GeForce GTX 970M im Test - Die zweite Maxwell-Generation wird mobil

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NVIDIA-Geforce-LogoMit der Maxwell-Architektur der zweiten Generation hat NVIDIA auf dem Desktop bereits bewiesen, dass selbst bei gleicher Fertigungstechnologie ein großer Schritt hin zu einer höheren Effizienz einer GPU möglich ist. Nun ist dies für den Desktop sicherlich ein Pro-Argument, wesentlich größeren Einfluss und auch Auswirkungen könnte dies aber im mobilen Bereich haben. Heute nun stellt NVIDIA die GeForce GTX 980M und GeForce GTX 970M vor, die in die Fußstapfen der Desktop-Kollegen treten und neue Leistungsklassen im mobilen Segment eröffnen sollen. Dabei überführt NVIDIA einen Großteil des Feature-Sets vom Desktop in die Notebooks und fügt gar noch spezifische Funktionen an, die dem mobilen Gaming auf die Sprünge verhelfen soll.

Die deutlich gesteigerte Effizienz der Maxwell-Architektur steht bei der GeForce GTX 980 und GeForce GTX 970 sicherlich im Fokus. Doch sie ist an gewisse Rahmenbedingungen geknüpft, welche NVIDIA vorgibt. Takt, Spannung und letztendlich auch die Thermal Design Power sind derart eng aufeinander abgestimmt, dass meist nur die Referenzkarten innerhalb der eigenen Vorgaben liegen. Unser erster Vergleich dreier Custom-Modelle der GeForce GTX 980 hat bereits gezeigt, dass sich die Hersteller selbst großen Spielraum geben können. Selbst wenn NVIDIA eine TDP von 165 Watt angibt, schwankt diese bei den Custom-Modellen von 178 bis 300 Watt.

Einen solchen Spielraum haben wir bei dem mobilen Varianten in Form der GeForce GTX 980M und GeForce GTX 970M natürlich nicht. In diesem Bereich arbeitet NVIDIA sehr eng mit den Notebook-Herstellern zusammen, um bei einer möglichst hohen Performance noch einen mobilen Betrieb und auch die Kühlung gewährleisten zu können. Jedes Design kann dabei unterschiedlich sein. Zwar sind einige Eckdaten auch hier fest vorgegeben, Takt und letztendlich auch die Performance sind aber von vielen Faktoren und hier vor allem von der Kühlung abhängig. Daher kann und wird NVIDIA zusammen mit den Herstellern eine gewisse Vielfalt bei den beiden neuen Modellen anbieten.

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M im Vergleich
ModellGeForce GTX 880MGeForce GTX 870MRadeon R9 M290XGeForce GTX 980MGeForce GTX 970M
Homepage www.nvidia.de www.nvidia.de www.amd.de www.nvidia.de www.nvidia.de
Technische Daten
GPU Kepler Kepler - Maxwell Maxwell
Fertigung 28 nm 28 nm 28 nm 28 nm 28 nm
Transistoren 3,54 Milliarden 3,54 Milliarden - 5,2 Milliarden 5,2 Milliarden
GPU-Takt (Base Clock) 954 MHz 941 MHz 850 MHz 1.038 MHz 924 MHz
GPU-Takt (Boost Clock) 993 MHz 967 MHz 900 MHz - MHz - MHz
Speichertakt 1.250 MHz 1.250 MHz 1.200 MHz 1.250 MHz 1.250 MHz
Speichertyp GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5 GDDR5
Speichergröße bis zu 8.192 MB bis zu 6.144 MB bis zu 4.096 MB bis zu 8.192 MB 4.096 MB
Speicherinterface 256 Bit 192 Bit 256 Bit 256 Bit 256 Bit
Speicherbandbreite 160,0 GB/Sek. 120,0 GB/Sek. 153,6 GB/Sek. 160,0 GB/s 160,0 GB/s
Shadereinheiten 1.536 1.344 1.280 1.536 1.280
Textur Units 128 112 80 92 80
ROPs 32 32 32 32 32
TDP - - 100 Watt - -
SLI/CrossFire SLI SLI CrossFire SLI SLI

Wir sich mit der Architektur von Maxwell in der 2. Generation auseinandersetzen möchte, dem legen wir unseren Theorie-Teil aus dem Launch-Review zur GeForce GTX 980 und GeForce GTX 970 nahe. Darin erklären wir das Zusammenspiel aus Maxwell-Streaming-Multiprozessoren, SMM-Blöcken und ALUs sowie den restlichen Aufbau der Architektur. Leider sehr bedeckt hält sich NVIDIA wenn es um die echten Optimierungen geht, die dazu geführt haben, dass Maxwell eine derart höhere Effizienz gegenüber Kepler und vor allem Fermi aufweist. An dieser Stelle aber wohl mit am wichtigsten sind weniger komplexe Strukturen für die Recheneinheiten, die nun weniger Kontroll-Logik benötigen.

Für die mobilen Ableger sieht NVIDIA aktuell zwei Konfigurationen vor. Die GeForce GTX 980M bietet 1.536 Shadereinheiten, die mit einem Takt von 1.038 MHz arbeiten. Je nach Notebook können die Hersteller in Abstimmung mit NVIDIA einen Boost-Takt festlegen - abhängig von der zur Verfügung stehenden Kühlung. Die 1.536 Shadereinheiten teilen sich in 12 Maxwell-Streaming-Multiprozessoren zu jeweils 128 Shadereinheiten in einem dieser Blöcke auf. Pro SMM stehen jeweils acht Texturheinheiten bereit, so dass wir bei 12 x 8 auf 92 dieser Texturheinheiten kommen. Die ROPs sind an das 256 Bit breite Speicherinterface gebunden, so dass wir auch hier wie in den Desktop-Varianten 32 dieser Renderbackends sehen. Wie NVIDIA bei einem "nur" 256 Bit breiten Speicherinterface dennoch die Speicherbandbreite bzw. deren Effizienz gesteigert haben will, haben wir ebenfalls bereits im Launch-Review zur den Desktop-Maxwells geklärt. Eine möglichst gute Speicherkomprimierung spielt dabei eine wesentliche Rolle. Die GeForce GTX 980M lässt ihren bis zu 8.192 MB großen Speicher mit 1.250 MHz arbeiten, sodass die Speicherbandbreite bei 160 GB pro Sekunde liegt.

Für die GeForce GTX 970M arbeiten die 1.280 Shadereinheiten mit einem Takt von 924 MHz als Basis-Wert. Der maximale Boost-Takt ist einmal mehr von der Kühlung bzw. spezifischen Konfiguration des Notebook-Herstellers abhängig. Die 1.280 Shadereinheiten gehen dabei mit 80 Textureinheiten und 32 ROPs einher. Deren Konfiguration setzt sich wie bei der GeForce GTX 980M aus der Anzahl der SMM (10 x 128 = 1.280 Shadereinheiten sowie 10 x 8 = 80 Texturheinheiten) sowie der Breite der Speicheranbindung zusammen. Auch bei der GeForce GTX 970M ist ein theoretischer Speicherausbau von bis zu 8.196 MB denkbar, NVIDIA wird dies zusammen mit den Notebook-Herstellern aber vermutlich auf vernünftige 4.096 MB beschränken, die auch hier mit 1.250 MHz arbeiten und daher ebenfalls auf eine Speicherbandbreite von 160 GB pro Sekunde kommen.

Sowohl die GeForce GTX 980M als auch die GeForce GTX 970M lassen sich per SLI mit einer zweiten Karten koppeln, was Hersteller wie Dell, MSI, Gigabyte oder Schenker in Kürze vormachen werden.

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Mit den Maxwell-GPUs für die Notebooks verspricht NVIDIA die Performance-Lücke zwischen Desktop und Notebook schließen zu wollen. Dies versprechen sowohl AMD wie auch NVIDIA bereits seit einiger Zeit, denn immer wieder ist von "Desktop Class Performance" die Rede - dieses mal soll es aber wirklich soweit sein. Erreichte die Fermi-Architektur im mobilen Bereich nur rund 40 Prozent der Leistung des Desktop-Pendants, waren es mit Kepler bereits 60 Prozent und nun soll die GeForce GTX 980M rund 80 Prozent der Performance einer GeForce GTX 980 erreichen.

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Auch bei den mobilen Maxwell-GPUs spielt Dynamic Super Resolution (DSR) eine wichtige Rolle. NVIDIA will mit dieser in den Treiber integrierten Downsampling-Methode wenig anspruchsvollen Spielen zu mehr Glanz verhelfen. Außerdem soll damit das Problem gelöst werden, dass viele Gaming-Notebooks nur über FullHD-Displays verfügen, die Hardware aber in der Lage ist deutlich höhere Auflösungen flüssig darzustellen. Einige Hersteller bieten zwar bereits Gaming-Notebooks mit höhere Auflösungen an, dann aber sind diese meist deutlich teurer als vergleichbare Geräte.

Wie genau DSR funktioniert und welche Stolperfallen vorhanden sind, haben wir uns ebenfalls bereits im Launch-Artikel zur Maxwell-Architektur der 2. Generation angeschaut. Ebenfalls mit den neuen GPUs, aber zu einem späteren Zeitpunkt angeboten wird Multiframe Sampled Anti Aliasing (MFAA). Dazu verwendet NVIDIA einige Mechanismen, die besonders gut auf der neuen Maxwell-Architektur funktionieren. Auch hierzu empfehlen wir unseren Artikel zu den Desktop-Varianten mit einer ausführlichen Erklärung der Funktionsweise. Bereits in der Entwicklung befinden sich Spiele, welche NVIDIAs Voxel Global Illumination (VXGI) verwenden sollen. Ein Dev-Kit der Unreal Engine 4 beinhaltet die entsprechenden Funktionen bereits - mit Spielen ist vor dem Ende des nächsten Jahres aber wohl nicht mehr zu rechnen. Die GeForce GTX 980M und GTX 970M sind in Sachen Performance und Hardware-Voraussetzungen bereits in der Lage VXGI anzuwenden. 


Neben der Steigerung der Leistung, Effizienz und neuen Features für eine bessere Bildqualität will NVIDIA mit der Maxwell-Generation im mobilen Bereich aber besonders einen Punkt in Angriff nehmen: den Akkubetrieb.

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Auch wenn die Hersteller noch so darauf pochen wie Effizienz ihre Hardware sein möge und wie lange die Akkus halten, die Gesetze der Physik können sie nicht brechen. Dazu gehört auch, dass aktuelle Gaming-Notebooks einen Stromverbrauch von bis zu 230 Watt erreichen können. Mit der aktuellen Akku-Technologie können im mobilen Betrieb eines Notebooks aber nur etwa 100 Watt an elektrischer Leistung bereitgestellt werden. Was passiert also, wenn ohne eingestecktes Netzteil gespielt werden soll? Ganz einfach - Takt und Spannung zahlreicher Komponenten werden reduziert und hier wird vor allem an der Leistungsfähigkeit der GPUs gedreht. Bei gleichen Settings brechen die FPS in Spielen teilweise dramatisch ein.

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Erstes Ziel von Batteryboost mit einer Maxwell-GPU ist es also die Spiele auch im Akkubetrieb spielbar zu machen. Bei gleicher Leistungsaufnahme sollen die GeForce GTX 980M und GTX 970M im Vergleich zur GeForce GTX 680M und 670M doppelt so schnell oder gar schneller sein. NVIDIA vergleicht hier einige Spiele auf eben diesen beiden Architekturen (Maxwell vs. Fermi).

Wir haben dazu ein paar eigene Messungen gemacht:

Performance Akku-Betrieb

Metro 2033 – 1920x1080 - High - MSAA 4x - AF 4x

in Minuten
Mehr ist besser

Performance Akku-Betrieb

Tomb Raider -1920 x 1080 – High Settings

in fps
Mehr ist besser

 

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Zweites Ziel für NVIDIA ist eine Verlängerung der Akkulaufzeit. Hierzu will meine eine Art Frame-Limiter einsetzen, welcher sich zwischen 30 und 60 FPS wählen lässt. Überschüssige Leistung in Form von mehr als 60 FPS reduzieren die Akkulaufzeit unnötig. Durch die Limitierung auf eine bestimmte FPS-Grenze will NVIDIA die Akkulaufzeit um bis zu 55 Prozent verlängern. In unserem konkreten Fall hat sich die Laufzeit sogar verdoppelt, weitere Tests müssen aber erst noch zeigen, wie sich dies auf die Praxis auswirken wird. Möglich ist diese Funktion nicht nur bei den neuen Maxwell-GPUs, sondern auch schon bei den Vorgänger-Karte der GTX-800M-Serie.

Auch dazu haben wir eigene Messungen angestellt:

Akkulaufzeit

Tomb Raider -1920 x 1080 – High Settings

in Minuten
Mehr ist besser

NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Um Batteryboost zu aktivieren verwendet NVIDIA die GeForce Experience. Das Software-Paket ist inzwischen viel mehr als nur noch ein schnödes Optimierungs-Tool. NVIDIA bindet immer mehr Features an die GeForce Experience, dazu gehören neben Batteryboost auch noch das GameStream-Feature zur Übertragung eines Spiels auf das Shield Tablet sowie die Aufzeichnung und Übertragung von Ingame-Szenen via ShadowPlay.

Nun aber zurück zu Batteryboost. Aktiviert wird die Funktion wie gesagt in den Optimierungs-Einstellungen zu jeden Spiel. Die GeForce Experience erkennt, ob sich das Notebook an einem Netzteil befindet oder nicht. Über einen Klick auf die "Optimize"-Button wird der Frame-Limiter aktiviert. Die genauen Einstellungen dazu können aber auch manuell vorgenommen werden.


Kurz vor Fertigstellung des Artikels erreichte uns erfreulicherweise ein Testnotebook mit einer GeForce GTX 970M, das brandneue Schenker Technologies XMG P505, über das wir erst in ein paar Tagen ausführlich berichten können. Entsprechend können wir einige erste Messwerte bereitstellen und Vergleiche mit weiteren GPUs ziehen.

Wichtig ist die Tatsache, dass es sich bei allen GPUs um unterschiedliche Testplattformen in Form von Notebooks handelt, die wir in den letzten Monaten im Test hattten. Entsprechend gibt es unterschiede bei CPU, Speicherausbau und Massenspeicheranbindung. Die Messwerte sollten also allenfalls als Orientierung genutzt werden. Ebenso war es auch nicht möglich neue Speiele im großen Umfang nachzubenchen. Hier hoffen wir, dass wir den Testparcours in den kommenden Wochen erneuern können.

Leistungsmessungen

3D Mark Ice Storm

124774 XX


115484 XX


113216 XX


108900 XX


102317 XX


102076 XX


93069 XX


3D Mark Punkte
Mehr ist besser

3D Mark Cloud Gate

21055 XX


18751 XX


16956 XX


14803 XX


14790 XX


14260 XX


13503 XX


3D Mark Punkte
Mehr ist besser

3D Mark Fire Strike

6503 XX


5406 XX


4306 XX


3697 XX


3103 XX


3028 XX


2726 XX


3D Mark Punkte
Mehr ist besser

3D Mark Ice Storm

124774 XX


115484 XX


113216 XX


108900 XX


102317 XX


102076 XX


93069 XX


3D Mark Punkte
Mehr ist besser

Anno 2070

1280x720 - High - 16x AF

160.44 XX


149.56 XX


103.18 XX


102.63 XX


101.11 XX


81.91 XX


in fps
Mehr ist besser

Anno 2070

1920x1080 - High - 16x AF

116.71 XX


101.5 XX


63.37 XX


62.17 XX


60.15 XX


47.52 XX


in fps
Mehr ist besser

BioShock Infinite

1280x720 - high

152.42 XX


146.68 XX


132.56 XX


93.76 XX


85.12 XX


78.42 XX


67.19 XX


in fps
Mehr ist besser

BioShock Infinite

1920x1080 - high

87.78 XX


83.15 XX


67.9 XX


52.49 XX


48.83 XX


46.66 XX


33.43 XX


in fps
Mehr ist besser

Grid 2

1280x 720 – High Settings

181.91 XX


137.96 XX


115.84 XX


94.86 XX


86.76 XX


in fps
Mehr ist besser

Grid 2

1920 x 1080 – High Settings

165.72 XX


131.73 XX


101.83 XX


87.98 XX


72.46 XX


in fps
Mehr ist besser

Hitman Absolution

1280x720 - high - AF 4x

83.92 XX


71.32 XX


69.01 XX


62.12 XX


52.95 XX


52.29 XX


40.62 XX


in fps
Mehr ist besser

Hitman Absolution

1280x720 - high - AF 4x

83.82 XX


71.5 XX


56.47 XX


47.75 XX


43.71 XX


34.95 XX


23.97 XX


in fps
Mehr ist besser

Metro 2033

1280x720 - High - MSAA 4x - AF 4x

107.67 XX


88.67 XX


70.85 XX


62.33 XX


59.36 XX


57.99 XX


46.33 XX


in fps
Mehr ist besser

Metro 2033

1920x1080 - High - MSAA 4x - AF 4x

65 XX


52 XX


39.28 XX


38 XX


34.47 XX


33.13 XX


27 XX


in fps
Mehr ist besser

Tomb Raider

1920 x 1080 – High Settings

113.9 XX


104.5 XX


in fps
Mehr ist besser

Messungen zu Battery Boost

Akkulaufzeit

Tomb Raider -1920 x 1080 – High Settings

in Minuten
Mehr ist besser

Performance Akku-Betrieb

Tomb Raider -1920 x 1080 – High Settings

in fps
Mehr ist besser

Performance Akku-Betrieb

Metro 2033 – 1920x1080 - High - MSAA 4x - AF 4x

in Minuten
Mehr ist besser

 


Schon jetzt ein abschließendes Fazit über die GeForce GTX 980M und die GTX 970M zu finden fällt schwer – die eine GPU konnten wir noch gar nicht ausprobieren, die andere lag uns nur recht kurz vor. Fest steht aber, dass NVIDIA mit der zweite Maxwell-Generation für Notebooks einen weiteren Schritt in die richtige Richtung macht – sollte AMD nicht bald kontern können wird die aktuelle Dominanz von NVIDIA immer weiter in Stein gemeißelt. 

Vordergründig bringt die neue Maxwell-Generation einen weiteren Leistungszuwachs in das mobile Gaming-Segment. Bereits die GeForce GTX 970M überflügelt das bisherige Top-Modell in den meisten Fällen deutlich und die GTX 980M wird sicherlich noch einmal eine Schippe drauf legen. Damit erreichen wir nun Leistungsbereiche, die nicht nur das „simple" Spielen von aktuellen AAA-Titeln in FullHD ermöglichen, sondern Performance-Reserven bieten, die deutlich darüber hinausgehen. Entsprechend ist davon auszugehen, dass uns in den kommenden Monaten immer mehr Gaming-Geräte mit hochauflösenden Panels erreichen werden. Da FullHD aber auch in den kommenden zwölf Monaten mit großer Wahrscheinlichkeit die vorherrschende Auflösung im Mobile-Gaming bleiben wird, ist Dynamic Super Resolution im Notebook-Bereich vielleicht sogar noch interessanter als auf dem Desktop – die Leistung dafür wird ohne Frage zur Verfügung gestellt.

maxwell mobile
NVIDIA GeForce GTX 980M und GTX 970M mit Maxwell-Architektur

Die gesteigerte Effizienz wird darüber hinaus dazu beitragen, dass wir in den kommenden Monaten vermutlich immer häufiger recht kleinformatige Gaming-Notebooks antreffen werden. Geräte wie das Razer Blade haben die Richtung bereits aufgezeigt. Dass sich handliche Gaming-Notebooks immer weiter etablieren werden, davon ist aktuell auszugehen – diverse Designs gab es schließlich schon zusehen.

Vor diesem Hintergrund ist es nicht überraschend, dass NVIDIA auch das Thema „Akku" stärker in das Zentrum rückt. Mit Maxwell der zweiten Generation ist es in der Tat möglich länger Fernab der Steckdose zu spielen und das meist auch noch mit einer besseren Leistung als zuvor. Wie stark der Leistungseinbruch im Einzelnen reduziert werden konnte, kann nicht pauschal beantwortet werden. NVIDIA arbeitet nach eigenen Aussagen mit den Notebook-Herstellern daran das Power-Budget, das der GPU im Akku-Betrieb zur Verfügung steht weiter zu erhöhen, es ist aber nicht auszuschließen, dass die Hersteller das Budget zugunsten der Akkulaufzeit oder der einfacheren Kühlung nicht in dem Maße erhöhen, wie NVIDIA sich das wünscht.

Alles in allem sind die GeForce GTX 980M und 970M ein deutlicher Schritt in die richtige Richtung. Die Leistung steigt weiter und Battery Boost funktioniert in der Praxis. In wie weit sich letzteres Feature in der Praxis durchsetzt, wird sich aber erst noch zeigen müssen.