3DMark API Overhead: DirectX 12 im Test vor Mantle und AMD vor Nvidia

Mit DirectX 12 verfolgt Microsoft dasselbe Ziel wie AMD mit Mantle: Die API soll Prozessoren deutlich effizienter nutzen. Einen ersten Vorgeschmack auf das, was theoretisch möglich ist, liefert ab heute der 3DMark. ComputerBase testet DirectX 12 auf verschiedenen Systemen mit Treibern von AMD, Intel und Nvidia unter Windows 10.

Der neue „API-Overhead“-Test, der Bestandteil der kostenpflichtigen Advanced- und der Professional-Version des 3DMark ist, ermittelt die Anzahl der maximal möglichen Zeichenbefehle (Drawcalls) der CPU über die API an die Grafikkarte pro Sekunde. Bisher werden DirectX 11, DirectX 12 und Mantle unterstützt – der OpenGL-Nachfolger Vulcan soll folgen.

Der API-Overhead-Test des 3DMark ist ein synthetischer Test. Er legt den Fokus klar auf die Zusammenarbeit zwischen API und CPU. Die Grafikkarte muss die von der CPU berechneten Drawcalls zwar am Ende umsetzen, wird durch die Einfachheit der gezeichneten Objekte aber so weit wie möglich entlastet. Der Test stellt eine fortwährend komplexere Stadt dar, deren Darstellung immer mehr Drawcalls pro Sekunde erforderlich macht. Das Testergebnis ist die Anzahl pro Sekunde initiierter Drawcalls in der letzten Szene, die noch mit mindestens 30 FPS darstellbar war.

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In der Praxis sind Drawcalls nicht der einzige limitierende Faktor bei der Berechnung von Frames in Spielen. Die mit DirectX 12 im Alltag zu beobachtenden Vorteile werden sich somit deutlich von denen im synthetischen Test unterscheiden.

Der neue Test steht zurzeit nur in der aktuellen technischen Vorschau von Windows 10 zur Verfügung. DirectX 12 war zwar bereits in Build 9926 im Januar enthalten, erst in Build 10041 stehen allerdings auch die benötigten Treiber bereit. AMD, Intel und Nvidia unterstützen mit den Treibern DirectX 12 mit Feature-Level 11.1. Neue grafische Features werden zum jetzigen Zeitpunkt also noch nicht geboten, hier bleibt es beim Stand DirectX 11.1. Microsoft hat die Definition der Feature-Level für DirectX 12 auch noch nicht abgeschlossen.

ComputerBase hat den neuen 3DMark auf den Grafikkarten AMD Radeon R9 290X, Nvidia GeForce GTX 980 und integrierten GPUs von Intel und AMD getestet. Die GPUs wurden bewusst gewählt, um den Einfluss der Grafikkarte auf das Testergebnis weiter zu reduzieren. Die Prozessoren bilden ein breites Spektrum des Markts ab.

Wie vorab in Aussicht gestellt, zeigt der neue Test eine Überlegenheit von DirectX 12 gegenüber DirectX 11 um den Faktor zehn bis fünfzehn. Microsofts API ist dabei in der Regel sogar schneller als AMDs Mantle, gut zehn Prozent beträgt die Differenz. Die einzige Ausnahme ist der Core i7-3960X mit sechs Kernen und zwölf Threads: Dort liegt Mantle mit zwölf Prozent vorne. DirectX 12 kann von den zwei zusätzlichen CPU-Kernen und vier zusätzlichen Threads nicht mehr profitieren, Mantle dagegen schon.

Auch die integrierten Grafiklösungen legen im Test deutlich zu. Der Core i7-4770K kann mit DirectX 12 immerhin knapp mehr als das Doppelte an Drawcalls abarbeiten und erreicht so die Leistung des AMD A10-7850K unter DirectX 11. Die APU wiederum erreicht unter DirectX 12 ein Leistungsplus um den Faktor sieben. Dass DirectX 12 Prozessoren signifikant effizienter auslasten kann, ist anhand der Ergebnisse nicht von der Hand zu weisen.

Der Blick auf die Testergebnisse offenbart allerdings noch weitere interessante Erkenntnisse. So zeigt sich unter DirectX 11 die bekannte Schwäche der Treiber von AMD. Die AMD-Treiber können CPUs nicht so effizient auslasten wie die von Nvidia, was Grafikkarten von AMD schneller an ein CPU-Limit stoßen lässt. Unabhängig von der eingesetzten CPU kann die GeForce GTX 980 unter DirectX 11 immer mehr Drawcalls umsetzen als die Radeon R9 290X. Die Differenzen betragen bis zu 200 Prozent. Bei der Parallelisierung in mehreren Threads werden die Probleme noch größer, oft sinkt die Leistung sogar. Die Konkurrenz legt dagegen um bis zu 80 Prozent zu – je mehr CPU-Kerne oder Threads vorhanden sind, desto größer der Vorsprung. Unter DirectX 12 kehrt sich das Bild vollständig um.

Offensichtlich hat AMD die Treiber zur Zeit besser auf eine hohe Anzahl an Drawcalls optimiert, denn die Radeon R9 290X kann durchweg mehr Drawcalls verarbeiten als die GeForce GTX 980. Und plötzlich gilt für AMD: Je mehr Kerne beziehungsweise Threads vorhanden sind, desto größer ist der Vorsprung der Grafikkarte beziehungsweise des Treibers von AMD. Bis zur Veröffentlichung von Windows 10 und erster Anwendungen, die die neue API nutzen, kann sich an diesem Bild allerdings noch einiges ändern.

Windows 10 erscheint „im Sommer 2015“ und wird DirectX 12 voraussichtlich exklusiv erhalten. Erste Anwendungen auf Basis von DirectX 12 sind für Ende des Jahres angekündigt.

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