Test: AMDs Radeon HD 5870 mit DirectX 11 setzt Maßstäbe

Schnellste Grafikkarte mit einer GPU. Die Serie Radeon HD 4800 war gut, und Radeon HD 5800 ist noch besser. AMDs Grafikabteilung ATI ist es gelungen, die derzeit schnellste Karte mit einem Prozessor zu bauen. Sie ist auch der erste Beschleuniger mit allen DirectX-11-Funktionen und zudem noch deutlich weniger energiehungrig als der Vorgänger.

23. September 2009 um 06:15 Uhr / Nico Ernst

Manchmal ist die Weiterentwicklung auch im hart umkämpften Grafikmarkt von außen betrachtet ganz einfach: Die Funktionseinheiten des erfolgreichen Chipdesigns aus dem letzten Jahr werden verdoppelt, die Strukturbreite geschrumpft, die aktuellen Funktionen werden eingebaut. Das Ergebnis kann dann eine nahezu doppelt so schnelle Karte sein, die weniger elektrische Leistung aufnimmt und die Konkurrenz technisch abhängt. Moore's Law lässt grüßen.

Nach vielen Jahren als ewiger Zweiter bei der Rechenleistung der GPUs ist AMD das mit der Radeon HD 5870 gelungen. Früher als geplant kommt der Grafikprozessor "RV870" alias "Cypress" nun in zwei Varianten auf den Markt und damit noch rechtzeitig vor Windows 7, mit dem DirectX 11 eingeführt wird.

Wie inzwischen üblich, gibt es zum Start der neuen Architektur eine Highend-Karte für über 300 Euro, und ein Modell, das unter 250 Euro kostet. Die Zeiten, in denen Spieler für Spitzenleistung über 500 Euro zahlen mussten, sind endgültig vorbei. Derart teure Produkte gibt es immer noch, es handelt sich dann aber meist um stark übertaktete Varianten oder Grafikkarten, die für Wasserkühlungen vorbereitet sind und einige Bastelarbeit ersparen können. Ein Novum sind dabei Eigenentwicklungen der Boardhersteller wie Asus' "Mars", bei der zwei GTX-285 für über 1.000 Euro auf einer Karte zusammengeschaltet wurden.

Die Radeon HD 5870 soll je nach Ausstattung ab 339 Euro kosten und die Radeon HD 5850 ab 229 Euro erhältlich sein. Damit tritt das größere Modell gegen besser ausgestattete GTX-285 an, Nvidias GTX-295 ohne Beigaben sind aber auch schon ab etwa 360 Euro erhältlich. Die 5850 muss sich preisbezogen mit gut ausgestatteten GTX-275 messen und mit der bisher schnellsten Single-GPU-Karte von AMD, der 4890 in 2-GByte-Versionen.

Wir testen eine von AMD gestellte Radeon HD 5870 im Referenzdesign mit 1 GByte GDDR5-Speicher, wie sie laut AMD auch von vielen Anbietern auf den Markt kommen soll.

Neue Architektur: Alles verdoppelt

Moore's Law, das in der Chipbranche wie ein Naturgesetz behandelt wird, beschreibt die Verdoppelung der Zahl der Transistoren auf einem Halbleiter alle 18 Monate. Dieser Effekt bedingt heute jedoch eine Verkleinerung der Strukturbreite, und diesen Schritt hat AMD mit dem Chip RV870 von 55 auf 40 Nanometer vollzogen. Bei einem von 263 (Radeon 4890) auf 334 Quadratmillimeter (Radeon 5870) leicht vergrößerten Die wurde so auch eine Verdoppelung der Stream-Prozessoren von 800 auf 1.600 Einheiten möglich.

Mit den Kernen einer CPU sind diese sehr einfachen Stream-Prozessoren nicht vergleichbar, da sie für SIMD-Berechnungen nicht einzeln agieren können, sondern je nach Aufgabe in Blöcke zusammengefasst werden müssen. So arbeiten beispielsweise vier Prozessoren zusammen, um Multiplikation und Addition auszuführen (FP MADD), ein weiterer steuert sie. Bei spitzfindiger Betrachtung bleiben so 320 SIMD-Einheiten übrig, wie diese jedoch einzeln genutzt werden, steuert allein der Treiber.

Die theoretische Rechenleistung will AMD durch die doppelten Rechenwerke und den gesteigerten Takt von 1,2 Teraflops auf 2,72 Teraflops bei einfacher Genauigkeit gegenüber der 4870 gesteigert haben. Noch beeindruckender ist der Wert für doppelte Genauigkeit, die bei professionellen Anwendungen aus dem technisch-wissenschaftlichen Umfeld benötigt wird. Mit 544 Gigaflops stößt die 5870 in Bereiche vor, die bisher keine Grafikkarte erreichte.

Auch bei der Konstruktion der Karte selbst geht AMD neue Wege. Die 5870 ist so lang wie Karten für zwei GPUs, laut Aussage des Herstellers handelt es sich jedoch noch nicht um das Board für die Doppel-GPU-Karte "Hemlock", die 2010 erscheinen soll. Grund ist das neu konstruierte Kühlsystem, das unter anderem für die Spannungswandler einen eigenen Lufteinlass vorsieht.

Diese Spannungswandler hat AMD als einen der Begrenzer beim Übertakten ausgemacht, neben der besseren Kühlung warnen die Treiber nun bei zu hohen Spannungen, bevor die Wandler den Geist aufgeben. Ob damit extreme Übertaktungen mit Stickstoff behindert werden, muss sich erst noch zeigen.

Die passiven Kühlkörper, die vor allem auf der 4870 X2 extrem heiß werden, gibt es in dieser Form nicht mehr. Stattdessen gibt es einen kleinen Luftauslass, der einen Teil der erwärmten Luft ins Gehäuse bläst. Das neue Kühlsystem arbeitet im 2D-Betrieb nahezu unhörbar, auch bei hoher Last ist die 5870 deutlich leiser als 4870 X2 und auch 4890.

Testverfahren

AMD stellte die Radeon-5800-Serie unmittelbar vor Beginn von Intels IDF vor und stellte auch das Testexemplar vor Beginn der Veranstaltung für wenige Tage zur Verfügung. Da bis zur Markteinführung von Windows 7 noch einige Wochen vergehen, wollte AMD offenbar Intels erste öffentliche Vorführung des Grafik- und GPGPU-Prozessors "Larrabee" kontern. Angesichts der schwachen Demonstration von Intel wäre das aber nicht nötig gewesen.

Durch diese Terminwahl und die knappen Testmuster blieb nur Zeit für wenige Tests, einige Funktionen wie die neue anisotrope Filterung konnten gar nicht berücksichtigt werden. Wir haben diesen Test jedoch zum Anlass genommen, unsere Plattform für Grafikkarten zu überarbeiten. Als Mainboard dient immer noch das Asus P6T, nun aber mit einem Core i7 975 mit 3,33 GHz nominalem Takt. 6 GByte DDR3-1.333-Speicher von Corsair werden von Windows Vista Ultimate in der 64-Bit-Version voll genutzt.

Das Netzteil, ein Dark Power Pro von BeQuiet mit 850 Watt Nennleistung, blieb unverändert, dennoch sind durch den anderen Prozessor und den größeren Speicher die Messungen der Leistungsaufnahme für das Gesamtsystem nicht mit früheren Tests vergleichbar.

Für die 5870 stellte AMD einen Betatreiber zur Verfügung, der mit dem Verkaufsstart auch öffentlich zugänglich gemacht werden soll. Mit diesem Treiber, der auf Catalyst 9.9 basiert, wurden alle AMD-Karten gemessen. Die Nvidia-Modelle trieb die nicht WHQL-zertifizierte Treiberversion 191.00 an, welche der Chiphersteller kurzfristig für den Test empfahl.

Die Spieletests führen wir in der praxisnahen Einstellung mit achtfacher anisotroper Filterung und vierfachem Anti-Aliasing durch. Höhere Einstellungen bringen beim Spielen auf hochauflösenden Monitoren mit 22 oder 24 Zoll nur geringe Verbesserungen der Bildqualität.

Um die Grafikkarten zu fordern, wird der Lasttest mit 3DMark Vantage bei 8xAF und 8xAA durchgeführt, das Warten auf den Bildaufbau (VSync) ist stets per Treiber ausgeschaltet.

3DMark Vantage und Far Cry 2

Der synthetische Test von 3DMark Vantage - wir bewerten den GPU-Score - arbeitet mit fast allen Effekten von DirectX-10. Da sich das Programm seit Erscheinen in den Grafikroutinen nicht verändert hat, ist es ein Spielplatz für Treiberoptimierungen, was sich auch mit den aktuellen Karten auswirkt: Die GTX-295 liegt uneinholbar vorn.

Schon hier fällt aber auf, dass die einzelne GPU der 5870 schneller ist als die beiden Grafikprozessoren der 4870 X2. Die Verdoppelung der Rechenleistung scheint also gelungen.

Mit Far Cry 2 ergibt sich ein ähnliches Bild, die 5870 liegt jedoch stets etwas hinter der 4870 X2, und die GTX-295 ist deutlich schneller. AMDs neue Karte liefert jedoch auch bei 1.920 x 1.200 Pixeln noch Bildraten über 60 fps, was bisher mit diesen Einstellungen keine serienmäßige Single-GPU-Karte schaffte. Die GTX-285 muss sich der 5870 deutlich geschlagen geben.

Crysis

Der im November 2007 erschienene Shooter ist inzwischen ein Benchmarkklassiker, zudem setzt die Grafik des Spiels an vielen Stellen noch immer Maßstäbe. Da Nvidia bei Crysis kräftig mitprogrammiert hat, ist der Titel auf Nvidia-Karten traditionell schneller. Besonders deutlich wird das mit der GTX-295 bei 1.280 x 1.024 Pixeln. Die Karte hat dort mit ihren 896 MByte pro GPU bei 1.280 x 1.024 Pixeln noch nicht mit Speicherproblemen zu kämpfen. Die 5870 hält jedoch in höheren Auflösungen gut mit und ist stets leicht schneller als die 4870 X2 mit ihren zwei GPUs.

Leistungsaufnahme

Für den hohen Strombedarf der Radeon-4800-Serie bei 2D-Anwendungen musste sich AMD viel Kritik gefallen lassen. Schon die 4870 nahm für das bloße Vorhandensein einer Spielekarte 90 Watt auf, bei der 4890 hat AMD diese Angabe gleich schamhaft verschwiegen. Die Anwender behalfen sich mit Zusatztools, um Takt und Spannung zu senken, was sich jedoch nur schwer automatisieren lässt.

Diese Fehler hat AMD nun bereinigt, und die Leistungsaufnahme der 5870 im 2D-Modus drastisch gesenkt. Nur noch 27 Watt soll sie dann aufnehmen, was unsere Messungen als realistisch erscheinen lassen. Die neue Karte ist dabei sogar etwas sparsamer als die GTX-285, die unter den Highend-Modellen bisher hier unschlagbar war. Vor allem die Karten mit zwei GPUs sehen hier sehr schlecht aus, sie verheizen ohne Gegenwert bis zu 60 Watt mehr als die 5870.

Wir haben für die Tests der Leistungsaufnahme auch die Radeon HD 4670 vermessen. Diese Karte ist zwar ein Einsteigermodell, das für anspruchsvolle Spiele kaum taugt, mit laut AMD 11 Watt im 2D-Modus auch sehr sparsam. Damit zeigt sich deutlich, wie sehr die schnelleren Karten Umwelt und Geldbeutel belasten.

Die 5870 ist jedoch bei 3DMark Vantage etwas sparsamer als die bisher schnellste Single-GPU-Karte GTX-285 und auf einem Niveau mit der 4890. Das ist bei der stark gesteigerten Rechenleistung beachtlich. Das GPU-Quälprogramm "FurMark", ein typischer "Power Virus", der möglichst viel Strom durch einen Chip jagt, zeigt jedoch ein anderes Bild.

Hier benötigt das Gesamtsystem mit der 5870 ganze 317 Watt, die aber auch die GTX-285 fast erreicht. Die 4890 ist in diesem Worst-Case-Test, den so bisher kaum ein Spiel erreichen dürfte, etwas sparsamer, die Doppel-GPU-Karten treiben die Leistungsaufnahme des Rechners auf deutlich über 400 Watt.

Die Ergebnisse von FurMark, der in den verwendeten Einstellungen nur auf maximale Leistungsaufnahme getrimmt ist, sollte man jedoch nicht überbewerten. Beim Spielen zeigen alle Karten stark schwankende Leistungsaufnahmen, weil die GPUs ständig ihre Stromsparmechanismen nutzen können. Der Rechner nimmt beispielsweise mit Crysis zwischen 162 und 260 Watt auf, im Mittel während einer halben Stunde waren es 220 Watt.

Fazit

AMD hat mehr als Wort gehalten: Die Radeon HD 5870 ist nicht nur die erste DirectX-11-Karte, sondern auch die schnellste Grafikkarte mit einer GPU. Zusätzlich nimmt sie nicht mehr elektrische Leistung als ihr Vorgänger auf; wenn nicht gespielt wird, sogar deutlich weniger. Vor allem im Verhältnis von Rechenleistung zu Strombedarf ist die 5870 derzeit nicht zu schlagen.

Entscheidend ist nun, ob AMD auch das Versprechen der dauerhaften Verfügbarkeit der neuen Karten einlösen kann - bei der Radeon 4770, der ersten 40-Nanometer-Karte, war das nicht gelungen. Der Chiphersteller erklärte Golem.de jedoch, dass wöchentlich neue Lieferungen der 5800-Karten in den Handel gelangen sollen. Mit Engpässen durch die große Nachfrage in den ersten zwei Wochen nach Vorstellung einer neuen Highend-Karte sei jedoch zu rechnen, danach soll sich die Verfügbarkeit einpendeln.

Das ist nicht nur für Technikfans wichtig, sondern auch für AMD: Nur wenn der Vorsprung vor Nvidia sich in Geld und Renommee umsetzen lässt, ist die 5800-Serie mehr als ein Etappensieg. Unterschätzen sollte Nvidia niemand, auch wenn das Unternehmen bisher sehr still mit Ankündigungen seines seit kurzem als "G300" gehandelten Designs ist. In der Branche wird jedoch gemunkelt, dass entsprechende Karten erst in rund sechs Monaten erscheinen sollen. Bis dahin bleiben Nvidia, wie schon nach der Vorstellung der Radeon-4800-Serie, nur noch Preissenkungen.