnte sich je nach Art des Problems durch ein einfaches Treiber-Update beheben lassen.
GRAW Maschinengewehr – Avg FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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GRAW Maschinengewehr – Max FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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GRAW Maschinengewehr – Min FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Alles in allem ist die Leistung der PhysX-Karte in GRAW in Anbetracht der gebotenen Features doch sehr enttäuschend. Wer nicht genau hinsieht, kann die zusätzlichen Partikeleffekte während des Spiels leicht übersehen und muss dafür mit niedrigeren Frameraten leben.
CellFactor
Grafik-Settings:
- HDR enabled
- 50% Texture Resolution
- 100% Shadow Resolution
- Static Shadows enabled
- Fluid Effects enabled
- Cloth Effects enabled
- Auflösung: 1280x1024 / 800x600
Für die nur mit PhysX-Karte lauffähige Multiplayer-Demo CellFactor Combat Training [3] setzten die Artificial Studios vollends auf AGEIAs PhysX SDK. Dabei kam eine ob der durch PhysX gebotenen Möglichkeiten beeindruckende Demo heraus. Auf der Schattenseite sind leider die immensen Anforderungen an die Hardware zu nennen. Auch mit potenteren Grafikkarten als der von uns eingesetzten Radeon X1800 XL ist CellFactor nur mit deutlichen Abstrichen bei der Grafik und ohne Bots einigermaßen flüssig spielbar. Bei größeren Explosionen kann die Framerate schon mal in den einstelligen Bereich absinken, was selbst beim besten Willen nicht mehr spielbar ist.
Die Frameraten-Messung mit Fraps haben wir in einem nach außen offenen Tunnel durchgeführt, um durch die geringe Objektanzahl größere Unterschiede in der Testumgebung zu vermeiden. Die Frameraten sollten daher nur in Relation zueinander betrachtet werden. Der äußere Teil des Levels ist, wie oben bereits erwähnt, deutlich fordernder für die Hardware.
CellFactor – Avg FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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CellFactor – Max FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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CellFactor – Min FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Warum CellFactor dermaßen hardwarehungrig ist, können wir derzeit leider nicht mit Sicherheit sagen. Die durchgehend rote Anzeige der „Actors“ und die mangelhafte Skalierbarkeit durch Auflösung und Grafikdetails könnten jedoch darauf hindeuten, dass die Programmierer es bei der Anzahl der Objekte zu gut gemeint haben. Aber auch unausgereifte Treiber bzw. eine schlampig programmierte Demo könnten die Schuld an der Misere tragen.
Hangar of Doom
Hangar of Doom ist eine weitere PhysX-only-Demo und basiert auf der aktuellen Version der Unreal Engine 3, die unter anderem auch bei Unreal Tournament 2007 zum Einsatz kommt. Auch wenn man es angesichts der eher altbacken wirkenden Grafik nicht glauben mag, stellt Hangar of Doom hohe Anforderungen an die Hardware und belegt zusammen mit dem Unreal Editor satte 1,22 GB Festplattenspeicher. Worin der Hardwarehunger begründet liegt, ist einmal mehr nicht ganz klar. Fehlende Optimierungen an der Engine oder eine eilig zusammengeschusterte Demo könnten ein Grund sein.
Im Gegensatz zu CellFactor können die einzelnen Objekte hier nicht weiter zerstört sondern nur durch den Raum gekegelt werden. Ziel ist es, möglichst viele der 20 vorbeifliegenden Flugzeuge mit Colt, MG, PAK oder herumfliegenden Gegenständen zu zerstören. Auf das eigene Leben muss dabei keine Rüksicht genommen werden. Gemessen wurde auch hier mit Fraps. An Einstellungsmöglichkeiten stehen lediglich drei verschiedene Modi bei einer Auflösung von 1024 x 768 zur Verfügung.
Hangar of Doom – Avg FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Hangar of Doom – Max FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Hangar of Doom – Min FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Nichts desto trotz lässt sich feststellen, dass Hangar of Doom gut mit der Hardware zu skalieren scheint. Da die zu Grunde liegende Engine die Basis für eine vielzahl kommender Titel bildet, sicher keine schlechte Nachricht. Verglichen mit CellFactor ist der Verlauf der Frameraten zwar noch erträglich, aber auch hier ist bei sehr vielen herumfliegenden Objekten ein deutlicher Rückgang der FPS feststellbar.
Boxes Demo
Die in den PhysX-Treiber integrierte „Boxes Demo“ ist grafisch sehr schlicht gehalten und kann – wer die Demo von Ghost Recon Advanced Warfighter gespielt hat, wird es vielleicht schon wissen – auch ohne eine PhysX-Karte getestet werden. Dadurch eignet sie sich natürlich ideal für einen kleinen Leistungsvergleich zwischen PhysX-Karte und CPU. Die Framerate wurde auch hier über 20 Sekunden mit Fraps gemessen.
Boxes Demo – Min FPS
Angaben in Punkten
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Boxes Demo – Avg FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Boxes Demo – Max FPS
Angaben in Bildern pro Sekunde (FPS)
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Während die PhysX-Karte konstant fast identische Frameraten erreicht, muss die CPU bei der Unzahl von Kollisionsberechnungen deutlich Federn lassen. Dies ist natürlich ein Idealfall. Wie der Vergleich bei einem komplett auf dem PhysX SDK aufbauenden Spiel im Hard- und Software-Modus aussieht, muss sich erst noch zeigen. Unreal Tournament 2007 dürfte in diesem Zusammenhang der derzeit wohl interessanteste Kandidat sein.
Fazit
Was soll man nun von AGEIAs PhysX-Karten halten? Als gelungenen Start kann man die Einführung der Karten für den Retail-Markt jedenfalls nicht bezeichnen. Zu groß sind die Defizite, mit denen Käufer einer PhysX-Karte derzeit leben müssen. Gerade mal ein Spiel macht bislang von den Fähigkeiten der Karte wenigstens ansatzweise Gebrauch – aber nicht ohne dank der zusätzlichen Effekte stellenweise deutlich bei den Frameraten einzubrechen. Auch die verfügbaren Demos zeigten eine eher schlechte als rechte Performance. Mit Rise of Legends ist für diesen Monat lediglich ein weiteres Spiel mit PhysX-Unterstützung angekündigt. Aber auch von ihm sollte man keine allzu großen Neuerungen in Sachen Gameplay erwarten, wie Cellfactor sie erahnen lässt. Erst Unreal Tournament 2007 und vielleicht einige der eher unbekannten anderen Titel auf AGEIAs Ankündigungsliste dürften wirklich Gebrauch von den neuen Physikbeschleunigern machen. In der Zwischenzeit wird es wohl bestenfalls ein paar optische Spielereien geben.
Zeit genug, um die Treiber weiter zu optimieren. Mit Instabilitäten mussten wir im Laufe unseres Tests der Karte von BFG zwar nicht kämpfen, doch das letzte Wort in Sachen Performance ist sicher noch nicht gesprochen. Auch die eine oder andere Demo könnte nach einem Feintuning flüssiger laufen. Allzu viel Zeit sollte sich AGEIA mit den Verbesserungen aber nicht lassen. Denn mit Havok FX [4] steht ein auf die Rechenpower von Grafikkarten setzender Konkurrent für das PhysX SDK bereits in den Startlöchern. AGEIAs Vorteil dürfte hier in der im Allgemeinen sicher besseren Performance eines spezialisierten und nicht mit aufwändigen Grafikberechnungen belasteten Prozessors liegen.
Doch zunächst einmal muss sich die Hardware verkaufen. Und das geht letztendlich nur über Killerapps, die das Interesse an der benötigten Hardware sprunghaft steigern können. Unreal Tournament 2007 oder eine mögliche, auf der Unreal Engine 3 basierende Vollversion von CellFactor könnten eine solche Killerapplikation werden, sofern sich das Thema separater Physikbeschleuniger bis dahin nicht von selbst totgelaufen hat oder unter zu starkem Druck aus dem Grafikkarten-Sektor leidet. In der aktuellen Situation kann man vom Kauf einer PhysX-Karte nur abraten. 300 Euro sind nicht gerade wenig und in Anbetracht der derzeit gebotenen Leistung eindeutig zu viel. In zwei Monaten könnte die Software-Situation bereits besser aussehen. Insbesondere die morgen beginnende E3 in Los Angeles dürfte im Hinblick auf die kommenden Spiele einen Blick wert sein.
Nachtrag
Zwar pünktlich zum Fall der Deadline aber nicht mehr rechtzeitig für den Artikel hat uns auch die in Deutschland noch nicht erhältliche PhysX-Karte von Asus erreicht. Gingen wir Ende März noch von einer Karte mit 256 MB GDDR3-Speicher [5] aus, hat sich nun gezeigt, dass auch das Modell von Asus über „lediglich“ 128 MB Speicher verfügt.
Abgesehen von geringfügigen Änderungen am Boardlayout sowie einem anderen Kühler entspricht sie technisch der von uns getesteten Karte von BFG. Auch wenn es auf dem Bild so erscheinen mag, werden die Speicherchips nicht vom etwas höher aufliegenden Kühlkörper mitgekühlt. Ein kurzer Test mit Ghost Recon Advanced Warfighter ergab so dann auch im Rahmen der Messungenauigkeit zur BFG-Karte identische Werte, weshalb wir zum jetzigen Zeitpunkt von einem kompletten Test der Asus-Karte absehen und in einem zukünftigen Artikel mit breiterer Softwarebasis näher auf sie eingehen werden.
