RX 5700 (XT) und RTX 2070 Super: Overclocking, Undervolting und PCIe 4.0 im Test

tl;dr: Wie schlagen sich AMD Radeon RX 5700 (XT) und Nvidia GeForce RTX 2070 Super in Sachen Overclocking und Undervolting? Eine Antwort blieb die Redaktion aus Zeitgründen bisher schuldig. Jetzt beantwortet ComputerBase die noch offenen Fragen und wirft zusätzlich einen Blick auf den Vorteil durch PCIe 4.0 bei Navi 10.

In diesem Sommer ging es hoch her auf dem Grafikkartenmarkt. Nvidia aktualisierte das Turing-Portfolio und startete mit den schnelleren Modellen GeForce RTX 2060 Super und GeForce RTX 2070 Super (Test) in die warmen Tage, es folgte die GeForce RTX 2080 Super (Test). Nvidia sorgte mit den neuen Varianten vor, denn kurz darauf schickte AMD die Navi-Generation in Form von Radeon RX 5700 und Radeon RX 5700 XT (Test) als direkte Gegenspieler ins Rennen, die GeForce RTX 2060 und 2070 ohne Super schlagen konnten. RDNA, die erste wirklich neue GPU-Architektur seit der Einführung von GCN Ende 2011, feierte eine gelungene Premiere.

RDNA macht vieles anders als GCN und bringt große Verbesserungen bezüglich der Performance pro Shader-Einheit mit. Die neuen Grafikkarten reagieren auch unterschiedlich auf das Übertakten und Undervolting. Für entsprechende Tests fehlte der Redaktion auch angesichts des Navi-Custom-Design-Test-Marathons bisher die Zeit, jetzt wird das nachgeholt.

Viele Tests mit Radeon RX 5700 (XT) und GeForce RTX 2070 Super

Welche Architektur am meisten Potenzial für höhere Taktraten und niedrigere Spannungen hat, wird in diesem Artikel anhand von Radeon RX 5700, Radeon RX 5700 XT und GeForce RTX 2070 Super geklärt. Mit den beiden letztgenannten Modellen wird zusätzlich untersucht, ob es in den vergangenen drei Monaten Leistungsverbesserungen mit den neuesten Treibern gegeben hat. Abschließend muss die Radeon RX 5700 XT noch zeigen, ob PCIe 4.0 gegenüber PCIe 3.0 Vorteile in Spielen bringt.

Das bekannte Testsystem

Für sämtliche Tests wurde das bekannte Grafikkarten-Testsystem genutzt, das mit einem Core i9-9900K ausgestattet ist. Mit Ausnahme vom Treiber-Abschnitt wurde durchweg der jeweilige Launch-Treiber genutzt. Im Falle der GeForce RTX 2070 Super ist das der GeForce 431.16, bei der Radeon RX 5700 (XT) eine Betaversion des Adrenalin 19.7.1. Das genaue Testverfahren kann im Benchmark-&-Methodik-Artikel nachgelesen werden.

Overclocking bringt mehr FPS mit teils großen Nachteilen

Die Performance moderner Grafikkarten lässt sich durch zwei Änderungen verbessern: Ein höheres Powerlimit, sodass die GPUs mehr Energie aufnehmen dürfen um einen ab Werk freigegebenen höheren Takt auch zu erreichen, und das klassische Übertakten. Bei der folgenden Testreihe wurde beides gemacht: das Powerlimit jeweils maximiert und dann der letzte stabile Takt eingestellt.

Bei den Grafikkarten kamen das Referenzdesign der Radeon RX 5700 und der GeForce RTX 2070 Super zum Einsatz. Bei AMDs schnellstem Navi-Ableger wurde hingegen die Sapphire Radeon RX 5700 XT Nitro+ ausgewählt. Der Grund: Das Kühlerdesigns der XT-Variante hat im Referenzdesign beim Übertakten seine Probleme. Bei der konkurrierenden GeForce RTX 2070 Super wurde zur Founders Edition gegriffen, da sich diese besser als viele Custom-Designs übertakten lässt. Das Kühlsystem ist anders als bei AMD stark genug dafür, zudem lässt sich das Powerlimit höher schrauben als bei vielen anderen Custom-Modellen.

Die folgende Tabelle zeigt die genauen Änderungen bei Powerlimit und Taktraten. Die GPU-Spannung wird nicht angepasst.

	Zusätzlicher GPU-Takt	Takt in Spielen	Zusätzlicher Speichertakt	Maximale GPU-Power
AMD Radeon RX 5700 Referenz	+100 MHz (+6 %)	~ 1.800 MHz	+440 MHz (+6 %)	~ 186 Watt GPU (+20 %)
Sapphire Radeon RX 5700 XT Nitro+	+50 MHz (+3 %)	~ 2.075 MHz	+600 MHz (+9 %)	~ 340 Watt GPU (+50 %)
Nvidia GeForce RTX 2070 Super FE	+155 MHz (+10 %)	~ 2.050 MHz	+807 MHz (+12 %)	~ 260 Watt TBP (+21 %)

GeForce RTX 2070 Super und Radeon RX 5700 XT im OC-Gleichflug

Die GeForce RTX 2070 Super FE und die Sapphire Radeon RX 5700 XT Nitro+ lassen sich vergleichbar gut übertakten. Die Nvidia-Grafikkarte ermöglicht per Overclocking 9 Prozent mehr FPS und 6 Prozent bessere Frametimes. Damit ist die Grafikkarte so schnell wie eine GeForce RTX 2080. Der Sapphire-Beschleuniger ermöglicht 10 Prozent mehr Bilder in der Sekunde und 8 Prozent bessere Frametimes als das Referenzdesign. Damit zieht die Grafikkarte mit der GeForce RTX 2070 Super gleich und lässt die Radeon VII knapp hinter sich. Die Radeon RX 5700 wird dagegen durch Treiberlimitierung stärker eingebremst und lässt nur eine um 5 Prozent höhere Performance zu. Damit arbeitet die Grafikkarte knapp schneller als eine GeForce RTX 2070 ohne OC.

In den einzelnen Spielen zeigt sich dann, dass der Vorteil durch höhere Taktraten schwankt. Je mehr das Powerlimit bei der Standardeinstellung limitiert, desto größer ist der Vorteil durch das Übertakten. Am meisten legt die GeForce RTX 2070 Super mit 12 Prozent in F1 2019 und Rage 2 zu. Die Radeon RX 5700 XT macht dagegen mit einem Plus von 13 Prozent in F1 2019 ihren größten Sprung. In anderen Spielen beträgt die Leistungssteigerung auch mal nur rund 5 Prozent.

AMD gibt der Radeon RX 5700 XT „freie Bahn“

Für die zusätzliche Leistung benötigt die GeForce RTX 2070 Super FE mit 256 Watt oder 15 Prozent mehr elektrische Leistung als mit den Standardeinstellungen. Die Radeon RX 5700 genehmigt sich für das Leistungsplus mit 209 Watt zusätzliche 19 Prozent. Die zwei Grafikkarten sind also vergleichbar bezüglich des Spielraums beim Powerlimit ausgelegt. Bei der Radeon RX 5700 XT lässt AMD dagegen deutlich mehr Spielraum, was die Leistungsaufnahme wenig verwunderlich explodieren lässt.

Die Sapphire Radeon RX 5700 XT Nitro+ arbeitet beim maximalen Overclocking mit satten 329 Watt, was zusätzlichen 119 Watt gegenüber den Referenzeinstellungen entspricht. Die Leistungsaufnahme steigt also um 57 Prozent an und das zerstört natürlich jegliche Energieeffizienz, während die Radeon RX 5700 und auch die GeForce RTX 2070 Super mit den höheren Taktraten immer noch ziemlich effizient arbeiten.

Undervoltage bringt mehr FPS bei weniger Watt

Die GCN-Ableger haben traditionell immer viel Spielraum für Undervolting, also das manuelle Herabsenken der GPU-Spannung, mitgebracht. Den Enthusiasten freut das, der weniger versierte Anwender muss hingegen die Nachteile der ab Werk relativ hohen Spannung in Kauf nehmen. Doch wie schaut es beim Nachfolger RDNA aus? Ist es AMD gelungen, die bei den Grafikkarten eingesetzten Spannungen näher am Optimum zu betreiben? Das überprüft die Redaktion anhand der Referenzmodelle beider Navi-Varianten. Bei Nvidia hält für die Tests erneut die GeForce RTX 2070 Super Founders Edition her. Das Ziel der Testreihe ist es, die Spannung so niedrig wie möglich einzustellen, ohne an den voreingestellten Taktraten etwas zu ändern.

Auf GPUs von AMD lässt sich Undervolting einfach betreiben, denn der mitgelieferte WattMan bietet die Möglichkeit, die Spannung der Grafikkarte zu reduzieren. Das Referenzdesign der Radeon RX 5700 ist so konfiguriert, dass bei 1.750 MHz 1,054 Volt anliegen. Bei geringeren Taktraten sind entsprechend niedrigere Spannungen voreingestellt, was anhand einer Takt-Spannungs-Kurve im WattMan zu sehen ist.

Das Testmuster erlaubt bei den 1.750 MHz eine Spannung von 0,972 Volt, bevor es zu Abstürzen kommt. Entsprechend niedriger sind auch die Spannungen bei geringeren Frequenzen, wobei die Reduzierung aufgrund der nicht linear verlaufenden Takt-Spannungs-Kurve geringer als bei der höchsten Frequenz ausfällt.

Die Variante der Radeon RX 5700 XT von Sapphire sieht dagegen deutlich höhere 1,192 Volt bei ebenso höheren 2.014 MHz vor. Der Spielraum bezüglich der Spannung fällt sehr ähnlich zum langsameren Modell aus. Mit 1,125 Volt lässt sich die Grafikkarte fehlerfrei betreiben, bei 1,111 Volt gibt es nach kurzer Zeit einen Absturz.

	Standardspannung	Stabile, niedrigste Spannung	Differenz
AMD Radeon RX 5700 Referenz	1,054 V @ 1.750 MHz	0,972 V @ 1.750 MHz	-8 %
AMD Radeon RX 5700 XT Referenz	1,192 V @ 2.014 MHz	1,125 V @ 2.014 MHz	-6 %
Nvidia GeForce RTX 2070 Super FE	1,037–1,050 V @ Standardtakt	0,925 V @ Standardtakt	-11/12 %

UV bei Nvidia ist genauer, aber auch aufwendiger

Bei einer Nvidia-Grafikkarte lässt sich die Takt-Spannungs-Kurve zwar noch einmal deutlich genauer als bei AMD konfigurieren, allerdings ist dazu ein externes Tool wie zum Beispiel der MSI Afterburner notwendig. Die GeForce RTX 2070 Super Founders Edition ist so konfiguriert, dass der 3D-Beschleuniger beim Spielen mit etwa 1,037 bis 1,050 Volt arbeitet. Allerdings sind dieselben Taktraten im Test auch noch mit 0,925 Volt stabil erreichbar, was eine deutliche Verringerung darstellt.

Alle drei Grafikkarten lassen sich damit ordentlich „undervolten“, wobei RDNA bereits ab Werk deutlich näher am Optimum arbeitet als GCN, was das Tuning-Potenzial reduziert.

Undervolting kann minimal mehr Leistung bringen

Je nachdem, wie sehr das Powerlimit limitiert, reagieren die Grafikkarten unterschiedlich auf eine geringere GPU-Spannung. Die Erklärung: Limitiert das Powerlimit, als der maximal erlaubte Verbrauch, können durch das Herabsenken der Spannung höhere Taktraten gefahren werden, bis das Limit erneut erreicht wird.

Die GeForce RTX 2070 Super FE wird ab Werk vom Powerlimit eingebremst, sodass die geringere Spannung die Performance im Durchschnitt um 2 Prozent erhöht. Jetzt limitieren andere Faktoren, das Powerlimit ist aus dem Spiel. Dadurch arbeitet die Grafikkarte mit der reduzierten Spannung auch hörbar leiser als im Originalzustand.

Das Referenzdesign der Radeon RX 5700 XT reagiert quasi identisch zur Nvidia-Grafikkarte und damit auch anders als der Vega-Vorgänger. Vega wurde nämlich bei einer geringeren Spannung automatisch langsamer – bei Navi ist das nicht mehr der Fall. Die Radeon RX 5700 XT legt so im Schnitt um ebenso 2 Prozent zu. Die Lautstärke bleibt dagegen auf demselben Niveau, lediglich die Temperatur fällt leicht.

Die Radeon RX 5700 wird mit Undervoltage im Schnitt dann weder langsamer noch schneller. In einzelnen Spielen zeigt sich zwar eine leicht höhere Framerate, in anderen dagegen eine leicht geringere. Was auf den ersten Blick seltsam wird, wird auf den zweiten klar, denn anders als der größere XT-Bruder gerät die intern „XL“ genannte Variante nur leicht und auch nicht immer in das vorkonfigurierte Powerlimit.

Die Folge: Wenn die GPU in einem Spiel durch die Leistungsaufnahme limitiert war, wird diese bei einer geringeren GPU-Spannung schneller. War dies aber nicht der Fall, nimmt die Performance minimal ab. Das liegt an der im WattMan angezeigten Spannungskurve, die sich nur bedingt verschieben lässt. Und so passiert es zwangsweise, dass im Falle einer reduzierten Spannung und einer nicht vom Powerlimit ausgebremsten GPU automatisch auch der Takt leicht reduziert wird. Das hat kaum praktische Auswirkungen, schlägt sich aber in den Benchmarks wieder. Anders als die Radeon RX 5700 XT wird die Radeon RX 5700 beim Undervoltage dafür leiser, da der Lüfter mit 350 Umdrehungen weniger agiert.

Die GeForce RTX 2070 Super ist der UV-König

Nvidia setzt bei der GeForce RTX 2070 Super FE von Haus aus eine ziemlich hohe GPU-Spannung an, was in einer verhältnismäßig hohen Leistungsaufnahme resultiert. Aus diesem Grund erreicht die Grafikkarte auch die besten Ergebnisse beim Undervoltage, da der Spielraum groß ist. Mit UV arbeitet die GeForce RTX 2070 Super FE nur noch mit 182 Watt anstatt 222 Watt – das sind 18 Prozent weniger.

Anders als noch bei den vorherigen Generationen lässt AMD die Referenzkarten zu Navi deutlich mehr am „Sweet Spot“ arbeiten, was die Taktraten und Spannungen betrifft. Aus diesem Grund arbeiten die Grafikkarten von Haus aus bereits effizient und das UV-Potenzial ist nicht allzu groß. Die Leistungsaufnahme der Radeon RX 5700 lässt sich immerhin noch um 7 Prozent auf 165 Watt reduzieren, die der Radeon RX 5700 XT um 5 Watt auf 199 Watt. Damit steigt die Performance pro Watt durch die reduzierte Spannung bei der Radeon RX 5700 um 6 und bei der Radeon RX 5700 XT um 8 Prozent an. Bei der GeForce RTX 2070 Super FE sind es dagegen deutlich höhere 24 Prozent, sodass die Nvidia-Grafikkarte in dieser Disziplin klar vorne liegt, während es im Werkszustand nur für einen Gleichstand reicht.