Nvidia GeForce GTX 1080 Founders Edition: Pascal im Test

Pascals Display-Pipeline: HDR-Ready

Als wir uns letztes Jahr mit AMD im kalifornischen Sonoma trafen, ließ der Hersteller einige Details zu seiner Polaris-Architektur durchblicken. Eines davon war eine Display-Pipeline, die HDR-Content und -Displays (High Dynamic Range) unterstützt.

Da überrascht es kaum, dass Nvidias Pascal-Architektur eine ähnliche Funktionalität bietet – die teilweise schon mit Maxwell eingeführt wurde. Der Display-Controller der GP104-GPU bringt beispielsweise 12 Bit Farbtiefe, Unterstützung für BT.2020 Wide Color Gamut, die elektro-optische Transferfunktion SMPTE-2084 sowie HDMI 2.0b mit HDCP 2.2 mit.

Zu dieser Liste kommt beschleunigtes HEVC-Decoding bei 4K60p und 10/12 Bit Farbtiefe durch Fixed-Function-Hardware, was wiederum auf Support für die Version 2 des HEVC-Standards hindeuten würde. Bislang griff Nvidia auf einen Hybridansatz zurück, bei dem Software genutzt wurde. Aber wir vermuten, dass für Nvidias Unterstützung von Microsofts kontroverser PlayReady-3.0-Spezifikation eine schnellere und effizientere Lösung her musste.

Die Architektur unterstützt auch HEVC-Encoding in 10 Bit Farbtiefe bei 4K60p für HDR-Aufnahme oder -Streaming – und Nvidias meint auch schon eine “Killer-App” dafür zu haben: Mit GP104s Encoding-Hardware und der kommenden GameStream-HDR-Software kann man HDR-fähige Games auf ein Shield-Gerät streamen, das mit einem HDR-fähigen Fernseher verbunden ist. Das Shiled-Gerät ist mit einem eigenen HEVC-Decoder mit Unterstützung für 10-Bit-pro-Pixel-Farbtiefe bestückt, so dass die Pipeline von einem zum anderen Ende erhalten bleibt.

GeForce GTX 1080 GeForce GTX 980
H.264 Encode Yes (2x 4K60p) Yes
HEVC Encode Yes (2x 4K60p) Yes
10-bit  HEVC Encode Yes No
H.264 Decode Yes (4K120p up to 240 Mb/s) Yes
HEVC Decode Yes (4K120p/8K30p up to 320 Mb/s) No
VP9 Decode Yes (4K120p up to 320 Mb/s) No
10/12-bit HEVC Decode Yes No

Ergänzend zum HDMI-2.0b-Support ist die GeForce GTX 1080 DisplayPort-1.2-zertifiziert sowie DP-1.3/1.4-ready und übertrumpft so AMD Polaris’ DP-1.3-fähigen Display-Controller, bevor jener überhaupt das Licht der Welt erblickt hat. Aber zum Glück für AMD definiert die Version 1.4 dieser Spezifikation keinen schnelleren Übertragungsmodus – die 32,4 GBit/s von HBR3 stellen immer noch die Speerspitze dar.

Die GeForce GTX 1080 Founders Edition bietet drei DP-Anschlüsse, einen HDMI-2.0b-Port und einen DVI-Ausgang (Dual-Link). Wie die GTX 980 kann auch die GTX 1080 vier unabhängige Monitore gleichzeitig befeuern. Aber anstelle der höchstens 5120 x 3200 Pixel beim Anschluss zweier DP-1.2-Kabel unterstützt die GTX 1080 eine maximale Auflösung von 7680 x 4320 Pixeln bei 60Hz.

SLI: Now Officially Supporting Two GPUs

Traditionell waren Nvidias Grafikkarten-Top-Modelle mit zwei Anschlüsse an der Oberseite ausgestattet, mit denen man zwei, drei oder vier Karten zu einem SLI-Verbund zusammenschließen konnte.

Die beste Skalierung durften sich Enthusiasten von Dual-Konfigurationen erwarten. Bei größeren Setups nahmen die Performance-Zugewinne je weiterer Karte sukzessive ab, da sich die Fallstricke und Engpässe multiplizierten.

Aber einige Enthusiasten setzten dennoch auf 3- oder 4-Wege-Setups, um das letzte Quäntchen Leistung aus der Hardware kitzeln und natürlich auch damit ein bisschen damit prahlen zu können.

Die Zeiten ändern sich allerdings. Laut Nvidia unterstützt die GeForce GTX offiziell nur 2-Wege-SLI. Der Grund: Schwierigkeiten in Sachen sinnvoller Skalierung bei den neuesten Games – zweifellos auch in Bezug auf DirectX 12.

Aber warum hat die Karte dann immer noch zwei Anschlüsse? Die Antwort: Mittels neuer SLI-Brücken können beide Anschlüsse simultan genutzt werden, um einen Dual-Link-Modus zu etablieren. Man kommt so nicht nur in den Genuss der Vorteile eines zweiten Interfaces – Pascal hebt den I/O-Speed gleichzeitig von den 400 MHz der Vorgängergeneration auf 650 MHz an. Alles zusammen sorgt dafür, dass sich die Bandbreite zwischen den beiden Grafikprozessoren mehr als verdoppelt.

Viele Gamer werden keinen Vorteil in einer schnelleren Verbindung sehen; die Auswirkungen zeigen sich primär bei hohen Auflösungen und Bildwiederholraten. Nvidia zeigte allerdings ein FCAT-Capture, dass zwei GeForce GTX 1080 beim Spielen von Middle earth: Shadow of Mordor auf drei 4K-Displays zeigte.

Wenn man beide Karten mit der alten Brücke verband, resultierte das in ständigen Frame-Time-Spikes – und das wiederum lässt sich sehr einfach als vorhersehbares Timing-Problem deuten, das sich im Gameplay als gefühltes Stottern manifestieren wird. Bei Verwendung der neuen Bridge waren die Spikes weder so zahlreich, noch so stark ausgeprägt wie bei der alten Bridge, was in einem gefühlt flüssigeren Gameplay resultieren sollte.

Nvidia fügte außerdem hinzu, dass seine SLI-High-Bandwith-Brücken nicht die einzigen sind, die den Dual-Link-Modus unterstützen: Existierende Brücken mit LED-Beleuchtung sollen ebenfalls mit bis zu 650 MHz arbeiten können, wenn man sie auf Pascal-basierten Boards nutzt. Letztlich sind es nur die flexiblen oder „nackten“ Standard-Brücken, um die man einen Bogen machen sollte, wenn man mit 4K-Auflösung (oder noch höher) spielt. Schaut im Zweifel einfach in der folgenden Tabelle nach, die weiter Angaben von Nvida enthält:

1920×1080 2560×1440
@ 60Hz
2560×1440
@ 120Hz+
4K 5K Surround
Standard Bridge x x
LED Bridge x x x x
High-Bandwidth Bridge x x x x x x

Aber was was der Grund für diese uncharakteristische Kehrtwende bezüglich 3- und 4-Wege-SLI-Setups von einer Firma, die sich dem Verkauf von Hardware und der Suche nach immer höherer Performance verschrieben hat?

Zyniker könnten jetzt sagen, dass Nvidia sich nicht für den Mangel an Leistungszugewinnen bei 3- und 4-Wege-SLI-Konfigurationen in einem Gaming-Markt verantworten will, der diesem Rendering-Ansatz zunehmend ablehnend gegenübersteht. Aber Nvidia selbst besteht weiterhin darauf, dass es nur das Beste für seine Kunden im Sinn hat, da Microsoft immer mehr Kontrolle über Multi-GPU-Konfigurationen in die Hände der Spieleentwickler legt, die wiederum Technologien wie Split-Frame-Rendering anstelle von AFR ausprobieren.

Enthusiasten, denen das alles herzlich egal ist und die einfach nur Speed-Rekorde älterer Software brechen wollen, können die GTX 1080 dennoch in 3- und 4-Wege-Konstellationen laufen lassen. Sie müssen dazu mit Hilfe einer Nvidia-Software eine einzigartige Hardware-Signatur erstellen, mit der sie dann einen „Unlock-Key“ anfordern können. Da die neuen SLI-HB-Brücken nur mit maximal zwei Karten funktionieren, muss man dazu natürlich auch ältere LED-Brücken für 3-/4-Wege-Setups auftreiben, die den 650-Mhz-Takt der GP104-GPU unterstützen.

Eine kleine Einführung in Boost 3.0

Nvidia hat Boost noch einmal verfeinert – was ja auch zu erwarten war. Da wäre einerseits die verbesserten Power Estimation, also die Vorhersage dessen, was an Last in der Folgezeit anliegen könnte, die natürlich auch von der deutlich verbesserten Preemption (siehe Einführung) profitiert.

Damit kann der Arbitrator im Zusammenspiel mit allen aktuellen Sensorwerten (Stromfluss, Spannungen, Temperaturen, Lüfter usw.) eine noch genauere Einstellung der verfügbaren Boost-Taktraten und der dafür benötigten Spannungen vornehmen. Andererseits sind diese Sprünge nun merklich niedriger, so dass auch deutlich niedrigere Lastspitzen entstehen, obwohl die Intervalle zwischen den einzelnen Zuständen sogar geringer ausfallen als früher.

Dies ermöglicht im Umkehrschluss auch ein deutlich effizienteres Arbeiten der GPU. Betrachten wir Nvidias Schema, dann sehen wir, welcher Spielraum bei Boost 2.0 noch verschenkt wurde. Waren bisher im BIOS die einzelnen Boost-Taktraten in Schritten zusammen mit den korrespondierenden Spannungen in Tabellen hinterlegt, lässt sich nun dieses Takt-Spannungs-Verhältnis auch mehr oder weniger frei anpassen, ohne das BIOS selbst modden zu müssen.

Das funktioniert auch dann, wenn man beim Übertakten den Offset verschiebt, während man sich früher neben der linearen Taktanhebung mit einer ebenso linearen Spannungsanhebung zufrieden geben musste. Nun aber kann auch hier sehr filigran mit den Spannungen umgegangen werden, denn jede Taktfrequenz kann so eine optimale, noch ausreichende Spannung zugewiesen bekommen, ohne gleich alles mit dem Holzhammer erschlagen zu müssen.

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