CPUs, Engpässe und Spiele: Das Problem beim CPU-Benchmarking

Die lang erwartete Ryzen 7000X3D-Serie ist da und alle sind sich einig, dass der Ryzen 9 7950X3D die schnellste CPU für Spiele ist... aber um wie viel? Das ist eine schwierige Frage, denn die Bewertungen sind zahlreich. Einige Veröffentlichungen fanden heraus, dass der 7950X3D kaum schneller war als Intels Core i9-13900K, während andere größere Unterschiede von über 10 % feststellten. Es ist nicht so, dass Rezensenten völlig unterschiedliche Spiele testen, und in Nicht-Gaming-Benchmarks wie dem Cinebench R23 sind die Ergebnisse im Großen und Ganzen ungefähr gleich, mit oder ohne Prozentpunkt.

Dies ist nicht das erste Mal, dass Rezensenten sich nicht einig sind, wie schnell CPUs für Spiele sind. Tatsächlich passiert es bei so ziemlich jeder CPU, ob sie Lust dazu hat 3D-V-Cache oder nicht. Wir sehen diese großen, unterschiedlichen Spielräume bei Bewertungen von GPUs, SSDs oder sogar CPUs in Nicht-Gaming-Benchmarks nicht wirklich. Also, was ist der Deal? Letztendlich kommt es auf das einzigartige Verhalten von CPUs in Spielen und die unterschiedlichen Testmethoden an, die von Testbericht zu Testbericht verwendet werden.

Der merkwürdige Fall des CPU-Engpasses

Moderne GPUs verfügen über Hunderte bis Zehntausende Kerne. Diese Kerne sind äußerst flexibel und eignen sich ideal für die Bewältigung von Arbeitslasten, deren Schwierigkeitsgrad skaliert. Das bedeutet die beste Gaming-GPUs kann mit Grafikeinstellungen umgehen, die zu unterschiedlicher visueller Qualität und Bildern pro Sekunde führen. Durch das Reduzieren von Grafikeinstellungen wie der Auflösung wird die Berechnung für das Rendern von Frames einfacher, sodass mehr Frames pro Sekunde gerendert werden können. Wenn andererseits die Frames schwieriger zu rendern sind, werden weniger pro Sekunde erstellt.

Die Rolle der CPU in Spielen unterscheidet sich erheblich von der der GPU. Seit Anfang der 2000er Jahre werden viele Prozesse, die ursprünglich auf der CPU ausgeführt wurden, nun von der GPU ausgeführt, sodass die CPU relativ wenig zu tun hat. Die wichtigste Aufgabe der CPU besteht einfach darin, diese minimalen Aufgaben so schnell wie möglich zu erledigen.

Aber es gibt zwei große Probleme. Erstens können diese Aufgaben nicht gleichmäßig auf alle Kerne und Threads verteilt werden, sodass mehr Kerne nicht immer eine bessere Leistung bedeuten. Zweitens sind größere Kerne mit mehr Rechenleistung nicht sinnvoll, da diese Arbeitslasten so grundlegend sind. Aufgrund dieser Faktoren sind Taktrate und Cache-Größe für Spiele unverhältnismäßig wichtig. Der Cache reduziert die Zeit, die mit dem Warten auf Daten verbracht wird, was ein wesentlicher Faktor für Leistungsverluste ist. Die Taktrate hingegen ist die einzig realistische Möglichkeit, Arbeitslasten zu beschleunigen, die die rohe Leistung moderner Chips nicht ausnutzen können.

Die Spieleleistung eines PCs wird hauptsächlich von der GPU und der CPU bestimmt (Speicher und RAM sind in der Regel zweitrangig). Faktoren), aber nicht gleichzeitig, da Ihre Leistung zu jedem Zeitpunkt entweder durch die GPU begrenzt ist oder die CPU. Das führt natürlich zu einer großen Frage: Wann wird ein PC durch die CPU oder die GPU eingeschränkt? Diese Frage bringt eines der verwirrendsten Dinge bei Gaming-Benchmarks auf den Punkt, denn der Unterschied zwischen GPU- und CPU-Engpässen ist nicht sehr intuitiv.

Wenn Ihr PC über eine GPU-Einschränkung verfügt, wird die Grafikkarte mit oder nahezu 100 % ausgelastet, was bedeutet, dass so viele Ressourcen wie möglich verbraucht werden und in der Regel der maximale Stromverbrauch erreicht wird. Das bedeutet, dass Sie Rahmen gegen visuelle Qualität eintauschen können und umgekehrt. Bei den meisten Spielen wirken sich diese Grafikeinstellungen jedoch nicht direkt auf die CPU aus, und selbst bei Spielen mit CPU-bezogenen Einstellungen sind es meist nur wenige.

Eine Erhöhung der Grafikeinstellungen ist nicht notwendig, um in Spielen einen CPU-Engpass zu verursachen. Tatsächlich stellt eine Erhöhung der Grafikeinstellungen praktisch sicher, dass es nie zu einem CPU-Engpass kommt. Denken Sie daran, dass die Menge an Arbeit, die die CPU leisten kann, ziemlich begrenzt ist, und obwohl es, wenn überhaupt, nur wenige gibt, Sie können die Einstellungen anpassen, um die Arbeitsbelastung in Spielen zu erhöhen. Sie können die Framerate erhöhen, indem Sie die Grafik verringern Einstellungen.

Seit Anfang der 2000er Jahre werden viele Prozesse, die ursprünglich auf der CPU ausgeführt wurden, nun von der GPU ausgeführt, sodass die CPU relativ wenig zu tun hat.

Es kann leicht zu einem CPU-Engpass kommen, wenn Sie die Framerate so weit erhöhen, dass die GPU mehr Frames rendern kann, als die CPU verarbeiten kann. Das bedeutet im Grunde, dass eine CPU eine Grenze dafür hat, wie viele Frames sie in einem bestimmten Spiel anzeigen kann. Es gibt nur zwei realistische Möglichkeiten, einen CPU-Engpass in Spielen zu beseitigen. Sie können schnelleren RAM mit höherer Frequenz und höherem Timing erhalten, um die Leistung geringfügig zu steigern oder die Framerate zu senken – und es ist diese zweite Option, die Probleme beim Benchmarking verursacht.

Stellen Sie sich vor, ein Rezensent testet zwei hypothetische CPUs, Gamma und Zeta. In einem grafisch anspruchsvollen Spiel mit großem Budget Atomherz, Gamma kann bis zu 200 FPS erreichen, während Zeta 300 erreichen kann. Abhängig davon, wie die Prüfer die CPUs testen und wie stark sie die Framerate erhöhen, könnten sie feststellen dass beide CPUs in etwa gleich sind, dass Zeta einen leichten Vorteil hat oder dass Zeta einen überlegenen Wert hat führen. Aus diesem Grund kommen CPU-Rezensenten oft zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen über die CPU-Leistung in Spielen.

Darin gefällt das grundlegende Dilemma der Überprüfung von CPUs in Spielen. Sie müssen die Framerate so hoch wie möglich erhöhen, um CPU-Engpässe aufzudecken und so die wahren Grenzen jeder CPU aufzuzeigen, was oft zu einem unrealistischen Benchmark führt. Wie Sie sich vorstellen können, sorgt dieses Phänomen seit Jahren für Kontroversen.

Das Dilemma beim Benchmarking von CPUs in Spielen

Die meisten Enthusiasten nehmen beim CPU-Benchmarking eine von zwei Positionen ein. Die erste Position plädiert für einen wissenschaftlicheren Ansatz, der den Engpass aufdeckt, ohne Rücksicht auf realistische Rahmenbedingungen zu nehmen. während der zweite Artikel argumentiert, dass Rezensenten in Umgebungen testen sollten, die für Leser, die Kaufentscheidungen treffen möchten, von größerer Bedeutung sind.

Jede Denkrichtung hat ihre Stärken und Schwächen. Die Befürworter der wissenschaftlichen Position (normalerweise Rezensionen und Fans des Unternehmens mit der schnellsten CPU) haben zweifellos Recht, wenn sie sagen, dass dieser Ansatz die wahren Grenzen der CPU beim Spielen aufzeigt. Sie argumentieren jedoch auch oft, dass diese Tests die zukünftige Leistung genau vorhersagen. Wenn Sie Ihre GPU aufrüsten und plötzlich die Kapazität für höhere Bildraten haben, möchten Sie natürlich eine bessere CPU.

Dieses Argument über die zukünftige Leistung wurde mehrfach widerlegt. Während die FX-CPUs von AMD anfangs im Vergleich zu den Angeboten von Intel beim Gaming schlechte Ergebnisse lieferten, haben sich Chips wie die im Laufe der Zeit durchgesetzt Der FX-8350 gewann tatsächlich an Boden und überholte sogar seine Core-i5-Gegenstücke, da Spiele begannen, mehr Kerne zu verwenden Threads. Darüber hinaus würde ich argumentieren, dass Gamer selten Grafikkarten nur für höhere Frameraten aufrüsten. Gamer wollen bessere Frameraten Und bessere Qualitätseinstellungen, einschließlich höherer Auflösungen. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass nach einem GPU-Upgrade ein CPU-Engpass auftritt.

Das Argument für „realistische“ Einstellungen ist intuitiver und leichter zu verstehen, aber die meiste Rhetorik dreht sich nur darum, wie schlecht 1080p dafür ist Testen von High-End-CPUs. Die Sache ist die: Kann man eine High-End-CPU überhaupt ordnungsgemäß mit einer im mittleren oder niedrigeren Bereich bei einem höheren Preis testen? Auflösung? Wenn Sie eine haben Core i9-13900K, ist es einfach wahrscheinlicher, dass Sie höhere Frameraten anstreben, nur weil Ihr PC auch über eine High-End-GPU wie die verfügt RTX 4090, während ein Benutzer mit einem Core i3-13100 wahrscheinlich nicht viel weiter als 60 FPS anstrebt, da er wahrscheinlich auch eine GPU der unteren Preisklasse wie eine RX 6500 XT hat. Testen Sie mit realistischen Einstellungen für den 13900K oder den 13100?

Abgesehen davon denke ich, dass dieses zweite Lager einige berechtigte Argumente vorbringt. Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, was der durchschnittliche Benutzer will, aber als langjähriges Mitglied dieser Community kann ich mir vorstellen, dass die meisten ein Ziel zwischen 60 und 144 haben FPS, da 60 Hz und 144 Hz sehr beliebte Bildwiederholfrequenzen sind, werden oft mit G-SYNC oder FreeSync geliefert, und wenn die Bildwiederholfrequenz überschritten wird, werden diese unterbrochen Technologien. 144 FPS sind für moderne CPUs nicht viel höher, sodass ein CPU-Engpass weniger wahrscheinlich ist und daher Benchmarks, die zeigen, dass CPUs 300 FPS erreichen, für die meisten Benutzer wahrscheinlich nicht sehr nützlich sind.

Diese Debatte reicht mindestens sechs Jahre zurück und ich bin zum ersten Mal darauf gestoßen, als die Ryzen-Serie der ersten Generation im Jahr 2017 auf den Markt kam. Die Gutachter blieben bei ihren Tests meist entweder dem wissenschaftlichen Standpunkt treu oder blieben einer Seite im Allgemeinen gleichgültig. Auf der anderen Seite sind die Leser meistens verärgert, wenn ihre bevorzugte Marke in den Rezensionen verliert, aber sie bringen einige gute Punkte zur Sprache. Ich glaube jedoch, dass es einen Mittelweg gibt, der den Anforderungen beider Philosophien gerecht werden kann, a Art des Benchmarkings, das sowohl realistische Einstellungen nutzt als auch relevante Ergebnisse erzielt Leser.

Warum die Framerate selbst ein wichtiger Bestandteil eines CPU-Benchmarks ist

Ich war schon immer fasziniert von Testmethoden und Möglichkeiten, Menschen Ergebnisse zu zeigen, die tatsächlich etwas bedeuten. Dies ist eher ein Gedankenexperiment als ein ernsthafter Vorschlag, und ich benutze es zum Spaß, aber ich habe mir meine eigene CPU-Testmethodik ausgedacht.

Wir können die potenziellen maximalen Frameraten, die die GPU ermöglicht, nicht ignorieren, da sie bestimmen, wie CPUs funktionieren und wie realistisch sie für Benutzer sind. Ich schlage vor, dieses Konzept auf den Kopf zu stellen und Einstellungen auszuwählen, um eine bestimmte Framerate zu erreichen, anstatt bestimmte Voreinstellungen festzulegen oder alles auf ein Minimum zu setzen.

Hier ist die grundlegende Methodik. Wählen Sie eine Kontroll-CPU aus, mit der jede andere CPU verglichen wird. Da CPUs eine Leistungsgrenze haben, sollte der Steuerchip die schnellste CPU sein, die Sie testen, beispielsweise ein Core i9-13900K oder ein Ryzen 9 7950X3D. Beginnen Sie als Nächstes mit höheren Grafikeinstellungen, führen Sie Ihre Benchmarks durch und optimieren Sie die Einstellungen so lange, bis Ihre Steuer-CPU die gewünschte Bildrate erreicht. Zum Beispiel in E-Sport-Titeln wie Counter Strike Global Offensive, Ihre gewünschte Framerate sollte im Durchschnitt wahrscheinlich mindestens 240 FPS betragen – wenn nicht sogar höher.

Ein CPU-Testbericht soll zeigen, was einen Kauf wert ist und was nicht, und obwohl Bewertungen das Ergebnis vieler Stunden harter Arbeit sind, werden die Daten nicht in jedem Testbericht kritisch analysiert.

Wenn Sie die Einstellungen gefunden haben, die Ihre bevorzugte Framerate auf der Steuer-CPU erreichen, verwenden Sie diese Einstellungen beim Testen anderer Chips. Die Idee besteht darin, in einem sowohl wissenschaftlichen als auch realistischen Test zu zeigen, wie viel schneller die Steuerungs-CPU im Vergleich zu theoretisch langsameren CPUs sein kann. Was die Leute wissen wollen, ist, ob eine High-End-CPU ihr Geld wert ist, und diese Art von Methodik kann das sehr gut zeigen.

Es gibt jedoch ein offensichtliches Problem bei dieser Art von Benchmarking: Es braucht Zeit. Optimieren Sie die Grafikeinstellungen und führen Sie Benchmarks durch, bis die Steuerungs-CPU die richtige Framerate hat Dies ist zeitaufwändig und die Nichtverwendung von Voreinstellungen kann bedeuten, dass für jede neue CPU individuelle Einstellungen geändert werden müssen Spiel. Darüber hinaus erfordern neue CPUs und Spiele eine zusätzliche Kalibrierung, möglicherweise bis zu dem Punkt, an dem Sie eine andere CPU zur Steuerung verwenden müssen. Es ist viel einfacher, einfach eine Voreinstellung auszuwählen oder alles auf das Minimum zu setzen.

Es gibt Alternativen zu dieser Methodik, die viel einfacher zu implementieren sind. Viele Rezensenten testen mit mehreren Auflösungen, um den sich verändernden CPU-Engpass aufzuzeigen, wobei 1080p den größten CPU-Engpass aufweist und 1440p oder 4K den geringsten. Techspot Und Anandtech Testen Sie manchmal mehrere GPUs, um den gleichen Effekt zu erzielen, da schnellere GPUs eine höhere potenzielle Framerate haben, was zu CPU-Engpässen führen kann.

Noch wichtiger als die Methodik ist die Analyse

Eine gute Testmethodik und qualitativ hochwertige Daten sind nur die Hälfte dessen, was eine umfassende Bewertung ausmacht. Die andere Hälfte ist die Analyse, bei der der Rezensent die Leser darüber informiert, was die Ergebnisse bedeuten. Viele Benutzer können sich selbst ein Bild davon machen, was Daten bedeuten, aber nicht jeder, der sich für PC-Spiele interessiert, ist ein Enthusiast.

Wenn in einem Testbericht ein Benchmark angezeigt wird, bei dem eine CPU 500 FPS und eine andere 300 FPS erreicht, sollte es einen Kontext dazu geben, was das bedeutet. Wenn es sich um einen E-Sport-Titel handelt, könnte dieser Unterschied für jeden wichtig sein, der wettbewerbsfähig spielen möchte und die höchsten Frameraten benötigt. Bei den meisten anderen Spielen wird der Leistungsvorteil, den die schnellere CPU bietet, wahrscheinlich nicht voll ausgeschöpft oder geschätzt. Ich habe gesehen, dass einige Testberichte Benchmarks mit solchen Ergebnissen in sehr alten Spielen zeigen und die schnellere CPU hervorheben, während andere Testberichte deutlich bescheidenere Margen bei realistischeren Tests festgestellt haben.

Letztendlich soll ein CPU-Test zeigen, was einen Kauf wert ist und was nicht, und obwohl Bewertungen das Ergebnis vieler Stunden harter Arbeit sind, werden die Daten nicht in jedem Test kritisch analysiert. Ich schätze die Rezensenten, die sich einen Moment Zeit nehmen, um über CPU-Engpässe zu diskutieren und darüber, wie sie mit unterschiedlichen GPUs und Grafikeinstellungen wachsen oder schrumpfen. Es ist sicherlich wahr, dass einige CPUs schneller sind als andere, und das ist auch der Fall besser zum Spielen, aber es ist nie eindeutig, ob das bedeutet, dass es für jeden einzelnen Benutzer besser ist.