GTX 970 und GTX 980 im Test - Maxwell-Höhenflug

Wichtiger Hinweis: Nvidia hat am 25.1.2015 andere Spezifikationen der GTX 970 bestätigt. So besitzt die GTX 970 zwar einen 4 GiB großen VRAM, dieser wird aber in zwei Bereiche segmentiert (3,5 + 0,5 GiB) und nur der erste wird in voller Geschwindigkeit angesteuert. Das Blockschaltbild der Geforce GTX 970 zum Launch hätte in etwa so aussehen müssen: Neben den 3 deaktivierten SMMs, die zu 1.644 anstelle von 2.048 Shader-ALUs sowie 104 statt 128 TMUs und einer Pixelfüllrate von 54,6 statt 72,1 GPixel/s bei Basistakt führen, hätte man darauf hinweisen müssen, das ein Achtel des L2-Caches sowie acht der 64 ROPs deaktiviert sind.

Mehr Infos finden Sie in dem Hintergrund-Artikel Geforce GTX 970 und der 3,5-GiByte-"Modus".

Quelle: Nvidia Nvidia GTX 970 und GTX 980 im Test - Aufmacher Nvidia stellt heute im Rahmen des Game-24-Events weltweit die Geforce GTX 980 und die Geforce GTX 970 vor. Auch PC Games Hardware erhielt vorab Muster der neuen Grafikkarten auf Basis der Maxwell-Architektur und kann Ihnen so einen ersten Test von Nvidias neuem Flaggschiff präsentieren. Neues Flaggschiff? Ja, denn trotz vergleichsweise günstiger Preise insbesondere der GTX 970 werden die ehemalige GTX-780-Ti-Garde sowie die Titan-Karten in Sachen Performance abgelöst - überflüssig zu erwähnen, dass auch die Radeon R9 290X, vormals einen Hauch schneller als die 780 Ti, nicht hinterherkommt. Doch das Beste: Geforce GTX 980 und GTX 970 benötigen deutlich weniger Strom als ihre Vorgänger und sind darüber hinaus auch finanziell vertretbar, wenn man die Launch-Preise vergleicht.

Wissenswert: Die wichtigsten Tests zur aktuellen Grafikkartengeneration von Nvidia und AMD

• RX 480 Test: Preisbrecher mit 14-nm-Technik
• RX 470 Test: Nur wenig langsamer als ihre große Schwester
• RX 460 Test: Die Kleine mit der Polaris-11-GPU
• GTX 1080 Test: High-End von Nvidia
• GTX 1070 Test: Gehobene Mittelklasse von Nvidia
• GTX 1060 Test: Konkurrenz für die RX 480
• Titan X Test: Brachiale Exklusivität

Gleichzeitig stellt Nvidia die Produktion der bisherigen GK110-Karten GTX 780, 780 Ti sowie die GK104-basierte GTX 770 ein. Ab dem 19. September, 4:30 Uhr sieht das obere Ende von Nvidias Gamer-Portfolio also wie folgt aus - hinzu kommt die GTX Titan Black:

Geforce GTX 980 - UVP: 549 US-$/538 Euro (452 EUR + MwSt.)
Geforce GTX 970 - UVP: 329 US-$/321 Euro (270 EUR + MwSt.)
Geforce GTX 760 - UVP: 219 US-$/derzeit ab ca. 195 Euro (zum PCGH-Test)
Quelle: Nvidia Nvidia GTX 970 und GTX 980 im Test (1)

Nvidias neue Grafikkarten, die Geforce GTX 980 und die Geforce GTX 970, kommen zu Preisen von rund 540 respektive 325 Euro auf den Markt und basieren wie die GTX 750 Ti auf der energieeffizienten Maxwell-Architektur, Die vormals spekulierte Namensgebung GTX 8xx wurde zugunsten der schon erhältlichen Mobile-GPUs der 800m-Reihe übersprungen - Nvidia sagte, man wolle ein klares "Naming" für die neuen GPUs und wir hoffen, das wird auch durchgehalten...

Beide Grafikkarten basieren auf dem GM204-Chip und verfügen über ein 256-Bit-Speicherinterface. Daran angebunden sind jeweils zeitgemäße 4 GiByte GDDR5-Grafikkartenspeicher. Die Frage nach 8-GiByte-Modellen wollte Nvidia derzeit nicht beantworten, doch einige Partnerkarten bieten bereits eine alternierende Bestückung von Memory-Pärchen auf Vorder- und Rückseite, sodass entsprechend vollbestückte Modelle wohl nur eine Frage der Zeit sind. Apropos: Während sich von der Geforce GTX 970 bereits sechs Partnerkarten im PCGH-Testlabor befinden, scheint es von der GTX 980 zum Launch lediglich das von Nvidia bereitgestellte Referenzdesign zu geben - auch hier zunächst Schweigen im Walde bezüglich der Frage nach Alternativmodellen oder Partnerkarten.

Ein Hinweis in eigener Sache: PC Games Hardware steckt mitten in der Abgabe, der finalen Phase der Heftproduktion. In der neuen PCGH 11/2014, bei der die Redaktion zusammen mit Ihnen, werte Leser, das 14-jährige Bestehen feiert, finden Sie ein neunseitiges Special zur Geforce GTX 980 und GTX 970. Damit unsere Online-Leser nicht leer ausgehen, bieten wir Ihnen hier einen - sehr ausführlichen - Auszug der gewonnenen Erkenntnisse. Die volle Packung mit allen Analysen und getesteten Herstellerkarten finden Sie im Heft. Für mehr war an dieser Stelle trotz unzähliger Überstunden einfach keine Zeit.

Reklame: EVGA GTX 970 ACX jetzt bei Caseking bestellen

Geforce GTX 970 und GTX 980 im Test: Technik und Spezifikationen

Wie schon Nvidias GTX 750 (Ti) wurden auch die beiden größeren Brüder GTX 970 und GTX 980 auf Effizienz getrimmt. Die vom Hersteller angegebene TDP liegt im Falle der GTX 970 bei 145 Watt, die der GTX 980 bei 165 Watt. Nachdem sich Ihre Kinnlade soeben leicht geöffnet hat und sie kurz darüber nachgedacht haben: Nein, weder die GTX 980 noch die GTX 970 sind so langsam, wie man das angesichts ihrer typischen Verbrauchswerte (Typical Gaming Power) erwarten könnte. Doch nicht nur bei Architektur und Effizienz gibt es Neuerungen. Mit den neuen Maxwell-GPUs führt Nvidia auch einige spannende neue Features ein. Besonders interessant ist dabei wohl "Dynamic Super Resolution" und MFAA. Zu all dem später mehr.

Quelle: Nvidia Nvidia GTX 970 und GTX 980 im Test (17) Die neuen Maxwells unterscheiden sich sowohl in den Basis- und Boost-Taktraten, sowie der Anzahl an Rechenwerken deutlich von ihren Vorgängern - dabei gilt das Prinzip "weniger ist mehr", auch wenn der numerische Vorgänger eigentlich der GK104-Chip aus der GTX 680 und 770 ist. Insgesamt beherbergt der GM204, welcher wie gehabt im 28-Nanometer-HP-Prozess bei TSMC gefertigt wird, 16 Shader-Mulitprozessoren, kurz SMs. Jene Funktionsblöcke enthalten wie bei der GTX 750 Ti jeweils 128 Shader-ALUs und 16 Textureinheiten. Insgesamt fährt der GM204 folglich 2.048 arithmetisch-logische Rechner und 128 Texturwerke ins Feld. Rein auf diese Rohdaten bezogen, ist der Chip mit AMDs vor mehr als drei Jahren veröffentlichtem Tahiti (Radeon HD 7000/R9 280[X]) vergleichbar. Neu für einen Nvidia-Chip sind die satten 64 ROPs, welche wie bei AMDs Hawaii (R9 290[X]) für eine hohe Pixelfüllrate sorgen. Des Weiteren beherrschen auch die Maxwell-ROPs eine erweiterte Farbkompression, wie sie AMD jüngst mit Tonga (R9 285) in den Fokus rückte - Nvidia spricht, die Konkurrenz stichelnd, von der bereits dritten Generation der eigenen Implementierung, bei der es nun jedoch weitere Verbesserungen, sprich Kompressionsmöglichkeiten gibt. Die Speichertransferrate soll so rund ein Drittel effizienter genutzt werden können. Darum glaubt Nvidia, beim GM204 mit einem 256 Bit breiten Speicherinterface auszukommen.

Was die GTX 680 und GTX 670 beim Kepler-GK104 waren, das sind die Geforce GTX 980 und GTX 970 für den Maxwell-GM204. Die Geforce GTX 980 basiert auf dem "vollen" Chip, das heißt, alle 2.048 physikalisch vorhandenen Rechenwerke sind aktiv. Der Basistakt beläuft sich auf 1.126 MHz und der typische Boost auf immerhin 1.216 MHz. Die GTX 970 muss auf drei der 16 vorhandenen SM-Einheitenblöcke sowie etwas Takt verzichten, ein Lasercut lässt nur noch 1.664 ALUs und 104 TMUs am Strom; 1.050 MHz Basis- und 1.178 MHz (typischer) Boosttakt sind hier Programm. Keine Einschnitte sind bei den Raster Operation Units und dem anschließenden Speicher zu verzeichnen, hier bieten sowohl die Geforce GTX 980 als auch die GTX 970 je ein 256 Bits breites Interface, 64 ROPs sowie 4 GiByte GDDR5-Speicher mit einer Datenrate von 7 Gbps - 3.506 MHz, um präzise zu sein. Der Brutto-Speicherdurchsatz ist folglich identisch mit der Geforce GTX 770 und deutlich geringer als bei den GK110-Chips mit ihrer um 50 Prozent breiteren Datenbahn, die erwähnten Kompressionskniffe sollen jedoch den Nettoerlös steigern. Die Spezifikation der GTX 980 und GTX 970 in Kürze:

Geforce GTX 970 und GTX 980 im Test: Blockdiagramm neu interpretiert

Das meiste des bereits im Februar dieses Jahres zur Architekturpremiere in Form des Maxwell-GM107 gesagten gilt auch heute noch. Wichtige Änderungen finden Sie unterhalb des Blockdiagrammes. Die Basiseinheit, der Shader-Multiprozessor (kurz SM), bekommt den Maxwell-Zusatz M und wird so zum SMM. Nvidia-intern hießen die SMs in Kepler bereits SMK anstelle des vermarkteten SMX. Die einzelnen SMMs wurden im Vergleich zu Kepler gründlich entschlackt, allerdings nicht so grundlegend umgebaut, wie Nvidias Diagramm suggeriert (in dem Kepler zudem mit 256 anstelle von 192 ALUs angegeben wird). Denn bereits die Kepler-GPUs verfügten über eine Trennung der einzelnen Einheiten, von denen alle fest einem Scheduler-Pärchen, die meisten sogar einem einzelnen Scheduler zugeordnet waren. Wir haben uns diesbezüglich ebenfalls an einem Diagramm versucht, welches Sie im Folgenden sehen.

Einige nur unregelmäßig auftauchende Einheiten haben wir der Übersicht zuliebe nicht mit aufgeführt. Bitte beachten Sie, dass die hohe DP-Rate des GK110-Diagrammes dem geplanten Einsatzgebiet im HPC-Bereich geschuldet ist. Die bislang auf Gaming ausgelegten Maxwell-Chips besitzen lediglich zwei einzelne DP-Einheiten pro Scheduler-Gruppe.

Wirklich neu ist am SMM, dass die Anzahl der Shader-ALUs nun auch dem entspricht, was durch Scheduler und vor allem Register-File bedient werden kann. So erklärt sich auch die Rechnung, die Nvidia hier aufmacht und einem Maxwell-SM 35 (beim GM107) respektive 40 (GM204) mehr Performance pro Core im Vergleich zu Kepler zuspricht, beziehungsweise mit einem Maxwell-GM107-SM 90% der Leistung eines Kepler-SM erreichen will. Denn im Umkehrschluss ergibt sich aus der Rechnung, dass die beiden zusätzlichen FP32-Blöcke in Kepler nicht 50, sondern lediglich knapp 20 Prozent Performance erbrachten - weil sie eben nur unter bestimmten Voraussetzungen genutzt werden konnten. In unseren Messungen haben wir besonders beim Absetzen von Vec2-Anweisungen eine rund 50 % höhere Effiizenz gegenüber Kepler feststellen können. Gegenüber Kepler wandern die L/S- sowie die SFU-Einheiten in den festen Zuständigkeitsbereich eines Schedulers, dafür teilen sich jeweils zwei Scheduler eine Quad-TMU; pro SM sind zwei dieser Quad-TMUs vorhanden. Double-Precision ist in den Gaming-Chips nach wie vor ein Pro-Forma-Feature und wird mit 1/32-stel des Single-Precision-Durchsatzes ausgeführt. Wie in Kepler zeichnen dafür separate Einheiten verantwortlich, die fest einem Scheduler zugeordnet sind.

Augenfälligste Unterschiede zum GM107 zeigen sich beim GM204 in Sachen Cache-Größen. Der L1- und Texturcache wurden von 12 auf 24 KiB erweitert und auch der Shared-Memory ist mit 96 KiByte pro SMM angewachsen und zwar um 50 Prozent. Dadurch ist es möglich, dass sich unter DirectX drei Thread-Blocks mit je 32 KiByte zugesichertem Shared-Memory gleichzeitig im SMM des GM204 tummeln. Der anschließende Level-2-Cache ist mit 2 MiB im GM204 "nur" so groß wie beim GM107 obwohl doppelt soviel 64-Bit-Memory-Controller bedient werden wollen - der GK110 muss sich mit 1,5 MiB begnügen, der GK104 sogar nur mit 512 KiByte. Größere Caches bedeuten größere Mengen unmittelbar benötigter Daten innerhalb der GPU, was die Leistung drastisch verbessern kann - je mehr in den vergleichsweise langsamen GDDR5-Speicher ausgelagert werden muss, desto länger dauert der Transfer und desto geringer die erzielte Leistung.

Geforce GTX 970 und GTX 980 im Test: Kühlung, Lautheit und Leistungsaufnahme

Das GTX-980-Referenzdesign ähnelt optisch stark dem von GTX 770 bis Titan Black bekannten Design, setzt im Inneren jedoch auf einen Kühlblock mit drei Heatpipes anstelle einer Vapor-Chamber. Trauer um die "Dampfkammer" ist nicht angebracht, die PCGH vorliegende Geforce GTX 980 erzielt ein gutes Verhältnis aus Temperatur und Lautheit:, wie die unten stehende Tabelle dokumentiert:

Kühlervergleich GTX 980 vs. Titan/780 Ti

GTX TitanGTX 980

Ein identisches Lautstärkeverhalten sollte trotz gleichen Lüfters und ähnlicher Ansteuerung also nicht gegeben sein. Doch PC Games Hardware schätzt nicht nur, wir messen mit unserem kalibierten Sone-Messgerät im schallarmen Raum aus 50 Zentimetern Entfernung genau nach.

Falls Sie sich wundern: Da uns Nvidia kein Referenzdesign der Geforce GTX 970 zur Verfügung stellte und im Gegenzug alle Boardpartner attraktive Eigendesigns auf die Reise schickten, entschieden wir uns dazu, die GTX 970 zu vermessen, welche im vorhergehenden Test am zahmsten, das heißt nicht übertrieben hoch boostet. Asus' GTX 970 Strix qualifizierte sich für diese Aufgabe. Für die Lautheits- und Leistungsaufnahme-Messungen takteten wir die Karte via Takt-Offset auf den typischen Boost, 1.178 MHz, herunter; der Chip setzt dabei automatisch eine niedrigere Spannung.

Interessant ist, dass die GTX 980 wie viele Nvidia-Referenzkarten zuvor besonders sparsam agiert - die Verbrauchswerte sind durch die Bank exzellent. Die Asus GTX 970 Strix verbraucht im Leerlauf deutlich mehr Strom, verdient aber trotzdem das Prädikat "sehr sparsam". Hinzu kommt die großartige Geräuschcharakteristik der Strix: Im Leerlauf stets geräuschlos, erzeugt sie unter Volllast höchstens 0,7 Sone. Wir können an dieser Stelle schon verraten, dass diese die leiseste GTX 970 am Markt ist. In der PCGH 11/2014, welche ab dem 1. Oktober im Handel liegt, testen wir insgesamt vier Herstellerkarten und werfen außerdem einen Blick auf zwei weitere.