Warum DirectX 12 für PC-Spieler ein Game Changer ist - Digital Foundry

Reichhaltigere Grafik, bessere Skalierbarkeit - und die Möglichkeit für AMD, wieder zurück ins Spiel zu kommen.

Die bevorstehende Veröffentlichung von Windows 10 und DirectX 12 sorgt für spürbare Begeisterung. Es scheint, als könnte der PC sich endlich von den Fußfesseln befreien, die ihn zurückhalten, und dass die High-End-Komponenten von AMD, Nvidia und Intel endlich ihr volles Potenzial entfesseln können. Wir haben uns jüngst ausgiebig mit Windows 10 beschäftigt und kamen zu einem höchst zufriedenstellenden Schluss: DirectX 12 bietet so ziemlich allen PC-Besitzern gewaltige Vorteile, wird aber vor allem AMD glücklich machen und das Unternehmen auf dem PC-Hardware-Markt womöglich wieder zurück ins Spiel bringen.

Im Hier und Jetzt - in der Ära von DirectX 11 - hat es AMD nicht gerade einfach. Die Probleme des Unternehmens auf dem CPU-Markt sind gut dokumentiert. Die neuste Bulldozer-Architektur setzte auf zahlreiche langsamere Kerne in einer Welt, in der DirectX-11-getriebenes Gaming mehr von weniger, aber dafür schnelleren Kernen profitiert, wodurch wiederum Intel einen deutlichen Vorteil hat. AMD produziert weiter 32-nm- und 28-nm-Prozessoren, während Intel mittlerweile 14 nm erreicht hat, wodurch man neben den Performance-Verbesserungen auch in puncto Stromverbrauch effektiver ist.

Auf dem Grafikkartenmarkt kann AMD schon eher mithalten, allerdings stellt der unerbittliche Konkurrent Nvidia das Unternehmen vor große Herausforderungen. Aufgrund einiger gut durchdachter Preisanpassungen kann das rote Team mit Nvidias Produktreihe (im Grunde alles bis hin zur GTX 970) gut mithalten. Vor allem in den letzten sechs Monaten wurde aber recht deutlich klar, dass AMDs DirectX-11-Treiber suboptimal ist. Und das ist besonders relevant für diejenigen, die sich einen Budget-PC zusammenstellen wollen - ein Bereich, in dem AMD theoretisch das beste Preis-Performance-Verhältnis auf dem Markt bietet.

Wir haben das Problem zuerst beim Spielen von Call of Duty: Advanced Warfare bemerkt. Mit einer Nvidia-Karte läuft das Spiel auf einem Core i3 und i7 sehr ähnlich, aber nutzt ihr eine AMD-GPU, bricht die Performance immer bei komplexeren Szenen ein. Und das ist kein einmaliges Szenario. Optimiert ihr euer System so, dass die Framerate wichtiger als die visuellen Effekte ist, erreicht ihr mit AMD-Hardware sehr viel schneller einen CPU-Engpass als mit dem Nvidia-Äquivalent. Schaut euch dazu dieses Bild von The Crew an. Die R9 280 ist ein tolles Stück Hardware mit einem für ihren Preis phänomenalen Gegenwert, aber kombiniert man sie mit einem Core i3 statt einem fähigeren Quad-Core-Prozessor, geht ein Drittel der Performance verloren. Einmal mehr hat das Nvidia-Äquivalent damit keine Probleme.

Es ist machbar, eine Mainstream-Nvidia-Grafikkarte mit einer Budget-CPU wie dem Core i3 zu kombinieren. Im Vergleich dazu hat das AMD-Äquivalent aber spürbare Probleme, wie man anhand dieses Vergleichs mit Call of Duty: Advanced Warfare sehen kann. AMD hat durchaus konkurrenzfähige Hardware, aber die Treiber müssen überarbeitet werden. Frühe DX12-Benchmarks zeigen aber erfreuliche Resultate für das rote Team.

Um es auf den Punkt zu bringen: In den meisten PC-Hardware-Tests werdet ihr lesen, dass AMD-Grafikkarten für Budget-Spieler leistungsfähiger sind als die Nvidia-Gegenstücke, und in Benchmark-Szenarios, in denen die GPU mit einer High-End-CPU kombiniert wird, trifft das ohne Zweifel zu. In Szenarios mit einer begrenzten CPU wird AMDs Hardware durch den suboptimalen Treiber stark eingeschränkt, was bedeutet, dass ihr in vielen modernen Spielen (aber nicht allen, wie wir betonen wollen) eine gleichmäßigere Performance von Nvidias schwächerer Hardware seht. Aus diesem Grund nutzt unser Budget-PC-Setup eine Nvidia GeForce GTX 750 Ti, obwohl AMD sein Konkurrenzprodukt R9 270X oftmals nur für einige Euro mehr anbietet - und was die rohen Benchmarks betrifft, ist es ein echtes Monster.

Was geht hier also vor? Nun, bevor eine Grafikkarte eine Szene rendert, muss die CPU die Ingame-Welt simulieren und die Instruktionen für die GPU vorbereiten, um die Szene darzustellen. Je komplexer die Szene ist, desto mehr 'Draw Calls' werden von der CPU vorbereitet. Bei komplexeren Szenen in Call of Duty - wenn mehr darzustellen ist - stürzt die Framerate ab, in weniger komplexen Bereichen erholt sie sich wieder. Ähnlich verhält es sich bei The Crew. Außerhalb der Städte sind die Framerates in Ordnung, aber sobald man in komplexere Umgebungen kommt, leidet die Performance darunter. Kurz gesagt: Nvidias Treiber verarbeitet die Draw Calls sehr viel effektiver als das AMD-Gegenstück, wodurch hohe Framerates aufrechterhalten und mehr CPU-Ressourcen für die tatsächliche Spiellogik freigehalten werden.

Wir haben AMD über unsere Tests vollständig auf dem Laufenden gehalten, aber als Feedback bekamen wir nur, dass das Treiber-Team dem nachgeht und „hinter den Kulissen daran gearbeitet wird“. Wenn man bedenkt, dass DirectX 11 nicht einfach verschwindet und zumindest 2015 im Gaming-Bereich noch dominieren wird, hoffen wir, dass dies der Fall ist. Die gute Nachricht ist aber, dass AMDs Treiber-Performance unter DirectX 12 außerordentlich beeindruckend aussieht. Es ist ein Game Changer - sowohl für die Grafikkarten des Unternehmens als auch wahrscheinlich für die Prozessoren.

Wir haben eine große Menge an Daten zusammengetragen. Wir benchmarkten fünf CPUs mit sieben verschiedenen GPUs über vier APIs hinweg (drei bei Nvidia-Karten, weil diese Mantle nicht unterstützen). Wir können auf dieser Seite nicht alle unterbringen, euch aber auf das allumfassende Google-Dokument verweisen , in dem wir ausgewählte Ergebnisse präsentieren. Eine Sache, die es zu berücksichtigen gilt: Hier werden nur zwei Elemente des PCs getestet - CPU-Leistung und die Geometrieprozessoren der Grafikkarte. Dies ist kein Benchmark für die gesamte GPU.

Wir wissen das, weil aktuelle Versionen von Windows 10 aktivierten DirectX-12-Support haben und der Windows-Support uns mit DX12-Treibern sowohl für AMD- als auch Nvidia-Karten versorgt (Nvidia hat sogar noch einen frischeren DX12-Treiber auf seiner Seite). Obendrein haben die Benchmark-Spezialisten von Futuremark ihr 3D-Mark-Tool mit einem API-Overhead-Mess-Tool ausgestattet, das das System mit Draw Calls flutet. Das erlaubt uns, die Treiber-Performance auf AMD- und Nvidia-Karten in DX11 und DX12 zu messen. Es gibt sogar Support für AMDs Mantle-API. Das legt nahe, dass die Firma sich ihrer DirectX-Probleme sehr wohl bewusst war und sich nach radikaleren Lösungen umsah, noch während DX12 entstand.

Schaut man sich die Ergebnisse an, werden einige Trends offensichtlich. Die Probleme mit AMDs DirectX-11-Treiber, hier noch verstärkt durch einen Draw-Call-lastigen Benchmark, treten umso deutlicher hervor. Nicht nur ist AMDs Einzelkern-Performance langsamer, der Treiber nimmt auch Multi-Core nicht zur Kenntnis. Nicht nur ist Nvidia schneller, es staffelt seine Last auch auf drei Threads. Der Core i5 - der Prozessor mit der schnellsten Einzelkern-Performance in diesen Tests - ist der einzige Chip, der in der Lage ist, mit AMD-Hardware die Schwelle von 1 Million Draw Calls zu überschreiten. Das bestätigt uns in der Annahme, Enthusiasten-GPUs erforderten eine Intel-Quad-Core-CPU, um das Meiste aus ihnen herauszuholen. Im Gegensatz dazu schafft Nvidias Hardware einen gleichwertigen Draw-Call-Durchsatz auf jeder der getesteten CPUs.

Dem wohnt eine gewisse Ironie inne: AMDs Treiber-Setup funktioniert am besten auf Intel-Hardware, lässt auf der eigenen Prozessor-Architektur aber zu wünschen übrig. Unterdessen skaliert Nvidias Grafikhardware in sehr interessantem Maße auf AMDs FX 8350. Die Resultate legen nahe, dass Nvidias Treiber deutlich besser auf AMD-CPUs zugeschnitten ist als der der AMD-eigenen Grafikkarten. Besonders, wenn es um die Skalierbarkeit "kleinerer" Nvidia GPUs auf dem Acht-Kern-Prozessor FX 8350 geht.

Einstiegs-CPUs GeForce GTX 750 Ti Radeon R7 260X GeForce GTX 970 Radeon R9 290X
i3 4130 DX11 Single Thread 1,2 m 1,1 m 2,0 m 1,1 m
i3 4130 DX11 Multi-Thread 1,1 m 0,7 m 1,2 m 0,6 m
i3 4130 DX11 Mantle - 8 m - 8 m
i3 4130 DX12 7,9 m 8,3 m 8,8 m 8,5 m
A10 7800 DX11 Single Thread 1,0 m 0,6 m 1,1 m 0,6 m
A10 7800 DX11 Multi-Thread 1,0 m 0,6 m 1,2 m 0,5 m
A10 7800 DX11 Mantle - 8,0 m - 7,7 m
A10 7800 DX12 7,3 m 9,0 m 7,3 m 8,8 m

Sobald wir uns den Mantle- und DX12-Resultaten zuwenden, macht AMD wieder Boden gut. Es gibt auf jedem getesteten Prozessor immense Zuwächse bei dem Draw-Call-Durchsatz. Den größten gibt es beim FX 8350, wo die R9 290X einen monumentalen Boost der Größenordnung von 2.000 Prozent (!!) verzeichnet, wenn man Einzelkern-Ergebnisse von DX11 und DX12 vergleicht. Bedenkt, wir benchmarken nur ein bestimmtes Element des Rendering-Prozesses - aber dennoch ist die Steigerung sensationell.

Dieser Leistungssprung ist sowohl bei Mantle als auch DX12 sichtbar und AMDs Auftritt bei DX12 zeigt eine deutliche Verbesserung gegenüber Mantle (ihrer eigenen API) in jedem Test. Es ist auch bemerkenswert, dass AMD sich absolut konkurrenzfähig gegenüber Nvidia in allen Bereichen zeigt - sie verarbeiten bei kleineren CPUs die Draw Calls sogar schneller als ihre Nvidia-Äquivalente. Die gute Nachricht ist dabei aber auf jeden Fall, dass sich bei jeder getesteten Hardware eine Leistungssteigerung durch DX12 zeigt - es gibt eine weit bessere Ausnutzung der CPU und GPU. Die Zahlen zeigen, wie unterfordert die Geometrie-Engines der GPUs bisher sind. Es stellt sich die Frage, welche Bereiche noch vor sich hin schlummern, auf die DX12 vielleicht zugreifen kann. Diese Vorstellung ist geradezu aufregend.

Das war aber noch nicht alles. Beim DX11-Gaming ist die Core-i5-4690K-CPU eine der schnellsten zu einem fairen Preis und lässt den preislich ähnlichen FX 8350 glatt stehen. Dieser Vorteil ist mit DX12 nicht mehr so groß, die AMD-CPU zeigt sich deutlich kompetitiver als zuvor. Nicht schlecht, vor allem wenn man bedenkt, dass hier ein 2014er Intel-Chip mit einem zwei Jahre älteren von AMD verglichen wird.

Mainstream CPUs GeForce GTX 750 Ti Radeon R7 260X GeForce GTX 970 Radeon R9 290X
i5 4690K DX11 Einzel-Thread 1,2 m 1,1 m 2,0 m 1,1 m
i5 4690K DX11 Multi-Thread 1,4 m 1,1 m 1,0 m 2,4 m
i5 4690K DX11 Mantle - 13,3 m - 15,2 m
i5 4690K DX12 7,5 m 13,3 m 16 m 15,9 m
FX 8350 DX11 Einzel-Thread 1,2 m 0,7 m 1,2 m 0,7 m
FX 8350 DX11 Multi-Thread 2,1 m 0,7 m 2,1 m 0,7 m
FX 8350 DX11 Mantle - 10,0 m - 10,3 m
FX 8350 DX12 7,1 m 12,4 m 13,5 m 12,7 m

Die Daten dieses Artikels müssen im Kontext gesehen werden. Der Sprung in der Zahl der Draw Calls ist eine spannende Sache, aber nur ein sehr kleiner Teil einer typischen Spiele-Engine. Es bedarf neuer Engines, die spezifisch um die neue API herum gebaut werden, damit das alles auch in lebendigeren, dichter gewobenen Spielwelten resultiert. Aber auch die kurzfristigen Möglichkeiten der sicher kommenden DX12-Patches sind reizvoll: Das Spielen auf dem PC drehte sich immer auch um die Skalierbarkeit, aber in letzter Zeit war festzustellen - insbesondere bei der schwachen Leistung von Nvidias Titan X in bestimmten Bereichen -, dass da etwas die maximale Leistung beim PC-Gaming zurückhält. Es wird spannend sein zu sehen, ob DX12 hier den Unterschied ausmachen wird.

Aus der Hardware-Perspektive jedoch ist DX12 auf jeden Fall der Schlüssel zu mehr Wettbewerb. Die Zahlen deuten stark an, dass sich AMDs Vielkern-CPU-Strategie endlich auszahlen könnte. Im Zusammenhang mit der Ankündigung, dass die kommende Zen-Architektur 40 Prozent schneller sein wird, kann es sein, dass Intel nicht länger die erste Wahl für PC-Spieler sein wird. Wir werden es abwarten müssen.

Auf dem Markt der Grafikkarten wurde AMD für seinen eher halbherzigen Treiber-Support kritisiert. Die Tests mit der DX11-Hardware zeigten, dass es hier einen deutlichen Abstand gibt, und das Problem muss angegangen werden. Seltsamerweise finden sich im DX12-Treiber auf Windows 10 ein paar DX11-Verbesserungen, die es nicht im Windows-8.1-Treiber gibt. Mit diesen gibt es einen deutlichen Boost, lässt man zum Beispiel Project Cars auf dem neuen Betriebssystem laufen. Man kann hoffen, dass dies nur der Anfang von AMDs Anstrengungen ist, für DX11 zu optimieren, aber die Benchmarks zeigen schon jetzt, dass die Grundlagen da sind, um die Produkte der Firma auf der Software-Seite genauso konkurrenzfähig zu halten, wie es bei der Hardware der Fall ist, sobald DX12 der wichtigste Fokus bei der PC-Entwicklung wird.

Die Frage ist nur, wie bald das sein wird. Microsoft verschenkt Windows 10 praktisch, was für die Nutzung und Unterstützung von DX12 natürlich perfekt ist. Kurzfristig werden wir eine ganze Reihe von Spielen sehen, die DX11- und DX12-Unsterstützung anbieten werden. Die tiefgreifende Unterstützung jedoch - bei der das meiste Potenzial liegt - wird noch eine Weile auf sich warten lassen. Es braucht Jahre, um Spiele zu entwickeln, und alle wichtigen Veröffentlichungen in diesem Jahr werden noch DX11-basiert sein. Namhafte Entwickler wie zum Beispiel DICE' Johan Andersson überlegen, ob sie schon in den Spielen des nächsten Jahres DX12 nutzen wollen. Aber Andersson sagt auch, dass es große Vorteile dabei gibt, man darf also hoffen, dass der Wechsel eher früher als später vollziehen wird.

Square Enix' beeindruckende DX12-Demo, ausgeführt auf Nvidias Titan X im SLI-Modus.

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Über den Autor:

Richard Leadbetter

Richard Leadbetter

Technology Editor, Digital Foundry

Rich has been a games journalist since the days of 16-bit and specialises in technical analysis. He's commonly known around Eurogamer as the Blacksmith of the Future.

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