Исследование зависимости скорости современных карт класса Low и Middle-End, от мощности CPU.

15.02.2004

Введение

Данная статья является продолжением исследования производительности чипов NVIDIA GeForce FX 5200 и GeForce FX 5600 начатого нами ранее. Сегодня мы решили рассмотреть вопрос, насколько оправдана установка той или иной карты, в систему с тем или иным CPU. Вопрос этот, надо заметить, был весьма актуальным все время существования 3D-акселераторов, и с завидным постоянством поднимается вновь и вновь с каждым новым их поколением. Мы рассмотрим работу современных видеокарт низкого и среднего уровня, в системах низкого и среднего уровня, а так же морально устаревших системах, в разных игровых ситуациях и при разных графических настройках, чтобы владельцы таких систем получили представление о производительности, которую им стоит ждать от покупки той или иной видеокарты. Или, напротив, что ждать, от покупки того или иного CPU в пару к любой из рассмотренных карт.

Как мы тестировали

За основу тестового стенда была взята система на базе чипсета VIA KT333 и процессор AMD Athlon XP на базе ядра Thoroughbred. Внутренние частоты CPU, подобраны таким образом, чтобы отличаться, друг от друга примерно на 25%. Внешняя частота (FSB) и частота шины памяти, подобраны, к каждому процессору, так, чтобы быть близкими к той системе, в которой, такой процессор, вероятно, может использоваться.
В качестве теста мы выбрали только одно приложение — игру Unreal Tournament 2003, а именно входящие в нее два теста: — «Asbestos Flyby» и «Asbestos Botmatch». Это может показаться недостаточно всеобъемлющим исследованием, однако, всеобъемлющее исследование, зависимости скорости игр от CPU и видеокарты, невозможно в принципе. Всегда можно исследовать лишь определенный круг приложений и на базе полученных результатов сделать выводы предполагающие аналогичное поведение других приложений в сходных условиях. Мы, в своем исследовании, задаем максимальный радиус этого «круга», предельно модифицируя игровую ситуацию в тесте, и, моделируя, тем самым, нагрузку которую могут давать на различные компоненты ПК, игры, в самом широком своем спектре.

Система

• Процессор AMD Athlon XP Model 8
  • 850MHz (200MHz FSB, 200MHz память) — эмуляция системы на базе чипсета KT133A
  • 1133MHz (266MHz FSB, 266MHz память) — эмуляция системы на базе чипсета KT266A
  • 1533MHz (266MHz FSB, 333MHz память) — система на базе чипсета KT333
  • 2083MHz (333MHz FSB, 333MHz память) — система на базе чипсета KT333
• Материнская плата: ASUS A7V333
• Системная память: Kingston PC2700 512MB
• Жесткий диск: IC35080AVVA07-0
• Видеокарты Low-End (низкий уровень):
  • GeForce FX5200: ASUS V9520/TD 128MB - 250MHz(ядро)/400MHz(память)
  • GeForce MX440 w/AGP 8x: Gainward GeForce4 PowerPack Pro/600-8X XP Golden Sample 64MB - 275MHz(ядро)/513MHz(память)
  • Radeon 9200: Gigabyte MAYA II RADEON 9200 128MB VIVO - 250MHz(ядро)/400MHz(память)
• Видеокарты Middle-End (средний уровень):
  • GeForce FX5600: Manli M-GF5600/R128 VIVO 128MB - 325MHz(ядро)/550MHz(память)
  • GeForce4 Ti4200 w/AGP 8x: ASUS V9280S (Super Fast Series) 128MB - 275MHz(ядро)/600MHz(память). Карта тестировалась на пониженных (штатных для GeForce4 Ti4200 w/AGP 8x) частотах - 250MHz(ядро)/513MHz(память)
  • Radeon 9600: Sapphire Atlantis RADEON 9600 128MB - 325MHz(ядро)/400MHz(память)
• Программная часть: Windows XP Pro, SP1, DirectX9
• Версии драйверов: NVIDIA - Detonator 44.03, ATI - Catalyst 3.5

Настройки тестов

• Unreal Tournament 2003 v.2225:
  • Flyby (командная строка):
    • ut2003.exe dm-asbestos?game=engine.gameinfo exec=..\Benchmark\Stuff\Flybyexec.txt ini= ..\Benchmark\Stuff\MaxDetail.ini -benchmark -seconds=71 -nosound -UPT -1024x768
  • Botmatch (командная строка)
    • ut2003.exe dm-asbestos?spectatoronly=true?numbots=12?quickstart=true?attractcam=true -benchmark -seconds=77 -exec=..\Benchmark\Stuff\Botmatchexec.txt ini= ..\Benchmark\Stuff\MaxDetail.ini –UPT -1024x768

Тесты

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Flyby

Характерной особенностью данного теста является то, что в нем практически отсутствует игровая логика, т.е.  такие возможности как правила игры, физика и т.п.  Расчет этих задач полностью лежит на центральном процессоре системы, и отсутствие их, существенно ускоряет работу графического конвейера, на начальных этапах построения сцены.

Скорость всех трех рассмотренных карт класса Low-End, в данном случае, начинает лимитироваться их собственными возможностями (точнее их скоростью закраски) уже в разрешении 1024х768 и процессоре Athlon XP 1133MHz. Дальнейшее увеличение мощности CPU просто перестает быть эффективным. В разрешении же 1280х960 и выше, для таких карт, увеличение мощности CPU неэффективно уже начиная с 850MHz.

Карты класса Middle-End обладающие большими «запасами» скорости закраски, упираются в его нехватку значительно позже. Скорость системы, с картой Radeon 9600, стала ограничиваться ее (карты) возможностями в разрешении 1024х768 и процессоре Athlon XP 1533MHz и в разрешении 1280х960 и процессоре 1133MHz. У карты на чипе GeForce FX 5600 зависимость от мощности CPU очень сходна с Radeon 9600. А вот GeForce Ti4200, обладающий поистине «безграничными» запасами скорости закраски (2 Гигатекселя/с vs 1.3 у ближайших конкурентов), вообще не ограничивался ей ни при каком из рассмотренных процессоров в разрешении 1024х768. Только в 1280х960 и процессоре Athlon XP 1533MHz , впервые ощущается нехватка скорости закраски GeForce4 Ti4200

Для наиболее удобного восприятия, объединим эти данные в таблицу, в которой покажем, процессор, в паре с которым, каждая карта работает максимально эффективно, в данном тесте. Под «максимальной эффективностью», в данном случае, надо понимать, ограничение скорости работы теста, видеокартой, и, как следствие, неэффективность или очень малую эффективность (в пределах 3%) дальнейшего повышения мощности CPU.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Botmatch

Теперь мы значительно изменим игровую ситуацию, серьезно увеличив нагрузку на CPU, дополнительным расчетом игровой логики. Это будет тест, демонстрирующий Botmatch на том же уровне.

Ситуация серьезно изменилась. Скорость теста на всех картах стала ограничиваться их скоростью закраски в более высоких разрешениях, а в разрешениях вплоть до 1024х768 включительно, наблюдает жесткая зависимость fps, только от CPU, причем у всех рассмотренных карт. Только на процессоре 2083MHz скорость закраски начинает играть какую-то роль и становится заметной разница, по крайней мере, между картами разных классов.

Подведем некоторые итоги по этим данным. Первым и самым главным выводом, будет то, что скорость даже одной и той же игры, может, в зависимости от конкретной игровой ситуации, ограничиваться разными компонентами компьютера. Мы практически рассмотрели две крайности. Тесты Flyby, в которых влияние CPU и видеокарты на скорость, сбалансировано в низких и средних разрешениях (1024х768 и ниже) и по мере роста разрешения, влияние карты, начинает явно преобладать, над CPU. Так же мы рассмотрели тест Botmatch, являющийся полным антиподом предыдущего. В низких разрешениях наблюдается жесткая зависимость результатов теста, от мощности CPU только, а мощность карты начинает играть свою роль только в высоких и сверхвысоких разрешениях (1280х960 и выше в зависимости от мощности карты).

Здесь важно заметить, что наиболее реально отражает скорость в игре Unreal Tournament 2003 именно тест Botmatch и по его результатам, можно сказать, что в разрешении 1024х768 (и ниже) и процессоре AMD Athlon 2083MHz (и ниже), выбор любой из рассмотренных карт, для этой игры, не имеет большого значения. Скорость игры, при таких условиях, определяется практически только мощностью CPU. Разница между самой мощной, из рассмотренных карт и самой слабой, в паре с самым быстрым из рассмотренных CPU, не превышает 15%. В паре с более слабыми CPU, разница между самой быстрой и медленной картами составляет, в лучшем случае 7%.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Flyby, ANISOTROPY

Теперь рассмотрим зависимость скорости разных карт, от мощности CPU, при условии использования таких функций как анизотропная фильтрация и антиалиасинг. Эти функции вносят дополнительную нагрузку только на видеокарту, и очевидно их активация должна привести к достижению максимальной эффективности работы любой карты, в паре с более медленным CPU, нежели мы наблюдали выше.

Так и есть. В случае активации анизотропной фильтрации, скорость работы теста зависит от скорости CPU только в низком разрешении. Начиная же с разрешения 1024х768, процессор практически перестает оказывать какое-то влияние на скорость рендеринга.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Botmatch, ANISOTROPY

В тесте Botmatch, все иначе. Несмотря на увеличившуюся нагрузку, на видеокарту, тест так и остался очень чувствительным к мощности CPU, хотя и в несколько меньшей степени, чем мы видели до активации анизотропной фильтрации. Обратите внимание, на процессоре 1133MHz и ниже, в разрешении 1024х768 и ниже выбор карты, для игры, практически не имеет значения.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Flyby, ANTIALIASING 2x

Антиалиасинг, как и анизотропная фильтрация, тоже дополнительно нагружает видеокарту. Посмотрим, насколько эффективно будут работать рассмотренные CPU в паре с рассмотренными картами, при активации этой функции.

Антиалиасинг 2х, похоже, нагружает карты класса Middle-End меньше, чем анизотропия максимального уровня. В разрешении 1024х768, при переходе с процессора 850MHz, на процессор 1133MHz, отмечен заметно больший прирост скорости в этом тесте, нежели мы наблюдали при активации анизотропии. Тоже касается и FX 5200. GeForce4 MX440 w/AGP8x и Radeon 9200, в данном случае, исчерпывают свои возможности, уже на процессоре 850MHz, в разрешении 800х600.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Botmatch, ANTIALIASING 2x

Результаты теста Botmatch, сильно зависят от мощности CPU, несмотря на активацию антиалиасинга 2х, правда, в несколько меньшей степени, чем без нее.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Flyby, ANTIALIASING 4x

Антиалиасинг 4х — очень серьезная задача для карт всех классов. В тесте Flyby заметна явная разница, между классами карт. И даже самые мощные из них, исчерпывают свои возможности, уже в разрешении 800х600, при работе в паре с процессором 1533MHz.

Unreal Tournament 2003, DM-Asbestos, Botmatch, ANTIALIASING 4x

Как уже отмечено выше, антиалиасинг 4х — серьезная задача для карт всех классов, поэтому даже в «процессорозависимом» тесте Botmatch, карты класса Low-End, исчерпывают свои возможности уже в разрешении 800х600 и процессоре ~1133MHz. Для FX 5600 и GeForce4 Ti4200 повышение мощности CPU эффективно вплоть до разрешения 1024х768 включительно, а Radeon9600 исчерпал свои возможности чуть раньше — в разрешении 1024х768 и процессоре 1533MHz.

Заключение

Процессор типа Athlon 850MHz (система типа KT133A):

В играх сильно нагружающих CPU системы расчетом игровой логики, реальный пример которых, в нашем исследовании, представляет тест Botmatch, выбор любой из рассмотренных карт, практически не имеет значения. В низких и средних разрешениях, система, построенная на базе любой из рассмотренных карт, в паре с данным процессором показывает примерно одинаковую и довольно низкую скорость.
То же самое, касается, по большей части, и тестов с дополнительной нагрузкой. Условия, при которых, разница между картами низкого и среднего уровня, в такой системе, может быть заметна, это активация антиалиасинга 4х, в средних и высоких разрешениях, или, активация антиалиасинга 2х, в высоких разрешениях, а так же активации анизотропной фильтрации в разрешении 1600х1200.

В играх нагружающих CPU системы в меньшей степени, несколько гипертрофированный пример которых, в нашем исследовании представляет тест Flyby, выбор конкретной карты, в случае системы на базе 850MHz CPU, не имеет значения только в случае работы карт без дополнительной нагрузки антиалиасингом и анизотропией.

В случае же активации анизотропной фильтрации, разница между картами низкого и среднего уровня заметна уже в разрешении 800х600 и составляет около 30%, между самой быстрой, в данном случае, картой, Radeon 9600, и самой медленной GeForce4 MX440 w/AGP8x.
В случае активации же антиалиасинга 2х и особенно 4х, эта разница, даже в таком низком разрешении как 800х600, может составлять уже 50% (AA 2x) или даже 150% (AA4x).

Процессор типа Athlon 1133MHz (система типа KT266A):

В тесте Botmatch, выбор конкретной карты, без дополнительной ее нагрузки антиалиасингом и анизотропией, не имеет значения, ни в низких, ни в высоких разрешениях. Правда, в данном случае, в отличие от случая с процессором 850MHz, в сверхвысоких разрешениях (1600х1200), разница между картами низкого и среднего уровня уже проявляется и довольно ярко — 40% между самой быстрой, в данном случае GeForce4 Ti4200 и самым медленным Radeon 9000.
В случае активации анизотропной фильтрации, заметная разница между картами низкого и среднего уровня проявляется в разрешении 1280х960 и составляет 34% между самой быстрой в данном случае GeForce FX 5600 и самыми медленными GeForce 4 MX 440 w/AGP8x и GeForce4 Ti4200.
При активации антиалиасинга 2х, разница между картами разных классов, четко заметна в разрешении 1024х768 и составляет 33% между самой быстрой, в данном случае, картой, Radeon 9600 и самой медленной, Radeon 9000. В случае антиалиасинга 4х, разница между картами различных классов заметна в разрешении 800х600 и составляет 48% между самыми быстрой, в данном случае, картой, GeForce4 Ti4200 и самой медленной, GeForce MX440 w/AGP8x.

В тесте Flyby, благодаря сильно пониженной нагрузке на CPU, даже без дополнительной нагрузки антиалиасингом и анизотропией, разница между картами различных классов, заметна уже в разрешении 800х600 и составляет 21% между самой быстрой, в данном случае, картой, GeForce4 Ti4200 и самой медленной, GeForce MX440 w/AGP8x.
То же самое, мы наблюдаем и при активации анизотропной фильтрации, причем заметная разница в скорости, в таком случае, наблюдается не только между разными классами карт, но и между разными картами в классе. Самым быстрым, оказался Radeon 9000, анизотропная фильтрация которого, за счет посредственного качества, смогла обойти не только карты более высокого уровня, но даже сам Radeon 9000 работающий без активации этой функции. :) GeForce4 Ti4200, напротив, оказался в отстающей группе карт Low-End, благодаря своей бескомпромиссно качественной (в Direct 3D) и тормозной анизотропии. Разница между Radeon 9000, и самой медленной, в данном случае, GeForce 4MX440 w/AGP8x составляет 53%, даже в разрешении 800х600.
Активация антиалиасинга 2х меняет расклад победителей, но, как и прежде, четкая разница между картами разных классов видна уже в разрешении 800х600. Четкая разница, внутри класса, в этом разрешении, заметна только для карт Low-End, а, в общем, она составляет 100% между самой быстрой, в данном случае, картой, GeForce4 Ti4200, и самой медленной, Radeon 9000. Активации антиалиасинга 4х еще более усугубляет различия между картами различных классов. Так, в разрешении 800х600 она составляет уже 208% между самой быстрой, в данном случае, картой, GeForce FX 5600 и самой медленной, GeForce 4 MX440 w/AGP8x.

Процессор Athlon XP 1800+ (1533MHz) (система на KT333):

В тесте Botmatch, выбор конкретной карты, без дополнительной ее нагрузки антиалиасингом и анизотропией не имеет смысла в низких и средних разрешениях и имеет в разрешениях высоких (1280х960 и выше). В разрешении 1280х960, разница между самой быстрой картой GeForce4 Ti4200 и самой медленной, GeForce 4 MX440 w/AGP 8x , составляет 30%. Значительной разницы между картами внутри класса еще нет, но она появляется в разрешении 1600х1200.
При активации анизотропной фильтрации, четкая разница между классами карт появляется уже в разрешении 1024х768. Как и в случае процессора 1133MHz, GeForce4 Ti4200 оказывается в отстающей группе Low-End карт, а Radeon 9000, напротив, в группе Middle-End. В разрешении 1024х768, разница между самой быстрой картой, GeForce FX 5600, и, самой медленной, GeForce MX440 w/AGP8x, составляет 25%. Четкой разницы в скорости, внутри класса карт, пока еще нет (за исключением упомянутых выше особенностей GeForce4 Ti4200 и Radeon 9000), но по мере роста разрешения, четко выявляется победитель (GeForce FX 5600) и проигравший (GeForce4 Ti4200).
При активации антиалиасинга 2х, в разрешении 800х600, только Radeon 9000 сдает свои позиции всем картам. В целом же, значительная разница, между классами карт, четко проявляется только в разрешении 1024х768 и далее, в 1280х960, уже между разными картами в классе. В случае антиалиасинга 4х, значительная разница между классами карт, проявляется уже в 800х600 и составляет 86% между самой быстрой, в данном случае, картой, GeForce4 Ti4200 и самой медленной GeForce4 MX440 w/AGP8x.

В тесте Flyby, как и в случае процессора 1133MHz, разница в скорости карт различных классов, без дополнительной нагрузки, начинает проявляться уже в разрешении 800х600, но теперь для самой быстрой карты GeForce4 Ti4200 и самой медленной GeForce4 MX440 w/AGP8x она значительно больше — 40%.
При активации анизотропии, мы так же наблюдаем значительную разницу в скорости карт, причем уже не только между классами, но и внутри их. В данном случае, разница между самой быстрой картой, Radeon 9000, и самой медленной GeForce MX440 w/AGP8x составляет 69%.
При активации антиалиасинга 2х, уже в разрешении 800х600, наблюдается серьезная разница, как между картами разных классов, так и между картами внутри класса. Разница между самой быстрой, в данном случае, картой GeForce4 Ti4200 и самой медленной, Radeon 9000 составляет 141%. В случае же антиалиасинга 4х, эта разница составляет уже 238%, правда, в качестве самой медленной карты, при этом, уже выступает GeForce4 MX440 w/AGP8x.

Процессор Athlon XP 2600+ (2083MHz) (система на KT333):

В тесте Botmatch, несмотря на всю его зависимость от скорости CPU, разница между скоростями карт разных классов, без дополнительной нагрузки, уже заметна даже в разрешении 1024х768. Эта разница составляет 15% между самой быстрой, в данном случае картой GeForce4 Ti4200 и самой медленной GeForce 4MX440 w/AGP8x.
При активации анизотропной фильтрации, разница между картами разных классов заметна уже в разрешении 800х600 и составляет 12% между самой быстрой, в данном случае, картой Radeon 9600 и самой медленной GeForce4 MX440 w/AGP8x. Четкой разницы в скорости карт, внутри класса, в разрешении 800х600, еще нет, но она появляется в разрешении 1024х768, в котором разница между самой быстрой картой GeForce FX 5600 и самой медленной, GeForce4 MX 440 w/AGP8x составляет уже 35%.
При активации антиалиасинга 2х, разница, между картами разных классов, заметна уже в разрешении 800х600 и составляет 34% между самой быстрой, в данном случае, картой GeForce4 Ti4200 и самой медленной Radeon 9000. В случае антиалиасинга 4х, эта разница составляет уже 119%, только, в этом случае, в роли самой медленной карты, выступает уже GeForce4 MX 440 w/AGP8x.

В тесте Flyby, как и в случае процессора 1533MHz, разница между картами разных классов начинает проявляться уже в разрешении 800х600, причем в случае 2083MHz процессора, эта разница уже видна и между разными картами в одном классе. Разница между самой быстрой и медленной картой, так же значительно возросла, в сравнении с 1533MHz CPU, и составляет уже 61%.
При активации анизотропии, разница между картами разных классов и картами в одном классе так же видна уже в разрешении 800х600 и составляет максимум 72%, между самой быстрой в данном случае картой Radeon 9200 и самой медленной, GeForce4 MX440 w/AGP8x.
При активации антиалиасинга 2х, разница между классами карт и карт в одном классе четко видна в разрешении 800х600 и составляет 167% между самой быстрой, в данном случае, картой GeForce4 Ti4200 и самой медленной Radeon 9000. В случае же антиалиасинга 4х, эта разница составляет уже 242%, правда, в качестве самой медленной карты, при этом, уже выступает GeForce4 MX440 w/AGP8x.

Выводы

Вывод который можно сделать по результатам данного исследования прост. Абсолютно сбалансированных систем, с точки зрения их производительности в играх, не бывает. В системе всегда есть «узкое место», будь то видео, CPU или они вместе. Важно подчеркнуть, что это «узкое место» зависит от конкретной игры, конкретной игровой ситуации и графических настроек этой игры. Подбор видеокарты, в пару, к тому или иному CPU, всегда должен осуществляться с оглядкой на все эти параметры. Нельзя просто сказать, «этот процессор не загрузит эту карту, а этот загрузит». Всегда можно подобрать параметры игры и саму игру таким образом, чтобы опровергнуть или, напротив, доказать это утверждение. Поэтому, прежде всего, нужно определить сами параметры, которые вы используете (или собираетесь использовать) в играх. Что важнее лично для вас - скорость или качество? В какие игры вы предполагаете играть? Эти параметры, сами по себе, задают, что будет являться узким местом в системе и явно не представляя их, невозможно подобрать лучшую карту к данному CPU и наоборот.

Андрей Дерябин aka andser