Mining mit Gaming-GPUs: Aktuelle Benchmarks für Ethereum, Monero und Zcash

tl;dr: Die Nachfrage nach GPUs für Mining-PCs lässt die Preise von Grafikkarten für Spieler explodieren. Aktuelle Benchmarks mit Modellen von AMD und Nvidia in den Währungen Etherum, Monero und Zcash zeigen, warum das so ist und warum mittlerweile sowohl Polaris als auch Pascal und Vega unter Minern gefragt sind.

Mining mit Spieler-GPUs bleibt profitabel

Ein knappes Dreivierteljahr ist seit dem Artikel Mining mit Grafikkarten: Ethereum schürfen im Selbstversuch vergangen, das damals schon prekäre Thema hat sich seitdem nochmals deutlich verschärft: Die Berechnung der Blockchain zahlreicher Kryptowährungen ist nicht nur weiterhin auch mit GPUs für Spieler-Grafikkarten möglich, stark gestiegene Preise haben trotz gestiegener Anforderungen der Algorithmen auch die Profitabilität weiter ansteigen lassen.

Leere Regale trotz horrender Preise

Spieler sehen das Resultat seit Monaten im Handel: Die Preise von Grafikkarten der Serien AMD Radeon und Nvidia GeForce liegen teils deutlich über der UVP und selbst zu diesen Konditionen ist es schwer Ware ab Lager geliefert zu bekommen. Nvidias Bitte an den Handel, die Abnahmemenge auf zwei Grafikkarten pro Bestellung zu reduzieren, ist da nur ein kleiner Tropfen auf den heißen Stein.

Warum das Problem mittlerweile Grafikkarten beider Hersteller so massiv betrifft, darauf gibt es in der Regel aber nur pauschale Antworten wie „es lohnt sich halt“. Und insbesondere in Bezug auf AMD Vega sind handfeste Fakten noch rar gesät.

Benchmarks mit und ohne optimierte Hardware

Dieser Artikel mit Benchmarks der GPU-Architekturen Vega, Polaris und Pascal in nicht optimierter und optimierter Form in den Währungen Ethereum, Monero und Zcash soll diese Wissenslücke schließen. Einen Aspekt lässt der Artikel dabei aber bewusst außen vor: Benchmarks von Grafikkarten mit für bestimmte Kryptowährungen speziell angepassten BIOS-Dateien. ComputerBase sieht den primären Einsatzzweck von Grafikkarten für Spieler in PC-Spielen. Der Nutzung einer alternativen Mining-Firmware macht diesen Einsatzzweck zunichte.

Alle Informationen zur Berechnung der Profitabilität von Mining, der komplizierten Zahlungsabwicklung, dem Risiko und der zugrundeliegenden Frage, was ein Mining-PC eigentlich überhaupt in Bezug auf die Blockchain macht, finden sich hingegen im Artikel Mining mit Grafikkarten: Ethereum schürfen im Selbstversuch wieder.

Vega, Polaris und Pascal mit drei Treibern im Test

Alle nachfolgenden Tests wurden auf einer Plattform mit Intel Core i5-7600K durchgeführt, der mit den Standardeinstellungen lief. Als Mainboard kam ein Asus Z170 Deluxe zum Einsatz, der Arbeitsspeicher war 16 Gigabyte groß (2 × 8 GB) und wurde mit DDR4-2400 und den Timings 15-15-35-1T angesteuert. Als Betriebssystem war Windows 10 mit sämtlichen Updates und damit aktiven Meltdown-Gegenmaßnahmen installiert.

Acht Grafikkarten im Vergleich

Acht verschiedene Grafikkarten, vier von AMD und vier von Nvidia, wurden für den Test verwendet. Folgende Modelle sind im Test vertreten:

• Asus GeForce GTX 1080 Ti Strix
• Asus Radeon RX Vega 64 Strix
• Gainward GeForce GTX 1070 GS
• Gigabyte GeForce GTX 1060 G1 Gaming
• MSI GeForce GTX 1080 Gaming X
• PowerColor Radeon RX 570 Red Devil
• PowerColor Radeon RX Vega 56 Red Devil
• Sapphire Radeon RX 580 Nitro+

Drei verschiedene Treiber: 1 × Nvidia und gleich 2 × AMD

Als Treiber kam auf Nvidia-Grafikkarten durchweg der GeForce 390.65 zum Einsatz, während auf AMD-Beschleuniger der Adrenalin 18.1.1 sowie der aktuelle und fürs Mining optimierte Blockchain-Treiber genutzt wurden.

Ethereum, Monero und Zcash mit GPU-Algorithmen

Drei verschiedene Coins wurden für die Testreihen genutzt, die wiederum auf drei verschiedenen Algorithmen basieren. Die Währungen gehören zu den aktuell gefragtesten unter den Kryptowährungen, die noch sinnvoll mit GPUs zu schürfen sind, weil es gar keinen oder keinen deutlich schnelleren ASIC gibt.

Als „GPU-Klassiker“ mit dabei ist Ethereum auf Basis des Ethash-Algorithmus. Darüber hinaus sind Monero (XMR) mit dem CryptoNight-Algorithmus und Zcash mit dem Equihash-Algorithmus im Test vertreten. Monero macht derzeit auch dadurch auf sich aufmerksam, dass die Berechnung Anwendern im Internet auf Webseiten per JavaScript untergeschoben wird.

Fünf verschiedene Tools fürs Mining

Für jeden Coin wird ein eigenes Mining-Tool genutzt, die sich je nach Grafikkartenhersteller noch einmal unterscheiden. Ethereum ist der einzige im Test genutzte Coin, bei dem für AMD- und Nvidia-Grafikkarten dasselbe Mining-Tool genutzt werden kann. Die Tools wurden nach der höchsten Geschwindigkeit ausgesucht. Es wurden keine speziellen Parameter verändert, die auf einer GPU einen Vorteil, auf einer anderen aber einen Nachteil bringen können.

Coin	AMD	Nvidia
Ehereum	Claymore 10.6 (OpenCL) ohne Dual-Mining	Claymore 10.6 (CUDA) ohne Dual-Mining
Monero (XMR)	Cast XMR 0.8 (OpenCL)	XMRig 2.4.2 (CUDA)
Zcash	Claymore Zcash v12.6 (OpenCL)	EWBF 0.3.4b. (CUDA)

Optimierungen sind bei jeder Währung anders

Wer mit den Tools schnell loslegen möchte, muss nach der Registrierung für eine Blockchain (siehe auch Anleitung zum digitalen Geldschürfen) nichts an der Grafikkarte ändern: Mining-Tool aussuchen und konfigurieren und los geht's. Gerade in Ländern mit hohen Strompreisen und damit auch in Deutschland ist das aber nicht sehr effizient. Denn mit gezielten Eingriffen lässt sich erfahrungsgemäß auf Kosten von etwas Performance die Leistungsaufnahme massiv reduzieren, die Effizienz steigt zum Teil drastisch, der Gewinn tut es auch.

Um den Effekt aufzuzeigen, gibt es Benchmarks der drei Währungen sowohl ohne Anpassungen an der Grafikkarte als auch mit. Die Optimierungen hatten zum Ziel, das „Mining-Leistung-pro-Watt“-Verhältnis zu maximieren. Anders als beim Übertakten der Grafikkarte für eine bessere Performance in Spielen muss dabei je nach Modell und auch je nach Währungsalgorithmus völlig unterschiedlich vorgegangen werden. Und teils auch je nach Treiber.

Mit dem Blockchain-Treiber gibt es auf Vega Probleme

Das letzte Problem gilt jedoch ausschließlich für AMDs Vega-Grafikkarten in Verbindung mit dem Blockchain-Treiber. Der funktioniert zwar generell mit Radeon RX Vega, doch im AMD WattMan und anderen externen Tools, die auf die Treiber-API für Taktraten, Spannungen und Co. zugreifen können, gibt es ein großes Problem: Weder die GPU-Taktrate noch die GPU-Spannung lassen sich reduzieren, was das Optimierungspotenzial deutlich einschränkt. Einzig durch das Power Limit hat man einen Einfluss auf Taktrate und Spannung. Interessanterweise lassen sich dagegen der Speichertakt und die Spannung des Speichercontrollers problemlos ändern.

Auf Vega fällt die Optimierung damit je nach Treiber unterschiedlich aus. AMDs ältere Polaris-Generation betrifft das Problem dagegen nicht, bei dieser lässt sich auch mit dem Blockchain-Treiber alles ganz normal einstellen.

Die Mining-Effizienz lässt sich auf AMD und Nvidia massiv steigern

Generell lässt sich sagen, dass sowohl mit einer AMD- als auch einer Nvidia-Grafikkarte die Effizienz durch manuelle Eingriffe massiv angehoben werden kann. Nvidia-Grafikkarten haben dabei den Vorteil, dass das erstaunlich einfach und effektiv funktioniert. Im Endeffekt muss nur am Taktregler für GPU und Spannung gedreht und das Power Target reduziert werden. Damit lässt sich bereits eine deutliche Verbesserung erzielen. Sicherlich ist mit einer händisch optimierten Spannung noch einmal etwas mehr möglich. Jedoch ist der Zeitaufwand dafür hoch, der Nutzen gering und das Testen auf Stabilität kann schnell zur Geduldsprobe werden. Für den „Miner im Home-Office“ bietet sich das nicht an.

	GPU-Takt	GPU-Spannung	Speicher-Takt	Speicher-Spannung	Power-Limit/Target
Ethereum
PowerColor RX 570 Red Devil	1.000 MHz	0,825 V	3.800 MHz	Automatik	+-0 %
Sapphire RX 580 Nitro+	900 MHz	0,9 V	4.000 MHz	0,9 V	+-0 %
PowerColor RX Vega 56 Red Devil	1.252 MHz	Automatik	950 MHz	Automatik	–50 %
Asus RX Vega 64 Strix	1.052 MHz	Automatik	1.100 MHz	Automatik	–50 %
Gigabyte GTX 1060 G1 Gaming	–400 MHz	Automatik	+601 MHz	Automatik	40 %
Gainward GTX 1070 GS	–400 MHz	Automatik	+601 MHz	Automatik	55 %
MSI GTX 1080 Gaming X	–400 MHz	Automatik	+500 MHz	Automatik	45 %
Asus GTX 1080 Ti Strix	–400 MHz	Automatik	+400 MHz	Automatik	55 %
Monero
PowerColor RX 570 Red Devil	1.000 MHz	0,825 V	3.500 MHz	Automatik	+-0 %
Sapphire RX 580 Nitro+	900 MHz	0,9 V	4.000 MHz	0,9 V	+-0 %
PowerColor RX Vega 56 Red Devil Adrenalin 18.1.1)	852 MHz	Automatik	950 MHz	Automatik	–50 %
PowerColor RX Vega 56 Red Devil Blockchain-Treiber)	1.590 MHz	Automatik	950 MHz	0,8 V	–45 %
Asus RX Vega 64 Strix (Adrenalin 18.1.1)	852 MHz	Automatik	1.100 MHz	Automatik	–50 %
Asus RX Vega 64 Strix (Blockchain-Treiber)	1.630 MHz	Automatik	1.100 MHz	0,8V	–28 %
Gigabyte GTX 1060 G1 Gaming	–400 MHz	Automatik	+601 MHz	Automatik	33 %
Gainward GTX 1070 GS	–400 MHz	Automatik	+601 MHz	Automatik	44 %
MSI GTX 1080 Gaming X	–400 MHz	Automatik	+500 MHz	Automatik	37 %
Asus GTX 1080 Ti Strix	–400 MHz	Automatik	+400 MHz	Automatik	45 %
Zcash
PowerColor RX 570 Red Devil	1.000 MHz	0,825 V	3.500 MHz	0,825	+-0 %
Sapphire RX 580 Nitro+	900 MHz	0,9 V	4.000 MHz	0,9 V	+-0 %
PowerColor RX Vega 56 Red Devil Adrenalin 18.1.1)	1.402 MHz	Automatik	800 MHz	Automatik	–50 %
PowerColor RX Vega 56 Red Devil Blockchain-Treiber)	1.590 MHz	Automatik	700 MHz	0,8 V	–45 %
Asus RX Vega 64 Strix (Adrenalin 18.1.1)	1.352 MHz	Automatik	945 MHz	Automatik	–50 %
Asus RX Vega 64 Strix (Blockchain-Treiber)	1.630 MHz	Automatik	945 MHz	0,8 V	–50 %
Gigabyte GTX 1060 G1 Gaming	+-0 MHz	Automatik	+-0 MHz	Automatik	45 %
Gainward GTX 1070 GS	+-0 MHz	Automatik	+-0 MHz	Automatik	60 %
MSI GTX 1080 Gaming X	+-0 MHz	Automatik	+-0 MHz	Automatik	55 %
Asus GTX 1080 Ti Strix	+-0 MHz	Automatik	+-0 MHz	Automatik	60 %

Die Optimierung von AMD-GPUs ist aufwendig

Auf einer AMD-Grafikkarte ist der Nutzen der Optimierung in etwa gleich groß. Allerdings ist der Aufwand deutlich höher, weil es nötig ist, an mehr Stellschrauben zu drehen und es länger dauert den „Sweet Spot“ zu finden.

Hintergrund ist, dass Nvidia-Grafikkarten seit der Maxwell-Generation die Spannung pro Takt in Eigenregie sehr nahe am Optimum ausloten können. Und das bei jedem Modell. Daher lässt sich die Spannung auch nur bedingt weiter reduzieren. Ganz anders dagegen bei AMD Radeon, die Grafikkarten haben traditionell einen großen Spielraum bei der Spannung. AMD GPUs arbeiten meistens mit vergleichsweise hoher Spannung für den anliegenden Takt, was zwar die GPU-Ausbeute verbessert, die Energieeffizienz aber verringert. Wer auf Effizienz optimieren will, muss bei AMD also am Takt-, am Spannungs- und am Power-Regler drehen, was die Einstellmöglichkeiten deutlich erhöht.

Hinzu kommt, dass bei Nvidia-Grafikkarten der Taktregler nur einen geringen Einfluss auf die Leistungsaufnahme hat, zumal sich die Frequenz auch nur um einen gewissen Bereich reduzieren lässt. Anders dagegen bei AMD. Der Taktbereich lässt sich deutlich umfangreicher einstellen, was zwar an sich positiv ist. Doch da zusätzlich je nach Takt die Spannung stark schwankt, muss nicht nur an einem zusätzlichen Regler mehr gedreht werden. Zudem lassen sich einige Regler noch viel weiter drehen.

Und der Speicher macht bei Vega alles noch komplizierter: Auf dessen Takt hat das Power Target bei Nvidia nämlich keinen Einfluss, bei AMD Vega ab einem bestimmten Punkt hingegen schon – und Speicherbandbreite ist in den meisten Währungen wichtiger als GPU-Takt. Einfach deutlich das Power Limit auf einer Radeon zu reduzieren ist damit keine Lösung, es muss ein Kompromiss zwischen diversen Faktoren gefunden werden. Doppelt problematisch ist das für den Blockchain-Treiber auf Vega, bei dem man ausschließlich über das Power Limit den GPU-Takt reduzieren kann.

Monero ist die Königsdisziplin für Vega

Apropos Vega: AMD hat bei Vega gegenüber Polaris das gesamte Taktverhalten verändert. Es kann passieren, dass durch zu viel „Spielerei“ an den verschiedenen Reglern die für die genutzten Taktraten und Spannungen zuständige Telemetrie aussetzt und entweder aus einem niedrigen Power-State nicht mehr heraus kommt, oder wirre Kombinationen wie einen niedrigen Takt bei einer hohen Spannung produziert. Dann hilft oft nur noch ein Neustarten des Rechners. Der Redaktion ist das beim Optimieren der Effizienz das ein oder andere Mal passiert.

Kurz gesagt: Eine Nvidia-Grafikkarte lässt sich mit wenigen einfachen Handgriffen bereits in fünf bis zehn Minuten massiv optimieren. Den Sweet Spot auf einer AMD-Grafikkarte fürs Mining zu finden dauert dagegen deutlich länger. Für eine Radeon-Grafikkarte waren pro Währung etwa eine bis zwei Stunden nötig – und am Ende lagen oft die Nerven blank.

AMD-Treiber-Wahl: Graphics vs. Compute vs. Blockchain

Wer mit einer Nvidia-Grafikkarte Mining betreiben will, installiert den normalen GeForce-Treiber und fängt an. Bei einem 3D-Beschleuniger von AMD gibt es aber schon hier die Wahl: Will man den normalen Graphics-Mode fürs Mining benutzen? Oder den Compute Mode, der sich im Treibermenü aktivieren und mit dem es sich dann nicht mehr ordentlich spielen lässt? Oder möchte man gar den fürs Mining angepassten Blockchain-Treiber nutzen, mit dem es sich ebenfalls nur schlecht spielen lässt. Je nach Währung hebt er die Leistung allerdings durchaus gewaltig an.

Bei Ethereum bietet der normale Adrenalin 18.1.1 die höchste Leistung. Jedoch muss dieser in den Compute-Modus geschaltet werden, im normalen Graphics-Mode verliert die Radeon RX 580 24 Prozent der Schürfgeschwindigkeit. Auf einer Radeon RX Vega gibt es den Schalter nicht, hier entfällt also die Wahl.

Vega wird mit dem Blockchain-Treiber in Monero massiv schneller

Bei den zwei anderen Währungen spielt der Schalter keine Rolle mehr, dafür aber umso mehr der Treiber. Bei Monero sollte durchweg der Blockchain-Treiber genutzt werden. Auf einer Radeon RX 580 ist er immerhin vier Prozent schneller als der normale Spieletreiber. Auf einer Radeon RX Vega 64 explodiert die Geschwindigkeit aber regelrecht, satte 48 Prozent mehr Performance können erzielt werden.

Auch bei Zcash ist der Blockchain-Treiber schneller, wenn auch nur mit halb so großem Effekt wie in Monero: Die Polaris-Grafikkarte kann um zwei Prozent und das Vega-Modell um 24 Prozent zulegen.