Vergleichstest - PCIe x16 / PCIe x4

Oft ist die Rede davon, dass PCIe X4 eine Grafikkarte stark bremst und das solche Boards nicht wirklich für ein Multi-GPU System geeignet sind. Nach einem Gespräch mit Viper, wo es unter anderem darum ging, welches Board für CF die beste Alternative ist, kam mir die Idee, mal zu testen, inwiefern sich die (angebliche) Leistungsbremse wirklich äußert.

Als Testsytem kommt mein Hauptrechner zum Einsatz, es handelt sich zwar nicht um High-End Hardware, aber um die Leistungsunterschiede herauszufinden, sollte es reichen. Hier nochmal ein Überblick über die Hardware:

AMD Phenom II X4 955 Black Edition @ 3,6 Ghz
Gigabyte GA-970A-UD3
2* 4GB DDR3-1333 TeamGroup Elite
Gigabyte Radeon HD6870 Windforce3X OC (915/1050 Mhz | OC 950/1150Mhz)
OCZ ModXStream Pro 600W
Western Digital Caviar RE WD2500YD (Systemplatte)
Windows 7 Professional SP1 64
Catalyst 13.4



Als Benchmarks kommen folgende Tools und Spiele zum Einsatz:
3DMark Vantage
3DMark 11

Far Cry 2 Benchmark Tool
Metro 2033 Benchmark Tool
Resident Evil 6 Benchmark Tool




Die verwendeten Tools zum Auslesen der Daten sind:
CPU-Z 1.64.0 x64
GPU-Z v0.7.1
MSI Afterburner 2.3.1



Anders als in diversen Grafikkartentests, fange ich nicht mit den synthetischen Benchmarks an, sondern eher mit den Praxisnahen. Der Grund dafür ist, dass 3DMark zwar gern verwendet wird, aber es nicht wirklich die Leistung einer Grafikkarte in der Praxis wiederspiegelt. Ein gutes Beispiel dafür ist, dass ich mit meiner HD6870 bei Standardtakt eine GTX480 zum Teil locker hinter mir lasse, in der Praxis sieht das ganze aber anders aus.




Den Anfang macht das Resident Evil 6 Benchmark Tool, getestet wurde zunächst mit PCIe x16. Der erste Durchlauf war mit den Standardtaktraten meiner HD6870 (915Mhz/1050Mhz), der zweite Durchlauf war mit OC der HD6870 (950Mhz/1150Mhz). Nachdem ich das Ergebnis gesehen hatte, kam mir die Idee eine HD6850 (775Mhz/1000Mhz) durch untertakten zu simulieren. Das ist zwar nicht so richtig repräsentativ (deshalb sind diese Ergebnisse in einem Spoiler, damit es hier nicht den Rahmen sprengt), aber es hat genau das bestätigt, was ich mir dachte, Resident Evil 6 profitiert stark vom Chiptakt der Grafikkarte, der Speichertakt spielt eine eher untergeordnete Rolle, wie im vierten Durchlauf (@ 775Mhz/1150Mhz) sichtbar wurde.


PCIe x16 @ 915/1050 Mhz PCIe x4 @ 915/1050 Mhz



PCIe x16 @ 950/1150 Mhz PCIe x4 @ 950/1150 Mhz



Ergebnisse mit einer simulierten HD6850:

Spoiler

PCIe x16 @ 775/1150 Mhz PCIe x4 @ 775/1150 Mhz


PCIe x16 @ 775/1000 Mhz PCIe x4 @ 775/1000 Mhz

Wie zu erwarten war, erreicht die HD6870 bei PCIe x4, weniger Punkte. Aber dennoch ist es kein so großer Unterschied, mit durchschnittlich 3,7%, was aber mit leichtem OC beim Chiptakt ausgeglichen werden kann, der Speichertakt ist zumindest hier eher unwichtig.






Auch wenn Far Cry 2 bereits etwas in die Jahre gekommen ist, war das mitgelieferte Benchmark Tool ideal, unter anderem weil die PCIe Anbindung hier eine wichtige Rolle spielt.

Settings:

Spoiler

Demo(Ranch Small), 1680x1050 (60Hz), D3D10, Fixed Time Step(No), Disable Artificial Intelligence(No), Full Screen, Anti-Aliasing(8x), VSync(No), Overall Quality(Very High), Vegetation(Very High), Shading(Very High), Terrain(Very High), Geometry(Very High), Post FX(High), Texture(Very High), Shadow(Very High), Ambient(High), Hdr(Yes), Bloom(Yes), Fire(Very High), Physics(Very High), RealTrees(Very High)

PCIe x16 @ 915/1050 Mhz
Average Framerate: 77,55
Max. Framerate: 111,75
Min. Framerate: 62,34



PCIe x4 @ 915/1050 Mhz
Average Framerate: 68,76
Max. Framerate: 96,02
Min. Framerate: 54,15



PCIe x16 @ 950/1150 Mhz
Average Framerate: 80,81
Max. Framerate: 118,04
Min. Framerate: 62,48



PCIe x4 @ 950/1150 Mhz
Average Framerate: 70,94
Max. Framerate: 99,46
Min. Framerate: 55,96




Weitere Ergebnisse:

Spoiler

PCIe x16 @ 775/1150 Mhz
Average Framerate: 74,45
Max. Framerate: 105,69
Min. Framerate: 58,68




PCIe x4 @ 775/1150 Mhz
Average Framerate: 65,30
Max. Framerate: 93,36
Min. Framerate: 51,50




PCIe x16 @ 775/1050 Mhz
Average Framerate: 72,18
Max. Framerate: 101,88
Min. Framerate: 56,93




PCIe x4 @ 775/1050 Mhz
Average Framerate: 63,11
Max. Framerate: 91,43
Min. Framerate: 49,53

Wie anfangs erwähnt, profitiert Far Cry 2 stark von einer höheren PCIe-Anbindung, sodass selbst eine HD6850 mit PCIe x16 schneller wäre, wie eine übertaktete HD6870 @ 950/1150Mhz. Was sich speziell auch an den Differenzen der FPS Zahlen und den prozentualen Unterschieden zeigt. Duchschnittlich 13,77% ist die HD6870 langsamer als mit PCIe x16.



Da Metro 2033 auch heute noch so gut wie jeden PC in die Knie zwingen kann, kommt es ebenfalls zum Einsatz.


PCIe x16 @ 915/1050 Mhz
Average Framerate: 43.67
Max. Framerate: 116.00
Min. Framerate: 3.38



PCIe x4 @ 915/1050 Mhz
Average Framerate: 41.67
Max. Framerate: 80.10
Min. Framerate: 6.30



PCIe x16 @ 950/1150 Mhz
Average Framerate: 45.33
Max. Framerate: 86.72
Min. Framerate: 3.63


PCIe x4 @ 950/1150 Mhz
Average Framerate: 43.00
Max. Framerate: 86.99
Min. Framerate: 4.72



Weitere Ergebnisse:

Spoiler

PCIe x16 @ 775/1150 Mhz
Average Framerate: 41.00
Max. Framerate: 76.27
Min. Framerate: 4.46




PCIe x4 @ 775/1150 Mhz
Average Framerate: 39.00
Max. Framerate: 71.83
Min. Framerate: 6.87



PCIe x16 @ 775/1050 Mhz
Average Framerate: 39.67
Max. Framerate: 72.73
Min. Framerate: 0.38




PCIe x4 @ 775/1050 Mhz
Average Framerate: 38.33
Max. Framerate: 73.03
Min. Framerate: 5.17

Einen wirklich großen Unterschied macht es bei Metro nicht, ob die Grafikkarte in einem PCIe x16 oder einem PCIe x4 Slot steckt, zumindest unter den hier gegebenen Voraussetzungen. Bei einem durchschnittlichen Unterschied von 4,35% und lediglich 1,7 FPS spielt die Anbindung hier keine wirkliche Rolle, viel wichtiger ist bei Metro eine starke Grafikkarte, bzw hier in diesem Fall ein höherer Chiptakt. Was man auch an der FPS Zahl der übertakteten HD6870 im Vergleich zur simulierten HD6850 sieht, hier sind es durchaus bemerkbare 5,66 FPS Unterschied.




Kommen wir den synthetischen Benchmarks. Ich habe zur Vorsicht jeden Durchlauf 3 Mal wiederholt, gerade weil 3DMark in dieser Beziehung gern mal sehr merkwürdige Ergebnisse liefert (kleines Beispiel, direkt danach). Ich habe hier die simulierte HD6850 ausgelassen, weil es sonst zuviel werden würde.

Den Anfang macht 3DMark Vantage;

PCIe x16 @ 915/1050 Mhz




PCIe x4 @ 915/1050 Mhz



PCIe x16 @ 950/1150 Mhz



PCIe x4 @ 950/1150 Mhz




Zu guter Letzt kommt 3DMark 11 zum Einsatz, wo ich die OC-Durchläufe zunächst lassen wollte, denn viel bringt es bei der HD6870 nicht, wenn ich diese übertakte und 3DMark 11 laufen lasse, mit Glück (und OC der HD6870 @ 975/1175) knappe 4500 Punkte.

PCIe x16 @ 915/1050 Mhz




PCIe x4 @ 915/1050 Mhz



Wie hier sehr gut zu sehen ist, macht es auch hier kaum einen Unterschied, ob es sich um PCIe x16 oder PCIe x4 handelt. Auch wenn es einen Leistungsunterschied gibt, ist dieser zumindest bei 3DMark nicht allzu groß. Die Werte von Vantage sind zwar zum Teil ein kleines Stück auseinander, aber erwähnt werden muss hier, dass ich jeweils den Durchlauf verwendet habe, der die meisten Punkte brachte.




Fazit:
Grundsätzlich stand das Fazit vorher schon fest, aber was mich hier vor Allem gereizt hat, war herauszufinden, wie hoch der Leistungsunterschied tatsächlich ist. Klar ist und war, das PCIe x16 durchweg schneller sein wird, aber was mich wirklich überrascht hat war, dass es bei Far Cry 2 einen so großen Unterschied ausmacht, dass sogar eine HD6850 schneller ist wie eine HD6870. Im Durchschnitt lag der Leistungsunterschied aber nur bei ca 3% (Far Cry 2 mal außen vor). Getestet habe ich heute auch Skyrim und Dragon Age 2, da sah es im Groben genauso aus wie bei Metro, die Unterschied waren jeweils nur zwischen 1-3 FPS, was im Groben nicht wirklich stört.

Je schwächer die Grafikkarte, desto weniger spielt die Anbindung eine Rolle. Allerdings muss man auch erwähnen, dass die Anbindung umso wichtiger wird, wenn eine stärkere Grafikkarte verbaut ist. Speziell was CF betrifft ist es zwar zu empfehlen eine höhere Anbindung zu haben, aber je nachdem was gespielt wird, macht es keinen allzu großen Unterschied.














​

 

Ja, das denke ich grundsätzlich auch. Was CF betrifft, das hatte ich ursprünglich auch vor zu testen, nur hat mein Netzteil nicht genügend Anschlüsse und einen passenden Adapter habe ich nicht mehr, denn die einzige Möglichkeit die ich dazu hätte, wäre momentan meine alte HD3850 mit meiner HD3870X2 Atomic, die lange mit einem WaKü Leck im Schrank lag, laufen zu lassen. Theoretisch wäre das zwar alles möglich gewesen, wenn ich das Enermax Pro 82+ aus meinem Zweitrechner nehmen würde, aber ich hatte ehrlich gesagt keine Lust alles umzubauen.

Klar ist aber, je stärker die GPU, desto wichtiger ist auch die Anbindung. Allerdings kommt es zu einem großen Teil auch auf die jeweilige Anwendung, bzw dessen Engine an, wie groß der Unterschied tatsächlich ist. Aber was ich bei den Tests mehrfach gesehen habe, war auch, dass der Unterschied in den meisten Fällen(zumindest in meinem Fall) sehr einfach mit einer Erhöhung des Chiptaktes ausgeglichen werden kann.

 

Ich werde den Thread bald mal aktualisieren und neue Spiele mit einbauen und gleichzeitig auch mit einer (aktuellen) GPU testen. Theoretisch ist die HD7970 zwar mittlerweile etwas älter, aber ist ja nichts anderes wie die 280X, deshalb passt das denke dann schon.

Zudem werde ich dann auch einige andere synthetische Benchmarks einbauen, z.B. das aktuelle 3DMark und den aktuellen Heaven Benchmark.



Der Grund dafür ist, dass mich das grundsätzliche Thema, wie viel Leistung durch eine schlechtere PCIe Anbindung verloren geht, durchaus interessiert. Welche Spiele ich aber dann teste, weiß ich momentan noch nicht. Mit dabei sein wird aber definitv Skyrim mit Grafikmods und DA-Inquisition.

 

Den einzigen "Speicherfresser" den ich aktuell hier habe, ist Skyrim mit diversen Grafikmods. Ich hatte auch schon überlegt evtl ein solches Spiel mitaufzunehmen, das Problem ist nur, dass ich es mir dann extra für den Test kaufen müsste.

Ursprünglich hatte ich auch den Gedanken einen Test zu machen, um den Unterschied der Anbindung zwischen DX11 und Mantle herauszufinden, aber auch hier habe ich momentan nur ein Spiel, dass Mantle unterstützt, Dragon Age Inquisition. Nur hier kommen wir dann auch gleich zum nächsten Problem, ich kann Mantle gar nicht erst im Menu auswählen, die Schaltfläche bleibt einfach grau, trotz aktuellem Treiber.

 

Downsampling ist eine gute Idee, das mit einzubauen. Ist halt nur die Frage, mit welchen Spielen. DA-I fällt da dann leider raus, weil die HD7970 dafür letztlich dann nicht wirklich genug Leistung hat, bzw der Phenom bei DA-I zu stark limitiert.

 

Das Problem ist, dass die Leistung des Phenom in jeder Situation reicht, nur DA-I belastet so ziemlich alles, was sich im Rechner befindet. Mit Mantle hätte ich da den Vorteil, dass die CPU-Last etwas sinkt. Klar der Phenom ist "alt", aber ich denke mit OC sollte das reichen.

Bis jetzt bin ich mir nichtmal wirklich sicher, welche Spiele ich überhaupt testen soll. Ich will halt möglichst Spiele, die GPU-lastig sind. Womit bspw TDU 1/2 aufjeden Fall ausscheiden.

 

An den Autor: Wie genau funktioniert die PCIe Burfication Option unter dem Menüpunkt Settings -> IO Ports -> PCIE Bifurcation Support ?

Werden die 16 CPU PCIe Lanes mit der Einstellung x8/x4/x4 auf die drei mechanischen x16 PCIe Slots aufgeteilt?

x16 = x8 (cpu lanes)
x16 = x4 (cpu lanes)
x16 = x4 (cpu lanes)

Oder wird nur der erste mechanische x16 PCIe Slot mit einer ensprechenden Risercard in x8/x4/x4 gesplittet?

x16 = x8/x4/x4 (cpu lanes)
x16 = x0 (deaktiviert)
x16= x4 (chipset)

 

28-Lane CPU-
3 x PCIe 3.0/2.0 x16 (x16, x16/x8, x8/x8/x8)
2 x PCIe 2.0 x16 (x1 mode)
1 x PCIe 2.0 x4 (max at x4 mode) *2

Also Graka sollte danach ja mit x16 angebunden sein inkl. ssd. Die pci-e ssd kommt dann in den "1 x PCIe 2.0 x4 (max at x4 mode) *2" slot? <:

 

Habe eine frage : Riser karten verlängern ja den pcie Steckplatz ! wenn x16 riser kabel in pcie x4 verlängert wird , gibt es die x4 anbindung oder kann es nur speziell auf pcie x16 steckplätze angewendet werden ?

 

zEph schrieb: 28-Lane CPU- 3 x PCIe 3.0/2.0 x16 (x16, x16/x8, x8/x8/x8) 2 x PCIe 2.0 x16 (x1 mode) 1 x PCIe 2.0 x4 (max at x4 mode) *2 Also Graka sollte danach ja mit x16 angebunden sein inkl. ssd. Die pci-e ssd kommt dann in den "1 x PCIe 2.0 x4 (max at x4 mode) *2" slot? <: Zum Vergrößern anklicken....

Da wäre die dann aber aber nur mit PCIe 2.0 Lanes angebunden, wenn Du nur eine Graka hast, dann würde ich den Slot nehmen der diese Aufteilung ermöglich und dann x8 ist:
"3 x PCIe 3.0/2.0 x16 (x16, x16/x8, x8/x8/x8)"
Damit hat die Graka weiter 16 Lanes und die PCIe SSD wird mit 4 PCIe 3.0 Lanes optimal versorgt.

 

@firewalker2k Bei der Produktbeschreibung von Geizhals für die B550-E steht:

2x PCIe 4.0 x16 (1x x16, 1x x8),
1x PCIe 3.0 x16 (x4),
2x PCIe 3.0 x1,

1x M.2/M-Key (PCIe 4.0 x4/SATA, 22110/2280/2260/2242),
1x M.2/M-Key (PCIe 3.0 x4/SATA, 22110/2280/2260/2242)

Wenn ich es richtig verstanden habe hat ein M.2 Slot die PCIe 4.0 Anbindung. Die Zweite wird dann mit PCIe 3.0 angebunden.