Gaming-Notebook-Benchmarks: Viel mehr FPS in Spielen durch einen MUX-Switch-Klick

Hat das eigene Gaming-Notebook einen „MUX-Switch“ oder nutzt es Nvidia Advanced Optimus? Gut wäre es, denn sonst geht schnell viel Leistung verloren. ComputerBase erörtert die Hintergründe, liefert Benchmarks und erklärt, was Anwender tun können, deren Notebook nicht über diese Technik verfügt.

Welche Grafikkarte gibt wie das Bild aus?

Wer am Desktop-PC oder Notebook sitzt, macht sich nur selten Gedanken darüber, über welchen Weg das Bild, das er sieht, auf den Monitor gelangt ist. Insbesondere Gaming-Notebook-Inhaber sollten aber genau das tun. Andernfalls ist nicht auszuschließen, dass die Leistung der starken separaten Grafikkarte auf der Strecke bleibt.

Erfolgt die Bildausgabe direkt oder nicht?

Denn berechnet eine separate Grafikkarte („dGPU“) das Bild, gibt es dann aber über den Grafikchip in der CPU („iGPU“) aus, weil von dort nun einmal die Drähte zum Display verlaufen, kann das 10, 20, 30 oder in Extremfällen sogar 50 Prozent an Leistung kosten. In Notebooks mit „MUX-Switch“ oder Nvidia Advanced Optimus lässt sich das verhindern.

Wie und warum das so ist? Dieser Artikel liefert Zahlen und erklärt die Hintergründe.

Was ist das Problem im Gaming-Notebook?

Wie kommt das Bild auf den Bildschirm? Am Desktop-PC ist die Sache klar: Über das Kabel, das entweder am I/O-Panel des Mainboards mit den Grafikausgaben der iGPU im Prozessor oder am I/O-Panel einer separaten Grafikkarte steckt. In beiden Fällen gibt der Grafikchip, der das Bild berechnet, das Bildsignal direkt an das Display weiter.

Aber wie ist das eigentlich im Notebook?

1. Fall: Notebooks nur mit iGPU

Verfügt das Notebook nur über die im Prozessor integrierte Grafikeinheit, ist die Frage schnell geklärt: Egal ob das interne Display oder ein externes via Kabel angesprochen wird, es ist immer die iGPU, die das Bild direkt an den Bildschirm weiterleitet.

Und was ist mit Gaming-Notebooks, die über eine separate Grafikkarte verfügen? Jetzt wird es spannend.

2. Fall: Notebooks mit iGPU und dGPU ohne MUX

Heutzutage ist das interne Display in der Regel weiter an die iGPU angeschlossen. Das hat den Vorteil, dass die dGPU immer dann, wenn sie nicht gebraucht wird (z. B. 2D-Lasten), abgeschaltet werden kann (bei Nvidia heißt das Optimus). Denn egal ob die dGPU läuft oder nicht, das Bild wird immer über die iGPU ausgegeben.

Wäre das Display an die dGPU angeschlossen, müsste sie hingegen immer laufen. Das war in der Anfangszeit der Gaming-Notebooks der Fall und sorgte dafür, dass diese Geräte nicht einmal auf dem Windows-Desktop viel mehr als eine Stunde durchhielten. Auch die externen Anschlüsse hängen aus genau diesem Grund oftmals an der iGPU und nicht an der dGPU.

Die Kehrseite der Medaille: Das von der dGPU berechnete Bild muss über den PCIe-Bus zur iGPU im Prozessor gesendet werden, bevor es dann über deren Verbindung (sei es intern oder extern) an das Display ausgegeben wird. Das kann viel Leistung kosten, wie der Artikel zeigen wird.

Doch nicht jedes Notebook mit dGPU geht so vor. Es gibt Modelle, bei denen das Notebook-Display zwar fest an der iGPU hängt, nicht aber die externen Anschlüsse wie HDMI oder DisplayPort.

Beispiel ohne MUX: Asus ROG Strix G15 2021

Ein Beispiel ist das Asus ROG Strix G15 aus dem Jahr 2021: Dessen Display hängt immer an der iGPU, der HDMI-Anschluss sogar auch – aber der USB-Typ-C-Anschluss an der Rückseite wird von der dGPU angesteuert. Wer das Bild also direkt von der dGPU ausgeben will, muss diesen Anschluss mit Adapter wählen. Der Nachteil: Die dGPU ist dann immer aktiv, auch unter Windows. Das erhöht den Stromverbrauch und damit die Lautstärke und senkt die Akkulaufzeit.

Ob das genutzte Display direkt angesteuert wird, lässt sich systemunabhängig gut mit dem 3DMark prüfen. Die Anwendung warnt auf den jeweiligen Benchmark-Startseiten, wenn das nicht der Fall ist. Erscheint dort kein hellblauer Kasten, hängt der Bildschirm direkt an der ausgewählten GPU.

Die bisher beschriebene Gattung Notebooks ohne MUX-Switch lässt dem Kunden also keine Wahl: Das interne Display hängt an der iGPU. Wenn überhaupt wird ein externer Anschluss direkt von der dGPU bespielt – und vielleicht gibt es dazu eine Info oder auch nicht.

Es gibt aber auch andere Systeme. Sie bieten einen so genannten „MUX-Switch“, manchmal erkennbar an der Bezeichnung „Nvidia Advanced Optimus“. Und was ist in diesem Fall anders?

3. Fall: Notebooks mit iGPU und dGPU und MUX-Switch

Was ist ein MUX-Switch?

Ein Multiplexer oder auch MUX, im aktuellen Kontext in der Regel als MUX-Switch bezeichnet, kann aus einer Vielzahl an Eingangsquellen eine auswählen und an einen Ausgang weitergeben. Die Steuerung erfolgt elektronisch.

Mit einem MUX-Switch ist es also möglich, sowohl die iGPU als auch die dGPU als Quelle für das Bildsignal des internen Notebook-Displays auszuwählen. Ist die dGPU die GPU der Wahl, muss sie ihre Bildausgabe nicht mehr über die iGPU schicken. Sie ist dafür zwar dauerhaft aktiv, aber der Nutzer hat die Wahl und kann jederzeit wieder auf die iGPU wechseln, so dass die dGPU abgeschaltet wird, wenn sie nicht gebraucht wird.

Ein MUX-Switch muss sich aber nicht nur auf das interne Display beschränken, sondern kann auch externe Anschlüsse mit einbeziehen.

Beispiel mit MUX: Asus ROG Zephyrus G14 2022

Ein Beispiel ist das Asus ROG Zephyrus G14 2022. Im Standard-Betriebszustand („MSHybrid“) gibt die dGPU Radeon RX 6800S ihr Bild über die iGPU Radeon 680M an das Display weiter. Auch der externe USB-Typ-C-Anschluss hängt an der iGPU. Nur der HDMI-Anschluss ist direkt an die Radeon RX 6800S angeschlossen.

Über die Software Asus Armoury Crate können Anwender jetzt nicht nur dauerhaft die dGPU deaktivieren, sondern auch vom Modus „MSHybrid“ (entspricht Nvidia Optimus, also dem bedarfsgerechten An- und Abschalten der dGPU) auf „Separate GPU“ umschalten. Das hat nicht nur zur Folge, dass die dGPU dauerhaft aktiv ist, sondern auch, dass das interne Display direkt an die dGPU angebunden wird. Der Umweg über die iGPU entfällt. HDMI bleibt hingegen immer über die dGPU verdrahtet, USB Typ C über die iGPU.

Was ist Nvidia Advanced Optimus?

Mit Advanced Optimus hat Nvidia vor zwei Jahren die ohne Neustart arbeitende Variante eines MUX-Switches vorgestellt. Advanced Optimus schaltet die dGPU an respektive aus, wenn sie (nicht) gebraucht wird (so wie es Optimus tut), und wechselt auch jeweils vollautomatisch den Display-Anschluss auf die aktive GPU. Das erfordert neben dem passenden physischen Chip eine tiefgreifende Software-Integration und ist offensichtlich teuer oder kompliziert umzusetzen: Notebooks mit Nvidia Advanced Optimus sind immer noch seltener am Markt vertreten als die Varianten mit klassischem MUX-Switch.

Ein aktuelles Notebook mit Nvidia Advanced Optimus ist das Alienware X14 mit Core i7-12700H und GeForce RTX 3060 Laptop GPU. Es ist mit Messwerten ebenfalls im Test enthalten.

Im Umgang mit dem System fiel allerdings auf, dass Nvidia Advanced Optimus trotz aktueller Plattform, Firmware und Treiber nicht zuverlässig in der Lage war, beim Starten der dGPU den Display-Anschluss auf diese Grafikkarte zu wechseln. Verlässlich ließen sich Spiele am Ende nur mit Anbindung an die dGPU oder iGPU testen, indem für die dGPU der HDMI-Anschluss und für den Umweg über die iGPU ein USB-Typ-C-Anschluss mit Alternate Mode DisplayPort zum Einsatz kam.

Benchmarks: dGPU/Display vs. dGPU/iGPU/Display

Das Bild nicht direkt über die dGPU auszugeben, sondern den Umweg über den PCI-Express-Bus zur CPU und über deren iGPU zu gehen, kann Leistung kosten. Wie viel, hängt extrem von der Plattform, dem Spiel und den Einstellungen ab, wie die folgenden Benchmarks zeigen. Die eine pauschale Antwort gibt es nicht.

Für diesen ersten Test standen zwei Notebooks mit mobilen CPUs und GPUs von AMD zur Verfügung. Das Asus ROG Strix G15 von 2021 setzt auf Ryzen 9 5900HX und Radeon RX 6800M, die über PCI Express 3.0 x8 an die CPU angebunden ist. Das Asus ROG Zephyrus G14 tritt mit Ryzen 9 6900HS und Radeon RX 6800S an, die über PCIe Express 4.0 x8 mit der CPU respektive der darin integrierten iGPU verbunden ist. Beim G15 ohne MUX-Switch lässt sich die iGPU umgehen, indem ein externes Display an den USB-Typ-C-Ausgang angeschlossen wird. Beim G14 mit MUX-Switch hängt ab Werk der HDMI-Anschluss direkt an der dGPU, aber auf Wunsch können auch das interne Display und der USB-Typ-C-Anschluss direkt mit der dGPU verbunden werden.

Weitere Benchmarks mit anderen Plattformen – darunter zum Beispiel auch mit Intels 11. Generation Core, die PCI Express 3.0 x16 für die dGPU nutzt – sind geplant.

Synthetische Benchmarks

Im 3DMark Time Spy (Graphics Score) verliert die Radeon RX 6800M im G15 9 Prozent an Leistung durch den iGPU-Umweg, bei der Radeon RX 6800S im G14 sind es nur 2 Prozent. 9 Prozent sind viel – aber warum verliert ein anderes System nicht genauso viel?

Ein Erklärungsansatz, der sich im späteren Verlauf weiter erhärten wird, ist ein entscheidender Unterschied: Die Radeon RX 6800M hängt über PCI Express 3.0 x8 am Ryzen 9 5900HX, während die Radeon RX 6800S über PCI Express 4.0 x8 am Ryzen 9 6900HS hängt – der Bus zwischen GPU und CPU ist im G14 also doppelt so breit.

In Port Royal sind die Leistungsunterschiede zwischen direkter Anbindung des Displays und iGPU-Umweg gering. In Unigine Superposition gibt es gar keine.

Benchmarks in FHD bei hohen Details

Im Durchschnitt über fünf Spiele in FHD-Auflösung bei niedrigen Details treten die Unterschiede dann erneut zu Tage und jetzt ist auch die Radeon RX 6800S betroffen: 19 Prozent verliert die RX 6800M im Durchschnitt, während die Radeon RX 6800S immerhin noch 14 Prozent einbüßt.

Die durchschnittlichen Differenzen sind beachtlich, „5 bis 10 Prozent“ werden klar verfehlt – und zwar im negativen Sinn. Der Blick in die Details offenbart allerdings noch ganz andere Dimensionen. Das Extrembeispiel ist Rainbow Six Siege.

Sage und schreibe 98 Prozent mehr FPS liefert die Radeon RX 6800M in dem von der Redaktion genutzten Benchmark in Full HD bei hohen Details, wenn sie nicht über die iGPU kommuniziert. Und bei der Radeon RX 6800S sind es immer noch 52 Prozent mehr FPS. Dabei zeigt sich: Geben beide ihr Bild über die iGPU aus, liegen sie fast auf Augenhöhe, was den technischen Eckdaten zufolge eigentlich nicht sein kann. Bei direkter Ansprache des Displays zeigt sich dann schon eher die wahre Relation: Die Radeon RX 6800M liegt vor der Radeon RX 6800S.

Auch Fortnite zeigt bei beiden Notebooks deutliche Leistungsabschläge von über 40 respektive 30 Prozent beim Gang über die iGPU. Bei F1 2021 und Resident Evil Village liegen sie hingegen bei etwas über 10 Prozent, bei The Witcher 3 im niedrigen einstelligen Bereich.

Wird Raytracing in F1 2021 und Resident Evil Village aktiviert, fallen die Unterschiede auch in diesen Spielen zusammen. Raytracing sollte zwar den Speicherbedarf und damit potentiell die Kommunikation der GPU über den PCIe-Bus mit dem RAM verstärken, dafür werden die FPS fast halbiert und es gehen weniger fertig gerenderte Bild über den Bus.

Benchmarks in WQHD und UHD bei max. Details

Weitere Benchmarks in WQHD und UHD mit maximalen Details zeigen, dass die Abstände mit höherer Anforderung an die GPU tendenziell kleiner werden. Das verwundert nicht: Solange der Grafikspeicher ausreicht (RX 6800M bietet 12 GB, RX 6800S 8 GB), steigt die Last auf dem PCI-Express-Bus in Folge der höheren Auflösung nicht an, während fallende FPS dafür sorgen, dass weniger gerenderte Bilder von der dGPU über den Bus an die iGPU gesendet werden müssen.

Fazit

Direkte Bildausgabe von der dGPU oder indirekte über die iGPU – was sind die Konsequenzen im Gaming-Notebook?

Vielen weniger versierten (potentiellen) Nutzern wird nicht bewusst sein, dass es beide Wege gibt und daraus Leistungsunterschiede hervorgehen können. Dieser Artikel hat hoffentlich zur Aufklärung beigetragen. Drei Fälle sind zu unterscheiden.

1. Notebooks, die nur die GPU im Prozessor bieten (iGPU), sprechen Displays (egal ob intern oder extern) zwangsläufig immer direkt an.
2. Notebooks mit iGPU und schnellerer dGPU binden das interne Display heutzutage in der Regel an die iGPU an, damit die dGPU im Leerlauf abgeschaltet werden kann. Auch viele, wenn nicht unbedingt alle externen Anschlüsse hängen an der iGPU. Ausnahmen sind oft nicht dokumentiert, lassen sich z. B. mit 3DMark aber finden. Die Annahme „externer Monitor = volle Leistung“ ist falsch.
3. Verfügt das Notebook über einen MUX-Switch oder Nvidia Advanced Optimus, lässt sich die dGPU auch direkt an das (interne) Display anbinden, was die FPS signifikant anheben kann. Bei Advanced Optimus soll das automatisch vonstattengehen, klassische MUX-Switches müssen manuell per Software (oder sogar BIOS) geschaltet werden und machen einen Neustart erforderlich.

Viele Anwender werden wiederum schon einmal davon gehört haben. Zumeist geistern allerdings eher vage Informationen von Leistungsunterschieden durch das Netz, von 5 bis 10 Prozent ist oftmals die Rede. Erst kürzlich hat wiederum Nvidia mit größeren Leistungszuwächsen für Advanced Optimus bis hinauf zu 27 Prozent und mehr geworben und schon im Januar wurde der Redaktion bei internen Tests klar, dass die Schere in Extremfällen noch viel weiter auseinandergeht.

Auch in dieser Hinsicht liefert der Artikel neue Erkenntnisse und zeigt: Je nach Spiel und Systemkonfiguration können die Auswirkungen deutlich größer sein: Im Worst Case stiegen die FPS im Test um 98 Prozent, wenn die dGPU direkt für die Bildausgabe verantwortlich war. Oder anders ausgedrückt: Bei Ausgabe über die iGPU blieben 50 Prozent des Leistungspotentials auf der Strecke.

Für den Test herangezogen wurden vorerst zwei Notebooks mit AMD Ryzen Mobile und AMD Radeon RX 6000 Mobile. Der Vergleich der Generationen legt nahe, dass insbesondere die Plattform und deren PCIe-Ausstattung einen Unterschied machen, wenn es um den Einfluss der indirekten Bildausgabe über die iGPU auf die Leistung geht: Der Ryzen 5000 mit PCIe 3.0 x8 hat hier gegenüber dem Ryzen 6000 mit PCIe 4.0 x8 wiederholt im Benchmark das Nachsehen. Ob die GPU jetzt von AMD oder Nvidia kommt, dürfte hingegen weniger von Relevanz sein. Weitere Benchmarks sollen in Zukunft für mehr Klarheit sorgen.

Viele Notebooks bieten mindestens einen externen Anschluss, der direkt an die dGPU angeschlossen ist. Auch ohne MUX-Switch lässt sich über dessen Nutzung das volle Potential der Grafikkarte nutzen. Es setzt aber eben den Anschluss eines externen Displays voraus. Beim Asus ROG Strix G15 von 2021 ist das beispielsweise der USB-Typ-C-Anschluss, nicht aber der HDMI-Port. Beim Asus ROG Zephyrus G14 2022 ist es wiederum der HDMI-Anschluss. Verlässlich prüfen lässt sich der direkte Anschluss des Displays an die dGPU mit dem 3DMark.

Notebooks mit MUX-Switch oder Nvidia Advanced Optimus bieten da deutlich mehr Flexibilität. Bei diesen Modellen darf auch das interne Display auf Wunsch des Anwenders direkt von der dGPU bespielt werden und zur Bestform auflaufen. Die standardmäßig an die iGPU angebundenen externen Anschlüsse lassen sich auf diesem Weg ebenfalls „umrouten“. Dafür ist bei einem klassischen MUX-Switch ein Neustart notwendig, bei Nvidia Advanced Optimus geschieht das hingegen automatisch. Das Asus ROG Zephyrus G14 2022 und alle neuen Gaming-Notebooks der ROG-Serie für das Jahr 2022 sind Beispiele für Notebooks mit MUX-Switch.

Wer nach dem Zocken an der Steckdose mit dem Notebook in die Vorlesung geht, ohne den Schalter wieder umzulegen, darf sich dann allerdings nicht über deutlich gesunkene Akkulaufzeiten wundern. Im Alltag nervig ist, dass das Umschalten einen Neustart voraussetzt. On-the-fly gelingt der Wechsel nicht.

Noch einmal zum Abschluss: Dass die iGPU statt die dGPU rendert, war hier nicht Thema. Es geht darum, dass die dGPU rendert aber durch das Kopieren des gerenderten Bildes über PCIe in den Framebuffer der iGPU, die es dann ausgibt, ausgebremst wird.

Die Erkenntnisse in diesem Artikel sind nicht neu, die dokumentierten Leistungsunterschiede gehen allerdings über das hinaus, was in der Vergangenheit dem Leumund nach zu erwarten war. Daraus ableiten lässt sich eine klare Empfehlung für die Einordnung von Notebook(-GPU)-Tests: Ergebnisse dürfen nur dann verglichen werden, wenn Tester neben der genutzten TGP auch angeben, ob die dGPU in den Benchmarks direkt mit dem Ausgabe-Display verbunden war. Andernfalls vergleichen Leser auf der Suche nach validen Ergebnissen schnell Äpfel mit Birnen.

Welche Erfahrungen haben ComputerBase-Leser mit der direkten oder indirekten Ausgabe der dGPU-Bildsignale am Gaming-Notebook gemacht? Erfahrungsberichte sind in den Kommentaren gerne gesehen.

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