Mit der neuesten Treibergeneration funktionieren auch topaktuelle Grafikchips unter Linux einwandfrei – inklusive Shader, OpenGL 3.0 und sogar GPU-Videobeschleunigung. Aber passt auch die Leistung?

Obwohl Intel dank seiner Chipsatzgrafik mit Abstand die meisten Grafikchips verkauft, spielt der Kampf um die 3D-Leistungskrone sich seit vielen Jahren nur zwischen “den Roten” und “den Grünen” ab: Seit der Geforce 7 liegt Nvidia klar in Führung, aber ATI schläft nicht und hält mit der Radeon HD 4870 dagegen. Dagegen muss sich Nvidias Platzhirsch, die Geforce GTX 280, behaupten.

Sapphire Radeon HD 4870

Der ATI-Bolide (Abbildung 1) integriert einen in 55 Nanometer gefertigten, 256 Quadratmillimeter großen Grafikprozessor der RV770-Generation mit 965 Millionen Transistoren. Mit 750 MHz und 800 Shader-Einheiten erreicht er eine Füllrate von 30 Gigatexel pro Sekunde. Er greift über einen 256-Bit Speicherbus auf 512 MByte GDDR5-Video-RAM zu und bewegt bei 900 MHz DDR-Speichertakt beeindruckende 115,2 GByte pro Sekunde an Daten.

Die PCI-E-2.0-fähige Karte verfügt über zwei Dual-Link-DVI-Anschlüsse, einer davon unterstützt mittels des mitgelieferten Adapters auch HDMI. Da es aber derzeit noch keine Linux-Unterstützung für Intels HDCP-Content-Verschlüsselung gibt, bleibt das Bild bei vielen Fernsehern schwarz. Neben den HDMI-Adaptern legt der Kartenhersteller Sapphire auch noch eine Crossfire-Bridge, Adapter für die Stromversorgung sowie je einen VGA-, YUV- und S-Video-Adapter bei, als Bonus gibt es noch einen 2-GByte-USB-Stick. Laut Hersteller liegt die maximale Leistungsaufnahme der Sapphire Radeon HD 4870 bei 160 Watt. Nach einer Preissenkung zur CeBIT wandern derzeit für die Karte für rund 150 Euro über den Ladentisch.

Abbildung 1: Sapphires Radeon HD 4870 schont den Geldbeutel.

MSI Geforce N280GTX Super-OC

Nvidias Kontrahent, hier vom Hersteller MSI in der schon standardmäßig übertakteten “Super-OC”-Enthusiasten-Version (Abbildung 2), hat einen 576 Quadratmillimeter großen Chip der GT200-Generation in 65-Nanometer-Technik. Die GPU mit stolzen 1,4 Milliarden Transistoren und 240 Unified-Shader-Einheiten ist im Kern mit 700 MHz getaktet. Das sind 100 MHz mehr als bei normalen Geforce-GTX-280-Karten, was auch für die mit 1400 MHz laufenden Shader-Einheiten gilt.

Über ein 512-Bit-Speicherinterface bindet die GPU 1 GByte GDDR3 mit einem Takt von 1150 MHz (normal: 1107 MHz) und einer Bandbreite von 141,7 GByte/s. Damit füllt sie pro Sekunde rund 48 Gigatexel. Nvidia gibt den maximalen Stromverbrauch mit satten 236 Watt an, die MSI-Version schluckt aufgrund der Übertaktung sogar noch etwas mehr. Die PCI-E-2.0-kompatible Karte verfügt wie das Sapphire-Board über zwei Dual-Link-DVI-Anschlüsse. Zum Lieferumfang gehören ein 3-in-1-Adapter mit YUV-, HDMI- und VGA-Ausgang, ein S-Video-Kabel, ein internes SP/DIF-Kabel für internes digitales Audio (nötig für den HDMI-Anschluss) sowie Adapter für die Stromversorgung. Die MSI Geforce N280GTX Super-OC kostet im freien Handel rund 480 Euro.

Abbildung 2: Die MSI Geforce GTX 280 Super-OC ist ab Werk übertaktet und sehr leistungsstark.

Größe, Hitze, Lärm

Beide Karten schenken sich in Sachen Gewicht und Größe nicht viel und bringen massive Kühlkörper und ausgefeilte Heatpipe-Kühlsysteme mit, sodass sie zwei Steckplätze belegen. Das MSI-Board wiegt gar mehr als ein komplettes Netbook, die Sapphire liegt nur knapp darunter. Die Geräuschentwicklung bleibt erstaunlicherweise dennoch im Rahmen, nicht aber die Hitzeentwicklung: Beide Kontrahenten föhnen ordentlich durch die hinteren Lüftungsschlitze, wobei die MSI-Karte mit Nvidia-Chip mehr und heißere Luft bläst als das ATI-Board von Sapphire.

Beide Karten schlucken ordentlich Strom, wobei sich das Verbrauchsverhalten grundsätzlich unterscheidet: Unter Last messen wir im Vergleich zum Leerlauf bei Nvidia ein Delta von 128 Watt, bei ATI sind es nur 68 Watt – doch hier bei gilt es zu beachten, dass ATI im Leerlauf 25 Watt mehr verbraucht als Nvidia. Die Geforce hingegen unterliegt beim durchschnittlichen Maximalverbrauch, hier verheizt ATI 35 Watt weniger. Für das gesamte Core i7-3,2-GHz-Testsystem messen wir mit Nvidia durchschnittlich bei voller Auslastung 255 Watt mit Spitzen bis zu 280 Watt, ATI variiert hier weniger mit durchschnittlich 220 Watt unter Last und Spitzen von 240 Watt.

Leistung

Wir testen die Leistung unter Ubuntu 8.10 in 3D-Anwendungen mit dem Anwendungsbenchmark SpecViewperf [1], der verschiedene Nutzungsszenarien von professionellen 3D-Programmen aus dem 3D-Modelling-, Visualisierungs- und CAD/CAM-Bereich mit dem entsprechenden OpenGL-Code der Hersteller simuliert. Erstaunlich viele der in SpecViewperf enthaltenen kommerziellen Programme gibt es auch für Linux: so etwa von Pro Engineer, Maya, Ensight und UGS NX/Teamcenter, eine Catia-Version hat der Hersteller immerhin angekündigt – damit wären dann 6 der 9 SpecViewperf-Programme für Linux erhältlich. Bei SpecViewperf handelt es sich um einen reinen Polygon- und Wireframe-Test, Shader kommen hier nicht zum Einsatz. Selbst Texturen finden sich nur in wenigen Tests.

3D-Spieleleistung in klassischen Engines testen wir mit dem freien Shooter Nexuiz [2]. Er basiert auf der etwas angestaubten, aber gerade für Open-Source-Projekte sehr populären, im Quelltext erhältlichen Quake-Engine. Die Shader-Leistung prüfen wir mittels Sauerbraten [3] – das Spiel mit dem ungewöhnlichen Namen baut auf der erstaunlich modernen, komplett selbst entwickelten Cube-2-Engine auf. In Rücksprache mit den Entwicklern wählten wir einen Level und Einstellungen, die die Shader-Units moderner Grafikkarten richtig fordern. Extra für uns integrierte das Sauerbraten-Team auch einen Hook, um die Frames pro Sekunde mitzuschneiden, und nahmeine Demo-Sequenz eines realen Matches auf. Schlussendlich prüfen wir mit Gtkperf [4] die 2D-Zeichenleistung, und zwar mit aktivierten Compiz-Desktopeffekten.

Testergebnis

Auch wenn die Radeon HD 4870 in einzelnen SpecViewperf-Tests einen Sieg erringen kann (siehe Tabelle “Benchmark-Ergebnisse”), so platziert sich als Sieger ganz klar die Geforce GTX 280 – nicht zuletzt dank der MSI-Übertaktung. Mit 40 Prozent mehr Leistung im Sauerbraten-Shader-Test, 23 Prozent mehr in Nexuiz, 33 Prozent mehr im Gtkperf-2D-Test und im Durchschnitt 15,5 Prozent mehr in SpecViewperf geht der Pokal ganz klar an das grüne Team von Nvidia. Dies hat jedoch seinen Preis: Das Nvidia-Monster schluckt klar mehr Strom und kostet auch dreimal so viel.

Fazit

Wer höchste Leistung sucht, kommt an Nvidias GTX 280 nicht vorbei. Diesen Status lässt sich die ursprünglich von Silicon-Graphics-Entwicklern gegründete Firma aber auch fürstlich entlohnen. Genau wie der Phenom II von AMD im Vergleich zu Intels i7 stellt die Radeon HD 4870 eine dramatisch günstigere, nicht ganz so stromfressende Alternative für alle dar, die nicht das letzte Quäntchen Leistung benötigen. Die schon jetzt in Opensource-Projekten sehr populäre Videobeschleunigung per VDPAU bietet indes einen zusätzlichen Kaufanreiz für Nvidia, insbesondere für etwas ältere Systeme, bei denen die CPU mit der flüssigen Wiedergabe von HD-Videos kämpft. Solche CPUs unterfordern die GFX 280 im 3D-Modus allerdings wahrscheinlich zumeist deutlich, weswegen man in einem solchen Fall mit einem günstigeren, kleineren und weniger stromfressenden VDPAU-kompatiblen [6] Nvidia-Modell der Mittel- oder gar Einsteigerklasse besser beraten ist.

Videobeschleunigung per GPU

Im November veröffentlichte Nvidia ihre Linux-Version für Grafikchip-beschleunigte Videodecodierung. VDPAU (“Video Decode and Presentation API for Unix”) nennt sich die auch für BSD und Solaris verfügbare Schnittstelle. Sie beschleunigt momentan auf allen Karten ab der Geforce-8-Serie H.264 (auch AVC genannt), VC-1 (die ISO-Variante von Microsofts WMV9) sowie MPEG1 und 2.

Während Konkurrent Intel die VA-API spezifiziert hat und ATI gerade mal etwas zögerlich die Spezifikationen ihrer der Windows-DirectX-Videobeschleunigung nachempfundenen Lösung XvBA herausrückt, hat Nvidia die Vorstellung von VDPAU löblicherweise gleich mit entsprechenden Patches [5] für Mplayer und Ffmpeg begleitet, so dass man diese auch sofort nutzen konnte. Inzwischen gibt es auch VDPAU-Patches aus der Community für VLC, Xine, XBMC und MythTV.

Und es funktioniert: Von durchschnittlich 63 Prozent CPU-Last beim Abspielen unseres 1080p-H.264-Clips des Opensource-Kurzfilms Big Buck Bunny im gepatchten Mplayer sinkt im Core-i7-Testsystem die Last auf nurmehr konstant 1 Prozent, was im Endeffekt nur der Mplayer-Status-Textoutput sein dürfte (Abbildung 3). Der Stromverbrauch allerdings steigt ein wenig: Ohne VDPAU mit Decoding auf der CPU messen wir etwa 18 Watt Mehrverbrauch im Vergleich zum Leerlauf, mit VDPAU 23 Watt.

Abbildung 3: Nvidias VDPAU entlastet die CPU beim rechenintensiven H.264-Decoding praktisch vollständig.

Aber es muss ja nicht gleich eine Geforce GTX 280 sein: Zur VDPAU-Videobeschleunigung genügt vollauf beispielsweise eine passiv gekühlte stromsparende Geforce 8400 GS für gerade mal 30 Euro. So lassen sich in Kombination mit entsprechenden CPUs (wie etwa Intels Atom oder auch einem niedrig getakteten AMD Sempron) lüfterlose, sehr günstige und trotzdem HD-videotaugliche Wohnzimmer-PCs zusammenstellen Auch alte PCs mit nicht mehr ganz zeitgemäßer CPU-Leistung erleben so einen zweiten Frühling – sofern sie über eine PCI-Express-Schnittstelle für die Nvidia-Karte verfügen.

Leider funktioniert im gepatchten Mplayer das Benchmark-Feature nicht, das einen Film so schnell spielt, wie es der Computer kann. Ganz ausgereift ist der Patch wohl noch nicht: Im Test passierte es uns einmal, dass sich sämtlicher Text im Terminal plötzlich in kryptische Sonderzeichen verwandelte. Der Ffmpeg-Patch hingegen gibt sich schon reifer und wurde inzwischen in den Trunk übernommen.