Auflösung beeinflusst CPU Leistung?
Man sagt ja, dass mit steigender Auflösung die CPU-Leistung immer mehr in den Hintergrund tritt. Ist eine Grafikkarte also zu 100% ausgelastet, so sind die FPS bei einer stärkeren und schwächeren CPU diesselben, sofern beide eigentlich mehr FPS liefern könnten, als die GPU gerade schafft.
Dies ist auch meistens so, aber nicht immer, wenn ich mir Spiele-Benchmarks ansehe.
Ein Beispiel, um das zu veranschaulichen:
Angenommen der stärkere Prozessor A schafft in der Auflösung 1080p durchschnittlich 100 FPS und der schwächere Prozessor B 80 FPS.
Und bei 1440p schafft Prozessor A durchschnittlich 70 FPS und Prozessor B 60 FPS. Wie kann das sein?
Wenn der schwächere Prozessor B in 1080p 80 FPS schafft, dann sollte dieser in 1440p zumindest genauso viel FPS (70) wie der stärkere Prozessor A schaffen, oder nicht?
Immerhin besteht offensichtlich ein GPU-Limit und die FPS im GPU-Limit liegen in diesem Beispiel doch tiefer, als das was die schwächere CPU außerhalb des GPU-Limits schafft.
Könnt ihr mir folgen? Was führt dazu, dass in einigen Szenarien/Spiele die Auflösung die CPU-Leistung beeinflusst? Ist das nicht eigentlich ausschließlich Sache der Graka?
1 Antwort
Die CPU muss grundsätzlich Daten vorbereiten für die GPU und diese dann zur GPU über die PCIe Lanes transportieren, damit diese dann die echte Arbeit übernehmen kann.
Ist die CPU zu schwach, erhält also die GPU wichtige Daten zu langsam und muss warten. Das bremst die GPU dann erheblich aus. Man spricht dann von einem CPU-Bottleneck.
Wenn du die Auflösung höher drehst, muss die CPU in Relation gesehen nicht arg viel mehr Daten vorbereiten. Die Shader, die Raytracing Berechnungen, Antialiasing oder telemetrische Berechnungen, sowie Lichtberechnungen, macht die GPU überwiegend bis ausschließlich intern über ihren eigenen VRAM. Was dann überwiegend die GPU mehr fordert, aber nicht die CPU. Es kommt also zwangsläufig bei hohen Auflösungen eher zu einem GPU-Bottleneck.
Durch diesen Umstand skaliert sich die benötigte CPU Leistung nicht linear zur gewüschten Auflösung. Eine sehr potente Grafikkarte ist bei hohen Auflösungen wie bspw. 4K also weit wichtiger als eine starke CPU.
Es ist schwierig wenn man nicht gerade in der Branche arbeitet zu ermitteln was die CPU liefern muss und was die GPU davon wie verarbeitet. Eine klare Antwort zu finden wird also fast unmöglich sein. Wir wissen einfach zu wenig über die Dynamiken die bei Berechnungen zwischen CPU und GPU entstehen. Sobald Supersampling (ob FSR oder DLSS) ins Spiel kommen wirds noch undursichtiger was solche Dynamiken betrrifft.
Wir dürfen nicht vergessen, dass die CPU nicht für die FPS Ausgabe verantwortlich ist. Die effektiven FPS die nachher rauskommen kommen alleine durch die GPU, nciht duch die CPU. Und natürlich spielt es aber eine nicht unwesentliche Rolle wie gut die CPU der GPU zuspielt. Der beste Stürmer im Fußball bringt nichts, wenn sein Team es nicht schafft den Ball ordentlich freizuspielen und zu ihm zu passen.
Ich kann mir auch gut vorstellen, dass einige Effekte "mandatory" sind und andere "optional". Bedeutet, auf einige Daten und Berechnungen muss gewartet werden, bei anderen darf die Grafikkarte erstmal weitermachen bei geringfügig schlechterer Bildqualität (bspw. Antialiasing, wenn dann statt 16 Passes nur 14 gemacht werden, das merkt der User nicht, oder diverse Texturen in der Ferne noch leicht verwaschener aussehen als üblich) um halt eine hohe FPS halten zu können. Die GPU verzichtet also ggfls. auf bestimmte Daten wenn die nicht rechtzeitig da sind und berechnet ihre Bilder solange auf Grundlage dessen was sie schon kennt, auf andere muss sie aber zwingend warten (FPS Drops vorprogrammiert).
Ebenso ist zu berücksichtigen, dass schwächere CPU nicht nur schwächer sind, was ihre Taktung betrifft. Das ist nur ein Aspekt (und einer der in den letzten 15 Jahren eher in den Hitnergrund gerückt ist). Alleine was die Cache-Größe betrifft, die möglichen Pipelines die bedient werden können, und wie die ALU aufgebaut sind von ihrer internen Effizienz können einen modernen Prozessor mit 3 Ghz genauso effizient machen wie einen alten Prozessor mit 3 Ghz.
Wenn ich meinen alten AMD Ryzen 7 2700X mit 3,7 Ghz Basistakt vergleiche mit meinem neuen 7800x3D mit 4,2 Ghz Basistakt, dann sind das nur grob 14% mehr Leistung an Taktung, aber der Prozessor ist effektiv doppelt so schnell. Er arbeitet intern viel besser. Was entscheidend sein kann für die Zulieferung an die GPU.
Ich spiele aktuell auf 4K ohne Supersampling, und komme bei meiner 7900XTX an die Leistungsgrenzen bei knapp 144 Hz. Dennoch langweilt sich die CPU bei ca. 8-10% zu Tode. Ich bin mir aber sicher, wenn ich eine schwächere CPU gewählt hätte, wie bspw. den 5800x3D, wäre die Zulieferung der Daten an die GPU schlechter, obwohl augenscheinlich genug Leistungsreserven da wären. Ich habe das Gefühl, man sieht nicht direkt an der CPU Auslastung all die Arbeit die die CPU für die GPU leistet beim vorbereiten und transferieren der Daten für die GPU.
Ich bedanke mich für deinen umfangreichen Impact, man! Diese "Upsanling-geschichte" gehe ich schon heute nach; ich habe zwar "1080p"-Monitore" aber ich lasse die Spiele intern auf 1440p laufen, das lohnt sich
Ich bedanke mich für deine Antwort, da du der/die erste bist, der/die antwortet.
Der von dir geschilderte Sachverhalt ist mir vollkommen klar, beantwortet aber dennoch meine Frage nicht, wieso in manchen Fällen die stärkere CPU im offensichtlichen Grafikkartenlimit immer noch mehr FPS zu liefern vermag, als die schwächere CPU, die in der niedrigeren Auflösung immernoch mehr FPS liefern kann, als in der höheren.