Standgas

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Pünktlich kamen sie schon mal nicht: Mit dreiwöchiger Verspätung präsentierte AMD kurz vor Weihnachten die Radeon HD 6950 und HD 6970. Nvidias Konkurrenzkarte GeForce GTX 570 stand schon in den Händlerregalen und fand die ersten Käufer. Über die AMD-Neulinge kursierten derweil eine Vielzahl von Falschinformationen durch das Internet. Immerhin war eines klar: AMD verpasst den neuen Grafikchips eine umgekrempelte Shader-Architektur. Allein das reichte, um viele auf eine 3D-Performance hoffen zu lassen, die jene der HD-5800-Vorgänger in den Schatten stellt. Einige stimmten bereits fröhlich den Abgesang für Nvidias GTX-500-Serie an. Und warteten auf die neuen „Wunderchips“. Doch erstens kam es anders und zweitens …

Schöne Shader

Die Radeon HD 6950 gibt es ab rund 270 Euro, die HD 6970 ab zirka 340 Euro zu kaufen – wie auch Nvidias GeForce GTX 570. AMD stellte uns jeweils ein Testexemplar der High-End-Karten zur Verfügung. Auf ihren Platinen sitzen die von AMD auf „Cayman“ getauften Grafikchips, die DirectX 11 (unter Windows 7 und Vista) und OpenGL 4 unterstützen und sich via Stream, OpenCL oder DirectCompute auch für bestimmte universelle Berechnungen – etwa zur Videoumwandlung – heranziehen lassen.

Cayman-GPUs werden wie die Vorgänger mit 40-Nanometer-Strukturen von TSMC geschmiedet und besitzen im Vollausbau maximal 1536 Shader-Rechenkerne. Auf der Platine der Radeon HD 6950 sitzt eine Variante mit 1408 Shader-Prozessoren, welche mit 800 MHz rechnen und somit theoretisch bis zu 2,25 Billionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde (TFlops) bei einfacher Genauigkeit erreichen können (doppelte Genauigkeit: 563 GFlops). 88 Textureinheiten und 32 (verbesserte) Rasterendstufen stehen den Shader-Kernen zur Seite. Über 256 Datenleitungen ist der 2500 MHz flinke GDDR5-Speicher angebunden. Beim Chip der Radeon HD 6970 legt AMD noch einige Einheiten drauf: 1536 Shader-Kerne und 96 Textureinheiten hat er insgesamt, die Zahl der Rasterendstufen bleibt bei 32. Außerdem laufen die Grafikeinheiten und der Speicher 10 Prozent schneller (880 MHz/2750 MHz) als bei der Radeon HD 6950.

Weniger ist mehr

AMD nahm bei der Konzeption der Cayman-GPUs die bedeutendsten Änderungen hinsichtlich der Shader-Organisation seit Mitte 2007 vor und legt damit gleichsam den Grundstein für die Grafikchips der kommenden Jahre.

Bisher organisierte AMD die Shader-Kerne in kleinen Rechengrüppchen (VLIW5 Thread Processors) zu je fünf Einheiten. Jeweils eine davon konnte besondere transzendente Berechnungen (beispielsweise Sinus und Cosinus) durchführen, bremste dann aber die anderen vier aus. AMD wirft nun diese Spezialeinheit (T-Unit) heraus – fortan bestehen die neuen Gruppen also aus vier Shader-Kernen (VLIW4), die alle über den gleichen Funktionsumfang verfügen. Dadurch konnte AMD zum einen die Auslastung – auch durch eine einfachere Registerverwaltung und Thread-Zuweisung – steigern und zum anderen Platz sparen. Die Cayman-Chips erreichen mit weniger Shader-Rechenkernen eine höhere 3D-Leistung als ihre Vorgänger. In Verbindung mit der Ende nächsten Jahres anlaufenden 28-Nanometer-Fertigung wird AMD mehr Einheiten auf dem Grafikchip unterbringen können.

Jeweils 16 solcher Vierergruppen bilden eine SIMD-Einheit, von denen maximal 24 existieren. Diese werden von zwei Dispatch-Prozessoren mit Daten der Graphics Engines gefüttert. Wie AMDs Grafik-Cheftechniker Eric Demers gegenüber c’t bestätigte, besaßen bereits die Vorgängerchips Cypress und Barts zwei Dispatcher.

Tessellation

DirectX-11-Grafikchips steigern per Tessellation den Detailgrad geometrischer Objekte, etwa bei Spielcharakteren, in einem Maße, mit dem selbst modernste Hauptprozessoren völlig überfordert wären. Dafür muss das Spiel die Funktion aber explizit unterstützen – zurzeit tun das nur eine Handvoll, etwa Dirt 2, Civilization 5 und Metro 2033. AMD spendiert den Cayman-Chips zwei Tessellation-Einheiten. Beide dürfen Geometriedaten nun nicht nur in den Caches, sondern auch im langsameren Grafikspeicher („Off-chip Buffer“) ablegen, um bei hohen Tessellation-Stufen die Grafikpipeline nicht zu blockieren. Dadurch soll die reine Tessellation-Leistung im Vergleich zur HD 5870 theoretisch um bis zu Faktor 3 steigen. An Nvidias Geometrie-Performance kommen die Cayman-Grafikchips nicht heran – und bis auf das anspruchsvolle Metro 2033 profitiert kaum ein Spiel merklich von höherer Tessellation-Leistung.

Im Tessellation-Benchmark Unigine Heaven 2.1 ist die Radeon HD 6950 im DirectX-11-Modus knapp 30 Prozent flinker als die Radeon HD 5870. Erbärmlich bleibt in Heaven weiterhin die Performance von AMDs OpenGL-4-Treiber: Die Bildrate bricht bei gleichen Einstellungen auf weniger als die Hälfte des DirectX-11-Modus ein, bei Nvidia-Karten dagegen nur um wenige Prozent.

Bildqualität

Neben dem bereits von den HD-6800-Karten bekannten Morphological Antialiasing [1] spendiert AMD der HD-6900-Serie einen weiteren Kantenglättungsmodus: Enhanced Quality Antialiasing (EQAA) ist über das Catalyst Control Center aktivierbar und funktioniert im Ansatz ähnlich wie Nvidias Coverage Sampling (CSAA). EQAA erweitert bereits aktives Multisampling Antialiasing um Speicherplatz sparende Coverage-Samples, mit Hilfe derer die störenden Treppeneffekte an Polygonkanten noch besser und mit nur einem geringen Plus an Rechenaufwand geglättet werden sollen [2] .

Hinsichtlich der Bildqualität des anisotropen Filters [3] hat AMD im Vergleich zur HD-6800-Serie nichts geändert und bestätigte dies auch auf Nachfrage. Übergänge zwischen verschiedenen Filterstufen kaschiert der Algorithmus gut. Jedoch kommt es in seltenen Fällen zu wahrnehmbarem Texturflimmern. Gegenüber c’t erklärte der zuständige Tech-PR-Kontakt Sami Makinen, dass man derzeit an einer treiberseitigen Lösung arbeite. Vor Mitte Januar erwarte man aber keine Resultate.

3D-Performance

Wer ob der zahlreichen Neuerungen in 3D-Spielen auf einen kräftigen Leistungsschub im Vergleich zur Vorgängergeneration gehofft hat, wird enttäuscht sein. In anspruchsvollen DirectX-Spielen ist die Radeon HD 6950 in den meisten Fällen nur geringfügig schneller als die bereits seit über einem Jahr erhältliche Radeon HD 5870. Im DirectX-11-Spiel Battlefield Bad Company 2 rechnen die genannten Karten gleich schnell und stellen bei maximaler Detailstufe in der Full-HD-Auflösung (1920 x 1080) 55 Bilder/s (fps) bei vierfacher Kantenglättung und sechzehnfachem anisotropem Filter dar.

Eine Radeon HD 6970 kommt bei gleichen Einstellungen auf 60 fps, Nvidias GeForce GTX 570 (66 fps) und GTX 580 (76 fps) sind schneller. Bei Metro 2033 ist die Radeon HD 6950 um bis zu 15 Prozent flotter als die HD 5870, das ist jedoch die absolute Ausnahme. Die Radeon HD 6970 ist in Spielen gut 10 Prozent fixer als die HD 6950. Im Vergleich zu Nvidias GTX 570 arbeitet sie je nach Anwendung mal geringfügig schneller (Metro 2033, Crysis), mal langsamer (Dirt 2). In sehr hohen Auflösungen wie 2560 x 1600 mit hohen Kantenglättungseinstellungen gewinnt die Radeon HD 6970 dank des höheren Speicherausbaus die Oberhand und ist dann in Anno 1404 sogar etwas schneller als Nvidias GeForce GTX 580.

Über den Catalyst-Treiber (Overdrive-Menü) lassen sich die Grafikkarten noch etwas beschleunigen: Die Radeon HD 6950 lief auch bei 840/2650 MHz (GPU/Speicher) noch stabil. In Spielen klettert dadurch die Bildrate nur um ein bis zwei Bilder pro Sekunde. Noch höhere Taktfrequenzen ließ der Treiber nicht zu. Zudem schalteten die Karten im Overdrive-Modus nicht in den niedrigsten Stromsparmodus. Vom Übertakten lässt man also am besten die Finger.

Watt willst du?

Im Leerlauf sind Radeon HD 6950 und HD 6970 mit 20 beziehungsweise 22 Watt vergleichsweise sparsam und unterbieten auch Nvidias GeForce GTX 570 (28 Watt). Im Vergleich zur Radeon HD 5870 (19 Watt) hat sich aber nichts getan. Schließt man einen weiteren Monitor an, laufen die Grafikkarten nicht mehr im niedrigsten Stromsparmodus und verbrauchen 55 beziehungsweise 74 Watt. Die GTX 570 ist mit 30 Watt deutlich sparsamer, sofern am zweiten digitalen Display die gleiche Auflösung und Bildwiederholfrequenz eingestellt ist. Sonst schlägt auch sie mit 93 Watt über die Stränge.

Durchschnittlich 113 Watt mit kurzzeitigen Spitzen von 195 Watt verbrauchte unser Testexemplar der HD 6950 beim Spielen, die HD 6970 verheizte durchschnittlich sogar 157 Watt – ähnlich der GeForce GTX 570 (160 Watt). Zum Vergleich: Eine Radeon HD 5870 gibt sich mit rund 120 Watt zufrieden.

Die Lüfter beider Referenzkarten arbeiten im Windows-Betrieb sehr leise (0,3 Sone), während des Spielens waren sie aber klar wahrnehmbar (1,4/2,2 Sone). Im Furmark-Belastungstest erzeugte der Lüfter unserer Radeon HD 6970 sogar bis zu 4,8 Sone – absolut unerträglich. Um ihren Bedarf zu decken, besitzt die HD 6950 zwei sechspolige Stromanschlüsse, bei der HD 6970 sitzt ein sechs- und ein achtpoliger an der Platine.

Abgewürgt

Für die 6900er-Serie führt AMD außerdem eine PowerTune getaufte Technik ein, welche die maximale Leistungsaufnahme des Grafikchips künstlich begrenzt. Übersteigt sie den im Grafikkarten-BIOS hinterlegten Maximalwert, reduziert PowerTune automatisch die Taktfrequenz des Grafikchips – was die Bildrate einbrechen lässt. Im Normalfall schreitet PowerTune bei einer Leistungsaufnahme von 250 Watt (HD 6970) beziehungsweise 200 Watt (HD 6950) ein, die Grenze lässt sich über den AMD-Treiber aber noch um 20 Prozent nach oben verschieben – wichtig für Übertakter. Allein durch das Erhöhen der Grenze erlischt die Garantie.

PowerTune limitiert vor allem bei synthetischen Stresstests, etwa beim Perlin-Noise-Test von 3DMark Vantage. In unseren Tests kam es mit der Radeon HD 6970 aber auch beim DirectX-11-Spiel Metro 2033 bei 2560 x 1600 Bildpunkten und maximaler Bildqualität zu kurzzeitigen Drosselungen, die sich aber nur im Nachkommabereich auf die Bildrate auswirkten. Konkurrent Nvidia drosselt seine jüngsten Grafikchips ebenfalls bei manchen Stresstests, etwa Furmark.

Resümee

Beide Hersteller sollten lieber Grafikkarten bauen, die auch ohne künstliche Limitierung in jedem Anwendungsszenario ihre volle Leistung ausspielen können. Anders gesagt: Wer möchte schon, dass ein nigelnagelneuer Porsche bei Tempo 250 ohne Vorwarnung die Handbremse reinknallt?

AMDs Grafikkarten der HD-6900-Serie eignen sich zweifellos für anspruchsvolle DirectX-11-Spiele und bringen auch für hohe Auflösungen genügend Leistung mit. Dass der Abstand zur HD-5800-Serie jedoch vergleichsweise gering ausfällt, wird einige Spieler enttäuschen. Besitzer einer Radeon HD 5870 müssen keine Gedanken an eine Aufrüstung auf eine 270 Euro teure Radeon HD 6950 verschwenden.

Radeon HD 6970 und GeForce GTX 570 sind beide für rund 340 Euro zu haben und liefern im 3D-Betrieb eine ähnliche Performance und Leistungsaufnahme. Wer großen Wert auf einen guten OpenGL-Treiber und einen flimmerfreien anisotropen Filter legt, greift besser zur GeForce, die überdies im Referenzdesign leiser arbeitet. Für Spieler, die auf 30-Zoll-Bildschirmen oder gar im Multimonitor-Betrieb mit sehr hohen Auflösungen zocken, dürfte die Radeon HD 6970 durch den größeren Speicherausbau interessanter sein.

Literatur

[1] Martin Fischer, Halbschritt, Radeon HD 6850 und 6870, c’t 23/10, S. 36

[2] Martin Fischer, 3D-Walze, Kantenglättungsmodi von AMD und Nvidia, c’t 22/09, S. 190

[3] Martin Fischer, Scharfmacher, Wie Texturfilter die Bildqualität verbessern, c’t 17/10, S. 162 (mfi)