Machtreaktor
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[Erfahrungsbericht] Sapphire R9 290 Tri-X - Leistungsaufnahme - FPS-Limiter/Undervolting
Aufbau
1. Einleitung
Meine "alte" HIS 7950 IceQ wurde vor 3 Wochen gegen eine Sapphire R9 290 Tri-X getauscht.
Durch die vielen Benchmarks dieser Karte konnte ich mir zwar sicher sein, dass sie zwischen 50 und 80 % mehr Leistung bei meiner Auflösung bringt, aber der überall ausgewiesene Mehrverbrauch hat mich lange Zeit zurückschrecken lassen. Diese "sekundäre" Eigenschaft hat mir ein paar Bauchschmerzen bereitet und ich wollte mir sicher sein, dass die neue Karte genau in mein Benutzungsmuster passt.
Was anfänglich nur ein Kontrollmechanismus war, ist Stück für Stück zu einem kleinen Erfahrungsbericht gewachsen. Anhand mehrerer Spieletests habe ich meinen typischen FPS-Bedarf gemessen und dann zusammengeschrieben.
Das Ergebnis geht in die Richtung von "Undervolting/FPS-Limiter" Mini-Tests von CB und anderen Seiten.
In der Regel spiele ich alle Spiele mit mindestens 40/45 Bildern und drehe die Einstellungen zurück, wenn dieser Wert nicht erreicht wird. Es gibt Spiele, die auch mit 30 Bildern pro Sekunde noch gut spielbar sind, aber das betrifft nur wenige Titel.
Über den MSI Afterburner/RivaTuner Statistiks Server lasse ich pauschal alle Spiele bei 45 FPS limitieren und setze Spezialfälle (BF3/4, evtl. auch per user.cfg) manuell auf 60 hoch.
Ich bin kein Low-Detail-Spieler: wenn SSAA machbar ist, wird es auch aktiviert, flüssiges Spielen ist mir aber wichtiger.
2. Beschreibung des Testsystems
Zur besseren Vergleichbarkeit mit Volker Rißkas „Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC im Test“-Artikel, stelle ich mein System in den Vergleich zu dem dortigen Testsystem.
Zusätzlich kann hier die Leistungsaufnahme des Xeon Prozessors im Computerbase-Test nachgelesen werden (im Idle (42 Watt) und Prime-Last (137 Watt)).
Werte der Grafikkarte und des Prozessors decken sich natürlich nicht 100% mit meiner Umgebung, aber sind schon recht nah dran.
Weitere Links zu diesen Themen:
Computerbase - Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC im Test - Leistungsaufnahme
Computerbase - Grafikkarten 2013 im Vergleich - Leistungsaufnahme
Computerbase - AMD Radeon R9 290X im Test - FPS Limitier im Einsatz
Computerbase - AMD Radeon R9 290 im Test - Leistungsaufnahme Sondertest mit Aftermakert Cooler
Computerbase
Prozessor: Intel Core i7 4770K (übertaktet per Multiplikator auf 4,4 GHz, Quad-Core+HT)
CPU-Kühler: Noctua NH-U14S
Motherboard: Asus Z87-Deluxe (Intel Z87, BIOS-Version: 1205)
Arbeitsspeicher: 4x 2.048 MB OCZ DDR3-1600 (8-8-8-24)
Grafikkarten: Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC (1.000/2.600), 4.096 MB
Netzteil: Seasonic X-Series X-660 (660W, Semi-Passiv-Betrieb, 80 Plus Gold)
Peripherie: LiteOn iHOS104 Blu-ray-Laufwerk
Intel 510 SSD mit 250 GB, SATA III (Windows inklusive sämtlicher Benchmarks)
Western Digital Caviar Black mit 1.000 GB und 64 MB Cache, SATA III (Test-Tools)
Gehäuse: Corsair Obsidian 800D (2 x 140-mm-Lüfter mit 750 Umdrehungen pro Minute)
Software: Microsoft Windows 7 x64 SP1
AMD Catalyst 13.11 Beta 8 (R9 290)
Humanforce
Prozessor: Intel Xeon 1230v3 (Turbo auf einzelnen Kernen bis 3,7 GHz, Quad-Core+HT)
CPU-Kühler: Noctua NH-U12S
Motherboard: ASRock H87 Pro4 (Intel H87, BIOS-Version: 1900)
Arbeitsspeicher: 2x 4.096 MB GEIL SNIPER DDR3-1866 (automatisch heruntergetaktet auf 1600, bei 9-9-9-24)
Grafikkarten: Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC (1.000/2.600), 4.096 MB
Netzteil: Enermax Modu87+ 500W (500W, Semi-Passiv-Betrieb, 80 Plus Gold)
Peripherie: Kein Laufwerk mehr verbaut
Crucial M4 250, SATA III (Windows inklusive sämtlicher Benchmarks und einiger Spiele)
Seagate Barracuda 7200.14 mit 2000GB und 64 MB Cache , SATA III (Spiele, Zeug)
Gehäuse: NZXT Phantom weiß (vorne: 1 x 140mm, hinten: 1x 120mm, seitlich: 2x120mm, oben: 1x200mm, innerhalb des Gehäuses: in den Laufwerksschächten 1x 60mm)
Software: Microsoft Windows 8.1 x64
AMD Catalyst 14.1 Beta 1.6 und später 14.2 Beta 1.3
Alle Spiele werden über Steam, Origin oder andere Module aktualisiert.
Zusätzlich eingespielte Mods oder Updates wurden notiert und sind im Bereich 6. einsehbar.
Gemessen wird die Gesamtleistungsaufnahme des Testsystems, mit dem Energiekosten-Messgerät KD 302 von profitec. Das Gerät kann jede Privatperson ohne Probleme bezahlen und es liefert schon sehr genaue Werte für den Heimgebrauch.
Zusätzlich zur Steckdosenmessung liefert das Programm HWinfo64 v3.34 ausgelesene bzw. ausgerechnete Watt-Werte einzelner Komponenten. In diesem Falle: CPU Package Power, GPU Core Power und GPU VRAM Power. Die dort angegebenen Werte werden nur bei den Einzeltests ausgegeben.
3. Beschreibung des Testverfahrens
Es war nicht meine Absicht einen gewaltigen Spiel- und Testaufwand zu betreiben, um einen Durchschnittswert der Leistungsaufnahme als Ergebnis zu erhalten. Daher wird in jedem Spiel nur eine einzige Position gesucht, bei der augenscheinlich eine hohe (aber nicht zwangsweise die höchste!) Gesamtleistungsaufnahme auf dem Messgerät angezeigt wird. Diese Position wird während aller Messungen nicht verlassen, die Kamera auch nicht bewegt.
Per ALT+TAB wird das Spiel nach der Wertaufnahme minimiert und softwareseitig der Kernspannung verändert und/oder die FPS-Limitierung (de-)aktiviert.
Das Testverfahren hat folgende Einschränkungen: Durch die permanente Position wird immer die gleiche Last auf alle Komponenten ausgeübt. FPS-Schwankungen, noch stärkere oder deutlich schwächere Belastungen, werden nicht aufgezeichnet. Jedoch haben die getesteten Anpassungen immer eine sofortige, messbare Änderung der Leistungsaufnahme nach sich gezogen. Dadurch scheint diese Messmethode zumindest für den Fall einer sehr hohen Belastung zuzutreffen und erlaubt Rückschlüsse für ähnliche Situationen.
Obwohl ich bis zu 10 Minuten an einer Position stehen bleibe, auf die erwartete Betriebstemperatur warte und das Messgerät begutachte, um den wahrscheinlichsten Wert abzulesen, schwanken die angezeigten Wattangaben teils mit deutlichem Ausschlag nach oben und unten. Ich habe den für mich sinnvollsten – und wahrscheinlichsten - Wert ermittelt und dann notiert. Auf der vermessenen Position können z.B. NPCs durch das Bild laufen, welche den zu ermittelnden Wert beeinflussen.
4. Information zur eingesetzten Software
Für die Grafikkarte wurde MSI Afterburner 3.0.0 Beta 18 verwendet, unterstützt durch den RivaTuner Statistics Server 6.0.0.
Die Core Voltage (mV) kann durch negative Zahlen gesenkt werden. Dies wirkt sich auf alle Zustände der Grafikkarte aus. Entsprechend kann unter Last -50 mV funktionieren, während die Karte nur bei -31 mV im Idle ohne Probleme läuft und daher bei dem höheren Wert das System einfriert. Während meiner Vorbereitungen konnte ich einen stabilen Betrieb, in allen Situationen, bei -31 mV attestieren.
Der Prozessor wird über das Mainboard spezifische Werkzeug ASROCK A-Tuning undervoltet. Dabei wird der Vcore Voltage Additonal Offset im negativen Bereich angegeben. In meinem Fall -100 mV. Das Mainboard hat mit dem letzten Bios-Update zwar (endlich) die Freigabe für negative Offsets erhalten, eine tatsächliche Auswirkung konnte ich – im Gegensatz zur Software – leider nicht feststellen.
Bei den Einzeltests bin ich zusätzlich auf die Ausgabe des Programms HWInfo64 angewiesen. Dort wird mir die Lüfterdrehzahl in RPM angezeigt. Der Afterburner konnte das nicht.
Alle Werte werden am Ende in Excel 2013 Tabellen und Diagrammen ausgewertet.
5. Ergebnisse - Einzeltests (Idle (1 Bildschirm), Prime95 (1 Bildschirm), Crysis 3, Borderlands 2, Diablo 3, Anno 2070)
Bei diesem Test wird der Idle Zustand, der Zustand unter Prime-Belastung und bei 4 unterschiedlichen Spielen relativ ausführlich dokumentiert.
Es gibt 8 unterschiedliche Zustände, die ich bei den Einzeltests und den unter Punkt 6. folgenden Spieletiteln auswerte.
- Leistungsaufnahme ohne Modifikation
- Leistungsaufnahme bei Undervolting der CPU (-100 mV)
- Leistungsaufnahme bei Undervolting der GPU (-31 mV)
- Leistungsaufnahme bei Undervolting von CPU und GPU
- Leistungsaufnahme bei 60 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei Undervolting (CPU/GPU) + 60 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei 45 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei Undervolting (CPU/GPU) + 45 FPS-Limit
Die Einzeltests geben darüber hinaus auch Aufschluss über Lüfterdrehzahl, Temperatur und MHz der GPU.
Alle Spiele wurden mit maximalen Details, in der Auflösung 2560*1440 (1440p) gestartet. Die AA Stufen könnt Ihr unter 6. in der Excel Tabelle nachschlagen. Abweichende Grafikeinstellungen sind dort ebenfalls notiert.
Starten wir mit den Einzeltests im Bereich Idle/Prime95
Crysis 3 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Borderlands 2 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Diablo III - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Anno 2070 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Während meiner anfänglichen Tests wollte ich sehr genau sein und habe noch weit mehr Merkmale notiert. Darunter auch den Vcore und seine Anpassung an die MHz, Schwankungen der Leistungsaufnahme und noch ein paar andere Toleranzwerte in %. Leider waren diese kaum vergleichbar und die Aufnahme und Auswertung der Werte haben zu viel Zeit beansprucht. Darum kann ich zum jetzigen Zeitpunkt keine weiteren Informationen liefern.
Hinweis: Die Werte der Netzteil-Verlustleistung und der "restlichen Komponenten" sind nur errechnet. Daher sieht es an ein paar Messpunkten seltsam aus.
6. Ergebnisse – Vergleichsliste mit 29 Spielen/Szenarien
Die Ergebnisse dieser Liste sind meiner Meinung nach sinnvoll genug, um auf die Effektivität der Maßnahmen zu schließen. 27 Spiele und 2 Szenarien stehen hier in direktem Vergleich.
Zusätzlich zu den acht Zuständen gebe ich die maximal erreichten FPS, an der gemessenen Position, und die maximale Einsparung aus. In der Excel Tabelle könnt Ihr auch die ausgewählte AA Stufe und weitere Besonderheiten nachschlagen.
7. Fazit
Zwischenfazit zur Grafikkarte
Für mich haben sich nach den letzten drei Wochen mit der Sapphire R9 290 Tri-X vier grundlegende Dinge bestätigt.
1. Alle Tests, die permanente 1000 MHz unter Last zugesagt haben, waren richtig.
2. Das erwartete Temperaturlimit, ohne Beschränkung, liegt bei ca. 74 Grad. In meiner Wohnung ist es aber immer etwas wärmer, wodurch ich z.B. bei Anno 78 Grad messen konnte.
3. Die Lüfter sind bis 74 Grad absolut akzeptable in ihrer Lautstärke. An sehr heißen Tagen oder bei aufgedrehter Heizung wird die Karte aber deutlich lauter. Zum Glück ist die Tonlage nicht unangenehm, so dass weder Freundin auf dem Sofa, noch ich mit Kopfhörern gestört werde.
4. Die Karte ist in meinen Spielen immer zwischen 40-100 % schneller gewesen. Die Abweichung zu den meisten Benchmarks kommt von meiner Karte (7950), der Auflösung (1440p), den meist gewählten Details (jetzt immer Maximum).
Ich werde die Grafikkarte auf jeden Fall behalten.
Fazit zur Leistungsaufnahme und den Tests - das eigentliche Herzstück dieses Erfahrungsberichts.
Jeder der sich bereits mit Tests zum Thema FPS Limitierung und Undervolting befasst hat, konnte sich das Ergebnis bereits beim lesen des Thread Titels denken. Ein paar werden dann am Ende enttäuscht sein warum ich VSync (hat nicht nur Vorteile) nicht mit in die Tests aufgenommen habe; für einige Benutzer dürfte das Fazit dennoch interessant sein.
Benchmarks werden in der Regel mit Vertretern unterschiedlicher Spieleengines, aus mehreren Genres und neueren Alters gemacht. Seit Crysis 1 ist der Name bei den meisten Benchmarks enthalten. Entsprechend muss sich eine Grafikkarte an der allgemeinen Performance des aktuellen Vertreters dieser Spieleserie messen lassen. Das wird bei den FPS, der Lautstärke und der Leistungsaufnahme gemacht.
Wenn ich nur Crysis 3 für diesen Test genommen hätte, wäre mein Fazit folgendes: FPS Limiter bewirken nichts und man sollte ausschließlich Undervolting betreiben, wenn die Leistungsaufnahme gesenkt werden muss. Dies betrifft dann sowohl Grafikkarte, wie auch die CPU. Wobei immer die Komponente mit der höheren Leistungsaufnahme am meisten vom Undervolting profitiert. Falls dies nicht reichen sollte müssen die Details heruntergeschraubt werden. In dem Falle könnten die Bilder pro Sekunde die FPS-Limitierungsgrenze überschreiten und ein positiver Effekt entsteht.
Der FPS Wert wird durch eine künstliche Limitierung geglättet und das Spielgefühl wird weniger durch Ausreißer nach oben oder unten beeinträchtigt.
Nun ist ein FPS Limiter wirklich Schwachsinn, wenn ich sowieso nicht die Bilder pro Sekunde erreiche, die ich zum Spielen anstrebe. Bei mir sollten es 40/45 Bilder sein; Ausnahmen bestätigen die Regel. Crysis 3, The Secret World und prinzipiell auch Far Cry 3 lagen bei meinen gewählten Detailstufen unter dieser FPS-Grenze. Spielen lassen sie sich dennoch gut, es wird schließlich nicht in jeder Situation dieser niedrige Wert erreicht. Ich habe bei den Messungen nach deutlich belastenden Positionen gesucht.
Bei allen anderen getesteten Spielen - und das können nun mal >90% der vorhandenen Spiele sein - ist eine FPS Limitierung der sinnvollste Weg das gesamte System von einer lauten und heißen High-End-Maschine zu einer gemütlichen und kaum wahrzunehmenden "Spielekonsole" zu machen. Dies trifft vor allem bei Spielern zu, die ein sehr breit gestreutes Genreinteresse besitzen.
Ich spiele sehr viele Indie-Games, habe lange Zeit Strategiespiele gespielt und bin weiterhin großer Fan von Rollenspielen - egal ob online oder offline. All diese Spiele brauchen nur maximal 45 FPS um mir ein sehr gutes Spieleerlebnis zu präsentieren.
Bei sehr schnellen, wettkampfartigen Spielen (z.B. Battlefield 3 und 4) reichen mir 45 FPS dann aber nicht mehr. Hier lasse ich die Limitierung erst bei 59/60 FPS greifen und versuche tatsächlich das bei dem Crysis 3 geschilderte Beispiel umzusetzen: Ich will IMMER 60 FPS haben. Entsprechend geht 4xMSAA nicht, Ultra+2xMSAA aber ohne Probleme.
Ähnliche Ergebnisse können auch ohne spezielle Werkzeuge zur FPS Limitierung erreicht werden. Viele Spiele besitzen von sich aus Optionen zur Regulierung von FPS.
Dies kann ein simpler "On/Off" Schalter sein, der einen fix vorgegebenen FPS Wert anlegt. Borderlands 2 gibt sogar mehrere Stufen zur freien Auswahl. Bei anderen Spielen wird ein globales Limit fest einprogrammiert: geringe 30 (meistens bei Videoclips) oder auch "sichere" 100 Bilder pro Sekunde. Am Ende bleibt natürlich noch die Vertikale Synchronisation, welche auch einen FPS Wert fix einstellt.
Es gab/gibt Berichte darüber, dass FPS Limitierungen die Grafikkarte stressen und eigentlich nur Vsync für diese Art von Bremse genutzt werden sollte. Bei meinen Tests habe ich anfänglich den Vcore und die MHz genauer begutachtet und musste tatsächlich feststellen, dass bei Spielen mit aktivem "FPS Limiter 45" und einer eigentlich deutlich höheren FPS Zahl, die GPU Mhz zwar sinken, aber der Vcore steigt und sehr unstabil wirkt. Ist dies ein Zeichen von höherer Belastung auf Schaltkreisebene oder der positive Effekt auf die Auslastung der Grafikkarte? Die prozentuale Belastung der GPU lag in jeder Situation bei 100%, egal ob nun mit 1000 oder 880 MHz getaktet wurde.
Möglicherweise stellt der "Nicht-Maximale"-Takt andere Anforderungen an die Grafikkarte, weswegen der Vcore teilweise über den hohen Standardwert angestiegen ist. Ein direkter Vergleich von Auslastung, MHz und Vcore bei 60 FPS Limitierung und Vsync könnte weitere Informationen zu diesem Thema bringen. Das kann man aber separat testen und wird hier nicht beantwortet.
Am Ende bleibt leider doch ein negativer Punkt: Die Leistungsaufnahme im "echten" Idle Zustand ist zwar im Vergleich zur 7950 gesunken, dafür schnellt der Wert bei allen Desktop-Aktionen (z.B. scrollen und verschieben von Fenster) rasant nach oben. Dies betrifft zum Glück nicht jede Situation: schreiben von reinem Text wirkt sich nur leicht aus.
Wenn das Drücken der Leertaste aber auf einmal 4 Watt mehr auf dem Messgerät anzeigt, ist das dennoch ein seltsames Gefühl. Die Anpassung von Fensterpositionen bringen auf dem Messgerät allerdings bis zu 100 Watt! Ich hoffe dass AMD hier nachbessert. - Ht4U hat dieses Problem bereits kurz nach Release der R9 an den Hersteller gemeldet.
Kurzfassung zu den einzelnen Modi:
- Undervolting von CPU = Hatte die geringste Auswirkung, auch bei CPU begrenzten Spielen.
- Undervolting von GPU = Hatte immer einen spürbaren Effekt, egal ob das Spiel einem FPS Limit unterlegen war oder nicht.
- FPS Limit 60 = Die meisten neueren Spiele haben mit aktivierter Kantenglättung irgendwo zwischen 50-70 FPS ihr Zelt aufgeschlagen. Je nach Situation war der Limitier stark spürbar oder eben gar nicht aktiv.
- FPS Limit 45 = Bis auf wenige Ausnahmen haben alle in diesem Limit gehangen und das hat man auch deutlich gehört. Die Grafikkartenlüfter und die warme Abluft haben positive Wege eingeschlagen.
- FPS Limit 60 und Undervolting = Falls das 60er Limit nichts gebracht hat war zumindest die Undervolting-Stufe aktiv.
- FPS Limit 45 und Undervolting = Mein neuer Favorit. Ich kann mir sicher sein, dass die Komponenten nur das aufnehmen was sie für die Darstellung des Bildes benötigen, dabei leiser und kühler bleiben und ich das Spiel trotzdem als flüssig empfinde. WIN-/WIN-Situation würde ich sagen.
Das Ergebnis heruntergebrochen auf die beiden Extreme:
Grüße
Humanforce
Edit: 01.03.2014, 01:57 - Tippfehler und fehlerhafter Satzbau behoben, außerdem einzelne Absätze verständlicher geschrieben.
Aufbau
- Einleitung
- Beschreibung des Testsystems
- Beschreibung des Testverfahrens
- Informationen zur eingesetzten Software
- Ergebnisse - Einzeltests (Idle (1 Bildschirm), Prime95 (1 Bildschirm), Crysis 3, Borderlands 2, Diablo 3, Anno 2070)
- Ergebnisse – Vergleichsliste mit 29 Spiele/Szenarien
- Fazit
1. Einleitung
Meine "alte" HIS 7950 IceQ wurde vor 3 Wochen gegen eine Sapphire R9 290 Tri-X getauscht.
Durch die vielen Benchmarks dieser Karte konnte ich mir zwar sicher sein, dass sie zwischen 50 und 80 % mehr Leistung bei meiner Auflösung bringt, aber der überall ausgewiesene Mehrverbrauch hat mich lange Zeit zurückschrecken lassen. Diese "sekundäre" Eigenschaft hat mir ein paar Bauchschmerzen bereitet und ich wollte mir sicher sein, dass die neue Karte genau in mein Benutzungsmuster passt.
Was anfänglich nur ein Kontrollmechanismus war, ist Stück für Stück zu einem kleinen Erfahrungsbericht gewachsen. Anhand mehrerer Spieletests habe ich meinen typischen FPS-Bedarf gemessen und dann zusammengeschrieben.
Das Ergebnis geht in die Richtung von "Undervolting/FPS-Limiter" Mini-Tests von CB und anderen Seiten.
In der Regel spiele ich alle Spiele mit mindestens 40/45 Bildern und drehe die Einstellungen zurück, wenn dieser Wert nicht erreicht wird. Es gibt Spiele, die auch mit 30 Bildern pro Sekunde noch gut spielbar sind, aber das betrifft nur wenige Titel.
Über den MSI Afterburner/RivaTuner Statistiks Server lasse ich pauschal alle Spiele bei 45 FPS limitieren und setze Spezialfälle (BF3/4, evtl. auch per user.cfg) manuell auf 60 hoch.
Ich bin kein Low-Detail-Spieler: wenn SSAA machbar ist, wird es auch aktiviert, flüssiges Spielen ist mir aber wichtiger.
2. Beschreibung des Testsystems
Zur besseren Vergleichbarkeit mit Volker Rißkas „Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC im Test“-Artikel, stelle ich mein System in den Vergleich zu dem dortigen Testsystem.
Zusätzlich kann hier die Leistungsaufnahme des Xeon Prozessors im Computerbase-Test nachgelesen werden (im Idle (42 Watt) und Prime-Last (137 Watt)).
Werte der Grafikkarte und des Prozessors decken sich natürlich nicht 100% mit meiner Umgebung, aber sind schon recht nah dran.
Weitere Links zu diesen Themen:
Computerbase - Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC im Test - Leistungsaufnahme
Computerbase - Grafikkarten 2013 im Vergleich - Leistungsaufnahme
Computerbase - AMD Radeon R9 290X im Test - FPS Limitier im Einsatz
Computerbase - AMD Radeon R9 290 im Test - Leistungsaufnahme Sondertest mit Aftermakert Cooler
Computerbase
Prozessor: Intel Core i7 4770K (übertaktet per Multiplikator auf 4,4 GHz, Quad-Core+HT)
CPU-Kühler: Noctua NH-U14S
Motherboard: Asus Z87-Deluxe (Intel Z87, BIOS-Version: 1205)
Arbeitsspeicher: 4x 2.048 MB OCZ DDR3-1600 (8-8-8-24)
Grafikkarten: Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC (1.000/2.600), 4.096 MB
Netzteil: Seasonic X-Series X-660 (660W, Semi-Passiv-Betrieb, 80 Plus Gold)
Peripherie: LiteOn iHOS104 Blu-ray-Laufwerk
Intel 510 SSD mit 250 GB, SATA III (Windows inklusive sämtlicher Benchmarks)
Western Digital Caviar Black mit 1.000 GB und 64 MB Cache, SATA III (Test-Tools)
Gehäuse: Corsair Obsidian 800D (2 x 140-mm-Lüfter mit 750 Umdrehungen pro Minute)
Software: Microsoft Windows 7 x64 SP1
AMD Catalyst 13.11 Beta 8 (R9 290)
Humanforce
Prozessor: Intel Xeon 1230v3 (Turbo auf einzelnen Kernen bis 3,7 GHz, Quad-Core+HT)
CPU-Kühler: Noctua NH-U12S
Motherboard: ASRock H87 Pro4 (Intel H87, BIOS-Version: 1900)
Arbeitsspeicher: 2x 4.096 MB GEIL SNIPER DDR3-1866 (automatisch heruntergetaktet auf 1600, bei 9-9-9-24)
Grafikkarten: Sapphire Radeon R9 290 Tri-X OC (1.000/2.600), 4.096 MB
Netzteil: Enermax Modu87+ 500W (500W, Semi-Passiv-Betrieb, 80 Plus Gold)
Peripherie: Kein Laufwerk mehr verbaut
Crucial M4 250, SATA III (Windows inklusive sämtlicher Benchmarks und einiger Spiele)
Seagate Barracuda 7200.14 mit 2000GB und 64 MB Cache , SATA III (Spiele, Zeug)
Gehäuse: NZXT Phantom weiß (vorne: 1 x 140mm, hinten: 1x 120mm, seitlich: 2x120mm, oben: 1x200mm, innerhalb des Gehäuses: in den Laufwerksschächten 1x 60mm)
Software: Microsoft Windows 8.1 x64
AMD Catalyst 14.1 Beta 1.6 und später 14.2 Beta 1.3
Alle Spiele werden über Steam, Origin oder andere Module aktualisiert.
Zusätzlich eingespielte Mods oder Updates wurden notiert und sind im Bereich 6. einsehbar.
Gemessen wird die Gesamtleistungsaufnahme des Testsystems, mit dem Energiekosten-Messgerät KD 302 von profitec. Das Gerät kann jede Privatperson ohne Probleme bezahlen und es liefert schon sehr genaue Werte für den Heimgebrauch.
Zusätzlich zur Steckdosenmessung liefert das Programm HWinfo64 v3.34 ausgelesene bzw. ausgerechnete Watt-Werte einzelner Komponenten. In diesem Falle: CPU Package Power, GPU Core Power und GPU VRAM Power. Die dort angegebenen Werte werden nur bei den Einzeltests ausgegeben.
3. Beschreibung des Testverfahrens
Es war nicht meine Absicht einen gewaltigen Spiel- und Testaufwand zu betreiben, um einen Durchschnittswert der Leistungsaufnahme als Ergebnis zu erhalten. Daher wird in jedem Spiel nur eine einzige Position gesucht, bei der augenscheinlich eine hohe (aber nicht zwangsweise die höchste!) Gesamtleistungsaufnahme auf dem Messgerät angezeigt wird. Diese Position wird während aller Messungen nicht verlassen, die Kamera auch nicht bewegt.
Per ALT+TAB wird das Spiel nach der Wertaufnahme minimiert und softwareseitig der Kernspannung verändert und/oder die FPS-Limitierung (de-)aktiviert.
Das Testverfahren hat folgende Einschränkungen: Durch die permanente Position wird immer die gleiche Last auf alle Komponenten ausgeübt. FPS-Schwankungen, noch stärkere oder deutlich schwächere Belastungen, werden nicht aufgezeichnet. Jedoch haben die getesteten Anpassungen immer eine sofortige, messbare Änderung der Leistungsaufnahme nach sich gezogen. Dadurch scheint diese Messmethode zumindest für den Fall einer sehr hohen Belastung zuzutreffen und erlaubt Rückschlüsse für ähnliche Situationen.
Obwohl ich bis zu 10 Minuten an einer Position stehen bleibe, auf die erwartete Betriebstemperatur warte und das Messgerät begutachte, um den wahrscheinlichsten Wert abzulesen, schwanken die angezeigten Wattangaben teils mit deutlichem Ausschlag nach oben und unten. Ich habe den für mich sinnvollsten – und wahrscheinlichsten - Wert ermittelt und dann notiert. Auf der vermessenen Position können z.B. NPCs durch das Bild laufen, welche den zu ermittelnden Wert beeinflussen.
4. Information zur eingesetzten Software
Für die Grafikkarte wurde MSI Afterburner 3.0.0 Beta 18 verwendet, unterstützt durch den RivaTuner Statistics Server 6.0.0.
Die Core Voltage (mV) kann durch negative Zahlen gesenkt werden. Dies wirkt sich auf alle Zustände der Grafikkarte aus. Entsprechend kann unter Last -50 mV funktionieren, während die Karte nur bei -31 mV im Idle ohne Probleme läuft und daher bei dem höheren Wert das System einfriert. Während meiner Vorbereitungen konnte ich einen stabilen Betrieb, in allen Situationen, bei -31 mV attestieren.
Der Prozessor wird über das Mainboard spezifische Werkzeug ASROCK A-Tuning undervoltet. Dabei wird der Vcore Voltage Additonal Offset im negativen Bereich angegeben. In meinem Fall -100 mV. Das Mainboard hat mit dem letzten Bios-Update zwar (endlich) die Freigabe für negative Offsets erhalten, eine tatsächliche Auswirkung konnte ich – im Gegensatz zur Software – leider nicht feststellen.
Bei den Einzeltests bin ich zusätzlich auf die Ausgabe des Programms HWInfo64 angewiesen. Dort wird mir die Lüfterdrehzahl in RPM angezeigt. Der Afterburner konnte das nicht.
Alle Werte werden am Ende in Excel 2013 Tabellen und Diagrammen ausgewertet.
5. Ergebnisse - Einzeltests (Idle (1 Bildschirm), Prime95 (1 Bildschirm), Crysis 3, Borderlands 2, Diablo 3, Anno 2070)
Bei diesem Test wird der Idle Zustand, der Zustand unter Prime-Belastung und bei 4 unterschiedlichen Spielen relativ ausführlich dokumentiert.
Es gibt 8 unterschiedliche Zustände, die ich bei den Einzeltests und den unter Punkt 6. folgenden Spieletiteln auswerte.
- Leistungsaufnahme ohne Modifikation
- Leistungsaufnahme bei Undervolting der CPU (-100 mV)
- Leistungsaufnahme bei Undervolting der GPU (-31 mV)
- Leistungsaufnahme bei Undervolting von CPU und GPU
- Leistungsaufnahme bei 60 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei Undervolting (CPU/GPU) + 60 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei 45 FPS-Limit
- Leistungsaufnahme bei Undervolting (CPU/GPU) + 45 FPS-Limit
Die Einzeltests geben darüber hinaus auch Aufschluss über Lüfterdrehzahl, Temperatur und MHz der GPU.
Alle Spiele wurden mit maximalen Details, in der Auflösung 2560*1440 (1440p) gestartet. Die AA Stufen könnt Ihr unter 6. in der Excel Tabelle nachschlagen. Abweichende Grafikeinstellungen sind dort ebenfalls notiert.
Starten wir mit den Einzeltests im Bereich Idle/Prime95
Crysis 3 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Borderlands 2 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Diablo III - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Anno 2070 - Position im Spiel und Werte im Diagramm
Während meiner anfänglichen Tests wollte ich sehr genau sein und habe noch weit mehr Merkmale notiert. Darunter auch den Vcore und seine Anpassung an die MHz, Schwankungen der Leistungsaufnahme und noch ein paar andere Toleranzwerte in %. Leider waren diese kaum vergleichbar und die Aufnahme und Auswertung der Werte haben zu viel Zeit beansprucht. Darum kann ich zum jetzigen Zeitpunkt keine weiteren Informationen liefern.
Hinweis: Die Werte der Netzteil-Verlustleistung und der "restlichen Komponenten" sind nur errechnet. Daher sieht es an ein paar Messpunkten seltsam aus.
6. Ergebnisse – Vergleichsliste mit 29 Spielen/Szenarien
Die Ergebnisse dieser Liste sind meiner Meinung nach sinnvoll genug, um auf die Effektivität der Maßnahmen zu schließen. 27 Spiele und 2 Szenarien stehen hier in direktem Vergleich.
Zusätzlich zu den acht Zuständen gebe ich die maximal erreichten FPS, an der gemessenen Position, und die maximale Einsparung aus. In der Excel Tabelle könnt Ihr auch die ausgewählte AA Stufe und weitere Besonderheiten nachschlagen.
7. Fazit
Zwischenfazit zur Grafikkarte
Für mich haben sich nach den letzten drei Wochen mit der Sapphire R9 290 Tri-X vier grundlegende Dinge bestätigt.
1. Alle Tests, die permanente 1000 MHz unter Last zugesagt haben, waren richtig.
2. Das erwartete Temperaturlimit, ohne Beschränkung, liegt bei ca. 74 Grad. In meiner Wohnung ist es aber immer etwas wärmer, wodurch ich z.B. bei Anno 78 Grad messen konnte.
3. Die Lüfter sind bis 74 Grad absolut akzeptable in ihrer Lautstärke. An sehr heißen Tagen oder bei aufgedrehter Heizung wird die Karte aber deutlich lauter. Zum Glück ist die Tonlage nicht unangenehm, so dass weder Freundin auf dem Sofa, noch ich mit Kopfhörern gestört werde.
4. Die Karte ist in meinen Spielen immer zwischen 40-100 % schneller gewesen. Die Abweichung zu den meisten Benchmarks kommt von meiner Karte (7950), der Auflösung (1440p), den meist gewählten Details (jetzt immer Maximum).
Ich werde die Grafikkarte auf jeden Fall behalten.
Fazit zur Leistungsaufnahme und den Tests - das eigentliche Herzstück dieses Erfahrungsberichts.
Jeder der sich bereits mit Tests zum Thema FPS Limitierung und Undervolting befasst hat, konnte sich das Ergebnis bereits beim lesen des Thread Titels denken. Ein paar werden dann am Ende enttäuscht sein warum ich VSync (hat nicht nur Vorteile) nicht mit in die Tests aufgenommen habe; für einige Benutzer dürfte das Fazit dennoch interessant sein.
Benchmarks werden in der Regel mit Vertretern unterschiedlicher Spieleengines, aus mehreren Genres und neueren Alters gemacht. Seit Crysis 1 ist der Name bei den meisten Benchmarks enthalten. Entsprechend muss sich eine Grafikkarte an der allgemeinen Performance des aktuellen Vertreters dieser Spieleserie messen lassen. Das wird bei den FPS, der Lautstärke und der Leistungsaufnahme gemacht.
Wenn ich nur Crysis 3 für diesen Test genommen hätte, wäre mein Fazit folgendes: FPS Limiter bewirken nichts und man sollte ausschließlich Undervolting betreiben, wenn die Leistungsaufnahme gesenkt werden muss. Dies betrifft dann sowohl Grafikkarte, wie auch die CPU. Wobei immer die Komponente mit der höheren Leistungsaufnahme am meisten vom Undervolting profitiert. Falls dies nicht reichen sollte müssen die Details heruntergeschraubt werden. In dem Falle könnten die Bilder pro Sekunde die FPS-Limitierungsgrenze überschreiten und ein positiver Effekt entsteht.
Der FPS Wert wird durch eine künstliche Limitierung geglättet und das Spielgefühl wird weniger durch Ausreißer nach oben oder unten beeinträchtigt.
Nun ist ein FPS Limiter wirklich Schwachsinn, wenn ich sowieso nicht die Bilder pro Sekunde erreiche, die ich zum Spielen anstrebe. Bei mir sollten es 40/45 Bilder sein; Ausnahmen bestätigen die Regel. Crysis 3, The Secret World und prinzipiell auch Far Cry 3 lagen bei meinen gewählten Detailstufen unter dieser FPS-Grenze. Spielen lassen sie sich dennoch gut, es wird schließlich nicht in jeder Situation dieser niedrige Wert erreicht. Ich habe bei den Messungen nach deutlich belastenden Positionen gesucht.
Bei allen anderen getesteten Spielen - und das können nun mal >90% der vorhandenen Spiele sein - ist eine FPS Limitierung der sinnvollste Weg das gesamte System von einer lauten und heißen High-End-Maschine zu einer gemütlichen und kaum wahrzunehmenden "Spielekonsole" zu machen. Dies trifft vor allem bei Spielern zu, die ein sehr breit gestreutes Genreinteresse besitzen.
Ich spiele sehr viele Indie-Games, habe lange Zeit Strategiespiele gespielt und bin weiterhin großer Fan von Rollenspielen - egal ob online oder offline. All diese Spiele brauchen nur maximal 45 FPS um mir ein sehr gutes Spieleerlebnis zu präsentieren.
Bei sehr schnellen, wettkampfartigen Spielen (z.B. Battlefield 3 und 4) reichen mir 45 FPS dann aber nicht mehr. Hier lasse ich die Limitierung erst bei 59/60 FPS greifen und versuche tatsächlich das bei dem Crysis 3 geschilderte Beispiel umzusetzen: Ich will IMMER 60 FPS haben. Entsprechend geht 4xMSAA nicht, Ultra+2xMSAA aber ohne Probleme.
Ähnliche Ergebnisse können auch ohne spezielle Werkzeuge zur FPS Limitierung erreicht werden. Viele Spiele besitzen von sich aus Optionen zur Regulierung von FPS.
Dies kann ein simpler "On/Off" Schalter sein, der einen fix vorgegebenen FPS Wert anlegt. Borderlands 2 gibt sogar mehrere Stufen zur freien Auswahl. Bei anderen Spielen wird ein globales Limit fest einprogrammiert: geringe 30 (meistens bei Videoclips) oder auch "sichere" 100 Bilder pro Sekunde. Am Ende bleibt natürlich noch die Vertikale Synchronisation, welche auch einen FPS Wert fix einstellt.
Es gab/gibt Berichte darüber, dass FPS Limitierungen die Grafikkarte stressen und eigentlich nur Vsync für diese Art von Bremse genutzt werden sollte. Bei meinen Tests habe ich anfänglich den Vcore und die MHz genauer begutachtet und musste tatsächlich feststellen, dass bei Spielen mit aktivem "FPS Limiter 45" und einer eigentlich deutlich höheren FPS Zahl, die GPU Mhz zwar sinken, aber der Vcore steigt und sehr unstabil wirkt. Ist dies ein Zeichen von höherer Belastung auf Schaltkreisebene oder der positive Effekt auf die Auslastung der Grafikkarte? Die prozentuale Belastung der GPU lag in jeder Situation bei 100%, egal ob nun mit 1000 oder 880 MHz getaktet wurde.
Möglicherweise stellt der "Nicht-Maximale"-Takt andere Anforderungen an die Grafikkarte, weswegen der Vcore teilweise über den hohen Standardwert angestiegen ist. Ein direkter Vergleich von Auslastung, MHz und Vcore bei 60 FPS Limitierung und Vsync könnte weitere Informationen zu diesem Thema bringen. Das kann man aber separat testen und wird hier nicht beantwortet.
Am Ende bleibt leider doch ein negativer Punkt: Die Leistungsaufnahme im "echten" Idle Zustand ist zwar im Vergleich zur 7950 gesunken, dafür schnellt der Wert bei allen Desktop-Aktionen (z.B. scrollen und verschieben von Fenster) rasant nach oben. Dies betrifft zum Glück nicht jede Situation: schreiben von reinem Text wirkt sich nur leicht aus.
Wenn das Drücken der Leertaste aber auf einmal 4 Watt mehr auf dem Messgerät anzeigt, ist das dennoch ein seltsames Gefühl. Die Anpassung von Fensterpositionen bringen auf dem Messgerät allerdings bis zu 100 Watt! Ich hoffe dass AMD hier nachbessert. - Ht4U hat dieses Problem bereits kurz nach Release der R9 an den Hersteller gemeldet.
Kurzfassung zu den einzelnen Modi:
- Undervolting von CPU = Hatte die geringste Auswirkung, auch bei CPU begrenzten Spielen.
- Undervolting von GPU = Hatte immer einen spürbaren Effekt, egal ob das Spiel einem FPS Limit unterlegen war oder nicht.
- FPS Limit 60 = Die meisten neueren Spiele haben mit aktivierter Kantenglättung irgendwo zwischen 50-70 FPS ihr Zelt aufgeschlagen. Je nach Situation war der Limitier stark spürbar oder eben gar nicht aktiv.
- FPS Limit 45 = Bis auf wenige Ausnahmen haben alle in diesem Limit gehangen und das hat man auch deutlich gehört. Die Grafikkartenlüfter und die warme Abluft haben positive Wege eingeschlagen.
- FPS Limit 60 und Undervolting = Falls das 60er Limit nichts gebracht hat war zumindest die Undervolting-Stufe aktiv.
- FPS Limit 45 und Undervolting = Mein neuer Favorit. Ich kann mir sicher sein, dass die Komponenten nur das aufnehmen was sie für die Darstellung des Bildes benötigen, dabei leiser und kühler bleiben und ich das Spiel trotzdem als flüssig empfinde. WIN-/WIN-Situation würde ich sagen.
Das Ergebnis heruntergebrochen auf die beiden Extreme:
Grüße
Humanforce
Edit: 01.03.2014, 01:57 - Tippfehler und fehlerhafter Satzbau behoben, außerdem einzelne Absätze verständlicher geschrieben.
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