Digital Foundry: Nvidia GeForce GTX 1080 - Test

Die Überschrift ist deutlich genug. Mit einem Stromverbrauch von gerade mal 180 W und der Stromversorgung über einen einzelnen Acht-Pin-PCI-Express-Slot bietet die GeForce GTX 1080 insgesamt rund 25 bis 30 Prozent mehr Performance als die Titan X, kombiniert mit einer 28-prozentigen Reduzierung des TDP-Werts. Es ist mit deutlichem Abstand die schnellste Grafikkarte auf dem Markt und unsere Tests bestätigen im Grunde Nviadas zum Schmunzeln anregende Behauptungen von einem „unverantwortlichen Performanceniveau“.

Die GTX 1080 erreicht ihre bemerkenswerte Performance durch eine Kombination verschiedener Faktoren. Nvidias Techniker legen erneut eine vorbildliche Optimierungsarbeit ab und ermöglichen Taktraten, die 30 Prozent schneller als die der 900er Reihe sind. Hinzu kommt die Verwendung des 16-nm-FinFET-Chip-Fertiungsprozesses, was bedeutet, dass auf einem gleich großen Stück Silizium gegenüber dem seit 2011 für GPUs verwendeten 28-nm-Verfahren die doppelte Menge an Transistoren zu finden ist.

Es gibt auch einige nützliche neue Hardwareverbesserungen. Nvdias bereits beeindruckender 4K- und Next-Gen-Codec-Support erhält durch die Unterstützung von 12-bit/10-bit HEVC-Dekodierung und 10-bit-Encodierung einen weiteren Schub, außerdem kommen neue Sicherheitsprotokolle für hochqualitatives Media-Streaming hinzu. Außerdem hat die Polymorph-Engine ein 4.0-Upgrade bekommen, was neue Funktionen wie simultane Multi-Projektionstechnologie ermöglicht.

Sie bietet eine Perspektivkorrektur für Surround-Multi-Monitor-Setups und außerdem Stereo-3D-Rendering sowie gewaltige Performancesprünge bei VR-Apps. Bis zu 16 Projektionen können gleichzeitig durchgeführt werden und diese Funktionen bietet reichlich Potential. Zum Beispiel könnte ein VR-Spiel ein zusätzliches 2D-Bild für einen Stream erzeugen. Oder man könnte Multi-Projektionen verschiedener Auflösungen zu einem einzelnen Feed zusammensetzen und dadurch handfeste Performance-Boosts erzielen.

Auf architektonischer Ebene gibt es einige wichtige Fortschritte gegenüber Maxwell - besonders im Hinblick auf asynchrone Berechnungen - und einmal mehr hat das Unternehmen seine CUDA-Kerne für eine gesteigerte Effizienz konfiguriert. Es ist allerdings die schiere rohe Geschwindigkeit der Pascal-Architektur, die so beeindruckend ist. Übertaktete Maxwell-Prozessoren können normalerweise 1.400 bis 1.500 MHz erreichen, bevor sie instabil werden. Wir haben gesehen, wie die GTX 1080 auf 1.866 MHz schießt und mit einer Übertaktung sind 2,1 GHz und mehr möglich.

Nvidia GeForce GTX 1080 Review: The New GPU King

Schnellere GPUs brauchen normalerweise eine höhere Arbeitsspeicher-Bandbreite. Und da HBM auf 4-GB-Stapel beschränkt ist und HBM2 derzeit für einen Konsumenten-GPU-Launch vom Tisch ist, hat sich Nvidia für Microns neues 10-gpbs-GDDR5X entschieden, das eine willkommene Verbesserung gegenüber den 7 gbps der GDDR5-Module darstellt, die die GTX 980 nutzte. Es ist das Schlussfeuerwerk eines vollkommenen Hardware-Designs, aber wie ihr vielleicht erwartet habt, gibt es beim umgebenden Chassis kaum Änderungen.

Die Founder's Edition der GTX 1080, die wir hier getestet haben, ist effektiv das Referenzdesign. Mit der Ausnahme, dass Nvidia es nicht länger als solches bezeichnet und 100 Dollar mehr für seine zugegebenermaßen beeindruckende Kühlungslösung verlangt - ein Aufpreis, der mit der europäischen Preispolitik noch weiter steigt. Nvidia sagt, dass die Founder's Edition im gesamten Lebenszyklus der Karte verfügbar bleiben soll und dass man vorherige Referenzmodelle mit Verlust verkauft hat, bis Partnerkarten übernommen haben. Die Preisstrategie stellt ein ziemliches Problem dar - bis auf den Namen ist das hier eine Referenzkarte, aber die Performance ist gut, sie läuft mit flüsterleisen 33 dB unter Volllast und einer Temperatur von weniger als 70 Grad.

Kosmetisch betrachtet gibt es eine neue Aluminiumhülle, aber die Anordnung der Ports bleibt gleich. Es gibt einen Dual-AVI-Anschluss, drei DisplayPorts und HDMI 2.0. Die schützende Hülle auf der Rückseite der GTX 980 kehrt zurück, der Teil, der entfernt werden kann, ist diesmal jedoch größer. Das soll besonders dann bei der Kühlung helfen, wenn ihr zwei Karten zwecks SLI-Nutzung kombiniert.

Ist der Preis der Founder's Edition also gerechtfertigt? Nun, Nvidias Referenzkarten waren schon immer von hoher Qualität und die Kühlung stellte die optimale Lösung für kleine Formfaktor-PCs und SLI-Setups dar. Die Temperaturen mögen insgesamt höher sein als bei Karten von Drittherstellern, aber die Hitze wird hinten aus dem Gehäuse geblasen und verteilt sich nicht im Gehäuse. Außerdem merkt man an, dass die eigene Lösung eine der dünnsten auf dem Markt ist. Dass man jedoch einen 100-Dollar-Aufpreis für ein Design verlangt, das zuvor nicht mehr kostete, wird einige gewaltig wurmen, zumal diese Special Edition nicht wirklich so speziell ist. Es ist der gleiche GP104-400-Chip wie bei allen anderen auch und es gibt keine Fabrik-Übertaktung. Es ist wirklich eine Referenzkarte. Günstigere Karten werden verfügbar sein, also könnte es sich lohnen, sich diese anzuschauen und zu sehen, wie gut sie sind.

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Natürlich hängt der Erfolg der GTX 1080 allein von ihrer Performance ab. Bei der Arbeit an diesem Test kamen wir zu dem Schluss, dass eine Überarbeitung unseres vorhandenen Testsystems und der Benchmarks nötig war. Unser altes Core-i7-4790K-System haben wir durch einen neuen Core i7 6700K mit 16 GB LPX-DDR4-RAM (3.000 MHz) von Corsair Vengeance und einem Z170A-Gaming-M7-Motherboard von MSI ersetzt. Alle Spiele liefen auf einer OCZ-Trion-150-SSD der Einstiegsklasse.

Was die für die Benchmarks gewählten Titel betrifft, haben wir uns für eine Reihe von Spielen entschieden, die dafür entworfen wurden, unseren Testobjekten das Leben extrem schwer zu machen. In diesem Jahr konnten wir sehen, wie die Radeon R9 390 einige Erfolge gegen die GTX 970 einfuhr, daher werden Titel wie Far Cry Primal und Hitman unseren Anforderungen gerecht. Ashes of the Singularity hat Nvidia-Hardware vor große Herausforderungen gestellt, also nehmen wir auch das dazu. Um das Ganze auszugleichen, haben wir auch einige Toptitel hinzugenommen, die Probleme für AMD verursachten, darunter das visuell beeindruckende Projects Cars und den VRAM-Zerstörer Assassin's Creed: Unity.

Wir müssen auch den Wechsel von DirectX 11 zu DX 12 bei unseren Tests berücksichtigen, daher haben wir drei Titel auf beiden APIs getestet - das bereits erwähnte Ashes of the Singularity, Rise of the Tomb Raider und Hitman. Hat AMD mit DirectX 12 wirklich einen Vorteil? Und wenn dem so ist, könnte die ältere Fury X dann eine Art Herausforderer für die neue GTX 1080 darstellen? Wir waren entschlossen, genau das herauszufinden. Und obwohl wir unseren getesteten GPUs das Leben zwar so schwer wie möglich machen wollten, glauben wir, dass die Tests unter gleichen Voraussetzungen stattfinden sollten, daher haben wir Nvidia-spezifische Technologien wie das Performance-fressende HairWorks in The Witcher 3 deaktiviert. Wir wollten außerdem mehr die Rechenleistung statt die Bandbreite testen, daher tendieren wir dazu, MSAA zu deaktivieren. Nun, lasst uns also mit den 1080p-Tests beginnen.

GeForce GTX 1080 1080p Benchmarks vs Fury X/ Titan X/ GTX 980

Was die gewählte Hardware betrifft, setzen wir auf drei vorherige Generationen High-End-Nvidia-Hardware - die Titan X und GTX 780 Ti repräsentieren die uneingeschränkten „Big Chip“-Versionen der älteren Maxwell- und Kepler-Architekturen, während die GTX 980 effektiv eine Last-Gen-Version der Karte ist, die wir hier testen, und auf einem kleineren Prozessor-Design basiert. Auf der Seite von AMD haben wir mit der R9 Fury X den Herausforderer der Titan X und die R9 390X, was im Grunde die Antwort von Team Rot auf die GTX 980 ist.

Im Vergleich zur Titan X bietet die GTX 1080 in puncto Performance eine Steigerung von durchschnittlich 29,6 Prozent in all unseren Tests, im Vergleich zur GTX 980 steigen die Framerates im Durchschnitt um 65 Prozent. Bei der GTX 780 Ti sind es enorme 103 Prozent, aber wir haben das Gefühl, dass die 3 GB VRAM auf der alten Karte Probleme verursachen, besonders bei IO Interactives Hitman, das auf den höchsten Einstellungen den Arbeitsspeicher regelrecht verschlingt.

Faszinierend sind aber vor allem die Vergleiche mit AMD. Selbst auf niedrigeren Auflösungen skaliert die Nvidia-Hardware recht gut über Generationen hinweg. Die R9 Fury X zeigt ihre wahren Fähigkeiten jedoch erst bei sehr viel höheren Pixelzahlen und die Performance bei 1080p ist deprimierend. Der Vorteil gegenüber der R9 390X ist ziemlich minimal, letzten Endes hat das zur Folge, dass die GTX 1080 deutliche 49,8 Prozent schneller ist - 45 Prozent, wenn man Project Cars ausklammert, das mit AMD-Karten so seine Probleme hat. Überraschend ist auch, wie sehr Rise of the Tomb Raider hinterherhinkt. Gegenüber der R9 390X zeigen sich wenig Vorteile. Im Gegenzug ist Hitman ein echter Herausforderer auf AMD-Hardware - die GTX 1080 ist die schnellere Karte, aber nur 18 Prozent schneller.

Um es kurz zu machen: Bei 1080p ist die GTX 1080 im Grunde unantastbar. Man sagt, dass High-End-GPU-Hardware von der Full-HD-Auflösung nicht gänzlich ausgelastet wird. Das ist definitiv der Fall bei der R9 Fury und etwas, was wir auch bei den Launch-Treibern der Titan X feststellten. Unsere hier gesammelten Daten deuten jedoch an, dass Nvidia gut optimiert hat und die GTX 1080 ist eine gute Wahl für Full-HD-Bildschirme mit hoher Bildwiederholrate.

GeForce GTX 1080 1440p Benchmarks vs Fury X/ Titan X/ GTX 980

Titan X und GTX 980 Ti haben ihren Platz wirklich bei der 1440p-Auflösung gefunden - der Sweetspot zwischen Pixelzahl, Qualitätseinstellungen und Performance. Die neue GTX 1080 behält ähnliche Performanceunterschiede zu ihren Vorgängern bei und bietet insgesamt 29,5 Prozent höhere Framerates als die Titan X, was sich im Vergleich mit der GTX 980 auf 68,9 Prozent erhöht. Bei den niedrigsten gemessenen Framerates gibt es ähnliche Steigerungen - daraus können wir schließen, dass die neue Karte auf traditionellen 60-Hz-Displays eine insgesamt stabilere Performance auf höheren Qualitätsstufen ermöglicht.

Unter DirectX 11 zeigen sich einige beeindruckende Zugewinne. Hitman und Far Cry Primal laufen zum Beispiel rund 35 Prozent schneller als mit der Titan X. Und selbst die Titel mit den niedrigsten Zugewinnen - Ashes of the Singularity und The Witcher 3- laufen noch immer über 27 Prozent schneller. Ihr könnt damit rechnen, dass diese Prozentzahlen im Vergleich mit der GTX 980 Ti leicht ansteigen. Wir melden uns etwas später mit den Benchmarks der GTX 980 Ti zurück - die Zeit war begrenzt und unser FCAT-Workflow ist zeitintensiv, daher entschieden wir uns, sie erst gegen die uneingeschränkte GM200-Titan-X antreten zu lassen, aber die Performance sollte in etwa vergleichbar sein.

Wie erwartet startet die Fury X durch, wenn man sie auf höhere Auflösungen loslässt. Der 45-Prozent-Vorsprung der GTX 1080 (49,8 Prozent, wenn man Project Cars mit einbezieht), fällt auf 42,5 Prozent, wenn man den Racer von Slightly Mad mit berücksichtigt, und 35,9 Prozent, wenn man Project Cars außen vor lässt (beachtet: Diese Durchschnittswerte schließen unsere DX12-Tests mit ein). IO Interactives Hitman ist auf der 1080 nur 17 Prozent schneller, was darauf hindeutet, dass Spiele, die aus der AMD-Architektur maximalen Nutzen ziehen, einiges gegenüber der 1080 aufholen könnten.

Das Resultat ist trotzdem durchaus eindeutig: Die GTX 1080 ist auch bei 1440p der unbestreitbare "King of the Hill". Wen es interessiert, die zusätzlichen 77 Prozent Auflösung im Vergleich zu FullHD bezahlt man insgesamt mit einem Performance-Verlust von 26 Prozent. Ein fairer Tausch. Und wir finden einmal mehr, dass diese Auflösung - und die ultra-breite 3840x1440-Variante - der beste Kompromiss aus Pixeldichte und Performance darstellt.

GeForce GTX 1080 4K Benchmarks vs Fury X/ Titan X/ GTX 980

Weiter geht's mit 4K und hier wird's wirklich hart für unsere GPUs. Wir nutzen dieselben erbarmungslosen Qualitätseinstellungen wie auf den niedrigeren Auflösungen, um die Hardware richtig auf die Probe zu stellen. Nicht nur ist die Auflösung viermal höher als in 1080p, auch die VRAM-Anforderungen gehen bei gewissen Titeln durch die Decke.

Die Daten der GTX 1080 sind verlockend: Insgesamt sehen wir einen Performance-Gewinn von 28,8 Prozent gegenüber der Titan X, gegenüber der GTX 980 sogar 69,7 Prozent. Die größte Erkenntnis hier ist aber, dass wir auch mit den Einstellungen auf Maximum sehr beeindruckende 4K-Ergebnisse mit der 1080 erzielen. Natürlich sind weitere Tests fällig, aber die aktuellen Indizien weisen darauf hin, dass die GTX 1080 die erste Single-GPU-Karte sein könnte, mit der man anspruchsvolle Spiele in ordentlichen Einstellungen in 4K spielen kann. Von den hier getesteten Spielen fielen nur Assassin's Creed: Unity, The Division und Project Cars unter die 30 FPS - ein viel versprechendes Zeichen.

Aber es ist der Vergleich mit der Fury X, der vielleicht am faszinierendsten ist. Project Cars kann man immer noch vergessen und Rise of the Tomb Raider performt immer noch zu langsam. Aber drei Spiele tun sich durch relative starke Performance hervor. In DX11 ist Hitman auf der GTX 1080 nur 10 Prozent schneller, The Division nur 20 Prozent und Far Cry Primal nur 22,3 Prozent. In unseren überarbeiteten, modernen GPU-Benchmark-Test kann man sehen, dass die Fury X die Titan X in einigen Titeln sogar schlägt - gerade in Ashes of the Singularity, The Division, Far Cry Primal und Hitman.

Doch für den Moment sieht die 4K-Performance der 1080 gut aus. Fürs Protokoll: Die vervierfachte Pixelmenge kostet gegenüber 1080p 56,6 Prozent Performance. Und es gibt noch eine weitere interessante Statistik. Gemessen an den durchschnittlichen Bildraten ist die GTX 1080 bei 4K nur 18 Prozent langsamer als eine GTX 780 Ti in denselben Benchmarks bei 1080p. Beeindruckend. Aber wie schlägt sich die GTX 1080 in aktuellen DirectX12-Titeln?

GeForce GTX 1080 DirectX 11 vs DirectX 12 Benchmarks

Die DX12-Tests stellten aus verschiedenen Gründen eine Herausforderung dar. Wir bevorzugen FCAT für Performance-Tests, weil nichts besser ist als Performance-Metrik auf Basis der Analyse der Bilder, die tatsächlich an den Bildschirm geliefert werden. Bis vor kurzem funktionierte FCAT in DX12 nicht - das ändert sich aber nun mit neuer Software von Nvidia. Zudem ist die Mehrheit der DX12-Titel im Windows Store erschienen. Die UWP-Plattform erzwang bisher V-Sync, was detaillierte Benchmarks schlichtweg tötet.

Das hat sich nun geändert, wir können uns das in der Zukunft also hoffentlich noch einmal anschauen. Bis dahin haben wir drei DX12-Titel, die wir vergleichen können, und die Resultate sind faszinierend. Zum Beispiel ist Hitman unter DX11 ein starker AMD-Titel. Es läuft auf der Fury X nur zehn Prozent langsamer als auf der GTX 1080. Unter DX12 bietet Fury X 94 Prozent der Performance der GTX 1080. In niedrigeren Auflösungen jedoch kann sich Nvidia deutlich absetzen.

Nvidias wunder Punkt - Ashes of the Singularity - wirft ebenfalls einige interessante Resultate ab. Bei 1440p und 4K erreicht die Fury X 92 Prozent der Performance der Geforce 1080. Bei 1080p sind es 90 Prozent. Allerdings kann man nicht sagen, dass AMD unter DirectX 12 komplett dominiert. Rise of the Tomb Raider ist auf Nvidia-Hardware immer noch sehr viel schneller. Tatsächlich nimmt die AMD-Performance in diesem Titel bei Karten aller Hersteller im Vergleich zu Direct X11 sogar ab.

Wir werden definitiv noch weitere Tests unter DX12 vornehmen, jetzt wo wir die Mittel dazu haben und sobald mehr Titel im Windows Store optional auch mit nicht festgelegten Bildraten laufen. Aber für den Moment herrscht das Gefühl vor, dass wir nicht genügend Daten haben, um ein vollständiges Bild davon zu bekommen, was hier genau los ist. Was eindeutig ist, ist, dass die GTX 1080 besser unter DX12 läuft als die Maxwell-Karten, wenngleich auch nicht dramatisch besser, gemessen an den paar Titeln, die wir analysieren konnten. Ihr werdet feststellen, dass der Rückgang der Bildrate der vorigen Modelle in Ashes of the Singularity kein Faktor mehr ist. Gleichzeitig kann man aber auch keinen Zugewinn in der Performance verzeichnen.

Zu guter Letzt schauen wir uns den Stromverbrauch an und formulieren einige Gedanken zum Thema Übertaktung. Wie ihr aus der obigen Tabelle entnehmen könnt, kommt nur die GTX 980 in Sachen Effizienz an die GTX 1080 heran. Wir testeten das mit der "Burn-in"-Szene aus Crysis 3, die den Stromverbrauch massiv in die Höhe treibt. Der Schritt zum 16-nm-FinFET-Fertigungsverfahren steigert nicht nur die Performance deutlich, er reduziert auch signifikant den Stromverbrauch.

All das weist darauf hin, dass sich unter Umständen beeindruckendes Potenzial für Übertaktung bietet - Nvidia hatte das bereits versprochen, aber wir hatten noch keine Zeit, das tiefergehend zu prüfen. Die neue Pascal-Architektur bietet neue Übertaktungs-Features, die neue Software erfordert - die erreichte uns erst vor wenigen Tagen in nicht allzu gutem Zustand. Was wir trotzdem sagen können: GPU Boost 3.0 bietet die Möglichkeit, über den Standard-Core-Takt und die Memory Clock Offsets hinauszugehen. Stattdessen kann speziell darauf zugeschnittene Software die komplette "Spannungs-Rampe" scannen und auf jeder Stufe die Boost Clocks anpassen. Nvidias Pre-Release Build von EVGAs PrecisionX nutzt Furmark, um die optimalen Boost-Frequenzen herauszufinden. Von dort ausgehend kann man dann die Übertaktung anpassen. Wir freuen uns darauf, das zu testen, sobald die Übertaktungs-Software nicht mehr ganz so häufig abstürzt.

Unser Build funktionierte mit der älteren Art des Frequency Offset Overclocking. Hier konnten wir einen Core-Takt jenseits von 2 GHz bekommen, obwohl die Karte dadurch deutlich heißer lief. Von 65 Grad rauf zu etwa 85 Grad, was natürlich deutlich aggressiveres Ventilator-Verhalten nach sich zog. Es wird interessant werden, zu sehen, wie übertaktbar die GTX 1080 wirklich ist - Boost-Taktfrequenzen könnten standardmäßig schon 1.866 MHz erreichen, was schon ziemlich schnell ist. Es könnte durchaus sein, dass der beeindruckende Performance-Boost, den wir bei Maxwell-Karten sahen, auf Pascal etwas niedriger ausfällt, wenn wir annehmen, dass 2,1 GHz das Ende der Fahnenstange darstellen. Aktuell ist es einfach noch zu früh, das zu beurteilen. Aber wir können schon jetzt sagen, dass der GDDR5X-Datendurchsatz überaus beeindruckend ist. Wir hatten keine Probleme, die Module bei 11 gbps laufen zu lassen statt auf den standardmäßigen 10 gbps.

Nvidia GeForce GTX 1080 - Digital Foundrys Urteil

Die erste FinFET-basierte GPU ist ein voller Erfolg. Die Titan X bot ein 601 mm² großes Stück Silizium mit 6,2 TFLOPs an Power. Der GP104 der GTX 1080 ist in etwa halb so groß und schafft 30 Prozent mehr Spiele-Performance bei 16 Prozent weniger Stromverbrauch unter Volllast. Es ist auch beeindruckend, dass der Performance-Vorteil ziemlich gut über alle Auflösungen hinweg skaliert und bei 4K nur ein bisschen abfällt, wo die Speicher-Bandbreite vielleicht zum limitierenden Faktor wird.

Aus unserer Sicht ist die wichtigste Erkenntnis: Titan X und das günstigere Gegenstück, die GTX 980 Ti, sind immer noch monströs schnelle Gaming-GPUs. Dies sind die Karten, zu denen wir bisher griffen, wenn wir bodenlose Mengen an Power brauchten. Wenn die kommende GTX 1070 den richtigen Preispunkt trifft und die gleichwertige Performance zu diesen alten Platzhirschen liefert, können wir uns auf etwas gefasst machen. Aber die GTX 1080 ist nicht nur ein bisschen schneller, sie ist sehr viel schneller. Und angenommen, die simultane Multi-Projektionstechnologie ist in kommende VR-Titel integriert, könnten die Behauptungen von doppelter Titan-X-Performance durchaus der Wahrheit entsprechen.

Einige Fragen bleiben. Insbesondere die darüber, wie viel Übertaktungs-Kapazitäten wirklich bleiben und wie die neue GPU-Boost-3.0-Technologie die Performance verbessern wird. Aber unterm Strich hat Nvidia außergewöhnliche Performance geliefert. Die GTX 1070 könnte tatsächlich ein echter Game-Changer für den Markt sein - genau wie die 970 zuvor. Nvidias neues Flaggschiff ist ohne Zweifel die beste Grafikkarte, die man kaufen kann. Dies extreme Performance hat allerdings ihren Preis.