tecLab-Report

26.03.2001 von Manuel Masiero und BERNHARD HALUSCHAK, NICO HARTMANN 
Eine Grafikkarte muss mit jeder Applikation fehlerfrei zusammenarbeiten, ganz gleich ob es sich um Spiele, Office- oder CAD-Software handelt - und versprochen wird hier vieles. Mit unseren Tests machen wir uns auf die Suche nach den Widersprüchen zwischen Marketing-Wunschdenken der Hersteller und Anwender-Realität vor Ort.

Die Produkte der aktuellen Grafikkartengeneration stellen eine Vielzahl von neuen Funktionen bereit. Diese neuen Technologien versprechen immer mehr Performance und Grafikqualität. AGP 4x, T&L und Sideband-Addressing sollen die Leistungsfähigkeit der Produkte steigern.

Tools und Benchmarkprogramme erlauben Rückschlüsse darauf, ob die verschiedenen Funktionen in den Karten überhaupt implementiert sind. Dass sie korrekt arbeiten oder aktiviert sind, ist damit aber noch nicht garantiert. tecChannel löst dieses Problem durch hohen messtechnischen Aufwand: mit Logic-Analyzer und digitalem Speicheroszilloskop kommt hier modernstes Laborequipment zum Einsatz. So werden beispielsweise Einblicke in die Funktionsweise des AGP-Ports auf Signalebene und Messungen des Speichertakts möglich. Hardwarespezifikationen von Grafikkarten sind auf diese Weise exakt zu überprüfen.

Detaillierte Benchmarktests verstehen sich von selbst. Auch wenn die Grafikkarten oft baugleich sind, unterscheiden sie sich doch häufig in der Firmware und den mitgelieferten Treibern. In diesen Fällen helfen ausführliche Benchmarks, die Geschwindigkeitsunterschiede festzustellen und die Qualität der Treiber und Firmware - sprich die Kompatibilität - zu testen.

Überblick

Alle Grafikkarten durchlaufen in unserem Labor einen exakt festgelegten Testprozess:

Für die Performance-Tests verwenden wir zwei identische Testplattformen mit den Betriebssystemen Windows98 SE und Windows 2000. Bis auf die Grafikkartentreiber sind alle notwendigen Programme bereits vorinstalliert. Das System wird für jeden Testkandidaten frisch eingerichtet. Dies stellt sicher, dass jede Grafikkarte unter den gleichen Bedingungen getestet wird.

Eine weitere Testplattform dient uns für die elektrischen Messungen. Dessen Mainboard Tyan Trinity 400 ist mit dem Chipsatz VIA Apollo Pro133 A mit AGP-4x-Unterstützung ausgestattet. Mit dem Logic-Analyzer überprüfen wir, ob Funktionen wie AGP 4x und Sideband-Addressing korrekt arbeiten. Anschließend ermitteln wir die Qualität des VGA-Signals mit dem digitalen Speicheroszilloskop LeCroy LC564A. Eine weitere Messung betrifft die Leistungsaufnahme des Grafikchips im Leerlauf und unter Last.

Die Bildqualität des S-Videoausgangs überprüfen wir mit einem Fernseher, dem Sony KV-25X3D. Zur Dokumentation der Testergebnisse grabben wir zusätzlich mit der Fast AV Master 2000 ein Testbild.

Eine detaillierte Liste der verwendeten Hardware finden Sie geordnet nach Testplattformen im Abschnitt Testkonfiguration.

2D-Benchmarks

Neben Spielen mit rechenintensiven 3D-Grafiken müssen moderne Grafikkarten auch klassische 2D-Applikationen wie Word oder Excel bewältigen. Die Performance in diesem Bereich ist heute allerdings kaum noch zu steigern. Die Karten liegen hier alle dicht beieinander, wie die Ergebnisse unserer Tests bestätigen. Die reine 2D-Performance kann demnach also nicht maßgeblich für eine Kaufentscheidung sein. Aus diesem Grund legt tecChannel gesteigerten Wert auf Kompatibilität und stabiles Funktionieren der Grafikkarten mit Anwendungen, die weit verbreitet sind.

Wir überprüfen die 2D-Kompatibilität und -Performance mit dem Benchmarkpaket SYSMark2000 der BAPCo unter Windows98 SE und Windows 2000. Diese Suite besteht aus aktuellen Anwenderprogrammen wie Corel Draw 9, Elastic Reality, Excel 2000, Natural Speaking Pref.4.0, Netscape Communicator, Paradox 9.0, Fotoshop 5.5, PowerPoint 2000, Premiere 5.1, Windows Media Encoder 4.0 und Word 2000.

Die Tests mit SYSmark2000 laufen bei einer Auflösung von 1024x768 Punkten, 32 Bit Farbtiefe und 100 Hz Bildwiederholfrequenz.

Die Video-Performance und -Qualität ermitteln wir mit dem Video2000 Benchmarkprogramm von MadOnion.

3D-Benchmarks

3D-Spiele stellen hohe Anforderungen an die Grafikkarten. Sie verlangen einen störungsfreien Datenstrom zwischen CPU, Speicher und Grafikkarte.

Die unter 3DMark2000 ermittelten Benchmarkwerte verdeutlichen, wie gut der Hersteller Grafikkarte und Treiber auf 3D-Software abgestimmt hat. Durch speicherintensive Tests wird zusätzlich der AGP-Bus stark beansprucht. Dies lässt Rückschlüsse auf versteckte Funktions- und Kompatibilitätsprobleme zu. Wir verwenden den 3DMark2000 von MadOnion mit seinen Voreinstellungen bei einer Auflösung von 1024x768 Punkten und einer Farbtiefe von 32 Bit. Bei allen 3D-Tests ist die V-Synchronisation ausgeschaltet.

Die in der Tabelle aufgeführten 3D-Spiele und -Demos setzen wir ein, um die 3D-Performance unter Praxisbedingungen zu ermitteln:

3D-Benchmarks

Spiel

Eingabemodus

Parameter

Expendable Retail-Version

Setup

Use Low Resolution Movies: Off Use Vertical Sync.: Off Start mit: go.exe - TimeDemo

Quake III Arena V1.17 Retail-Version

Command Line

TimeDemo 1 Start: im Menü Demo: DEMO001

Unreal Tournament Retail-Version Patch 420

Menü undCommand Line

TimeDemo Statistics: On Options Preferences Video: Details: High Min. Desired Framerate: 0 Eingabe: demoplay utbench

MDK2 Demo

Menü

Texturqualität: maximal Filterung: Trilinear Optionen:On Start: Testen-Button

Test Drive 6 Demo

Menü

Rendering: Textur Quality: Quality: On Disable Vsync: On übrige Optionen: Off Rasterizer: Best Available: On Testing: TimeDemo: On Start: OK-Button Spiel-Optionen: Default

Re-Volt Retail-Version Patch 1.10

Menü

Video-Settings Textures: 24 Bit Render-Settings Enable V-Sync: Off Start mit: revolt.exe -gamegauge

Die OpenGL-Leistung unter Windows98 und Windows 2000 prüfen wir weiter mit dem Benchmark Indy3D V3.0 von Sense8. Einen Official-Run führen wir bei einer Desktopauflösung von 1280x1024 Punkten durch.

Signalqualität

Ein wichtiges Kriterium für die Beurteilung einer Grafikkarte ist die Signalqualität des VGA-Ausgangs. Sie beeinflusst die Bildqualität in Form von Helligkeit, Kontrast und Schärfe.

Das tecChannel-Labor überprüft die Signalqualität mit einem 1-GHz-Digital-Oszilloskop, dem LeCroy LC564A. Bei einer Auflösung von 1280x1024 Bildpunkten und einer Farbtiefe von 8 Bit bei 85 Hz Bildwiederholfrequenz wird ein Testbild aufgerufen. Es besteht aus 1-Pixel-breiten, weißen vertikalen Linien, die durch einen schwarzen Zwischenraum gleicher Breite voneinander getrennt sind.

Als ideales Ausgangssignal müsste sich ein Rechteckverlauf mit einer Amplitude von 700 mV ergeben. Im Zuge der CE-Pflicht sind diese Idealvorgaben aber nicht zu realisieren. Hersteller, die für ihr Produkt das CE-Prüfsiegel wollen, müssen hochfrequente Oberwellen unterdrücken. Also bauen sie Dämpfungsglieder wie Kondensatoren und Spulen ein, die das Signal am Ausgang der Karte verformen und somit die Bildqualität negativ beeinflussen.

Die Flankensteilheit des Ausgangssignals ist ein gutes Maß für die Signalqualität. Je geringer die Anstiegs- oder Abfallzeit (Rise- und Fall-Time), desto besser.

Das Oszilloskop-Timing zeigt das RGB-Ausgangssignal einer Grafikkarte. Die drei überlagerten Signalkurven sind weit von der Idealform eines Rechteckverlaufs entfernt. Dies bestätigen auch die ermittelten hohen Werte für die Flankenanstiegs- und Abfallzeit. Die gelbe 0-Volt-Line (Ground) liegt auf dem zweiten Messraster von unten. Der dargestellte Signalverlauf hat wie gefordert keinen Offset, da er genau auf dieser Linie liegt. Eine hohe Offset-Spannung führt dazu, dass die Monitorhelligkeit nicht bis zur absoluten Dunkelheit heruntergeregelt werden kann. Die Deckungsgleichheit der drei Signale Rot, Grün und Blau vermeidet Farbverfälschungen bei der Bildwiedergabe.

AGP-Port

Die Grafikkarten sind mit einer Vielzahl von Funktionen ausgestattet, um den Prozessor zu entlasten und/oder die Performance des Systems zu steigern. Hierzu zählen die AGP-Modi 1x, 2x und 4x und das Sideband-Addressing. In unserem Report Das bringt AGP 4x finden Sie weiterführende Informationen hierzu.

Um die Features des Grafikchips abzufragen, gibt es diverse Software-Utilitys. Diese können bestimmte Register des Grafikprozessors auslesen und das Ergebnis anzeigen. Großer Nachteil dabei: Eine Funktionskontrolle findet nicht statt.

tecChannel überprüft mit Hilfe des Logic-Analyzers Tektronix TLA704 alle relevanten Signale des AGP-Ports. Aus dem Timingverhalten lässt sich die korrekte Funktionsweise der Schnittstelle eindeutig ableiten. Das Bild zeigt einen typischen Signalverlauf im AGP-4x-Modus mit Sideband-Addressing.

Im AGP-4x-Modus arbeiten die vier Address-Strobesignale AD_STB mit einer Frequenz von 133,3 MHz, was einer Periodendauer von 7,5 ns entspricht. Sie übertragen die Daten mit der positiven und negativen Taktflanke, wie das auch bei AGP 2x der Fall ist. Die Frequenz der Strobeleitungen beträgt bei AGP 2x aber nur 66,6 MHz bei einer Zykluszeit von 15 ns. AGP 1x funktioniert ohne Address-Strobesignale.

Ob Sideband-Addressing unterstützt wird, erkennt man an den Signalwechseln der beiden SB_STB-Leitungen, von denen mindestens eine eingesetzt werden muss.

Leistungsaufnahme

Ein allseits bekanntes Problem der hoch gezüchteten AGP-Grafikkarten ist die Stromversorgung. Grafikchips wie GeForce2 GTS oder VSA-100 haben eine sehr hohe Leistungsaufnahme. Die notwendigen hohen Ströme muss der AGP-Slot des Mainboards liefern. Dazu stehen zehn 3,3-, zwei 5- und eine 12-Volt-Leitungen zur Verfügung. Letztere ist nur als Hilfsspannung gedacht und dient nicht der Stromversorgung des Grafikchips. Die Höhe der Stromstärke ist in der AGP-Spezifikation Revision 2.0 genau festgelegt. Die Tabelle zeigt Ihnen einen Auszug.

AGP-Spezifikation der Stromversorgung

Leitung

Funktion

Min.

Max.

Strom

Exakt festgelegt: AGP-Spezifikation für die Stromversorgung der Grafikkarte

VCC3.3

3,3-Volt-Versorgung

3,15 V

3,45 V

Imax=6,0 A

VCC5

5-Volt-Versorgung

4,75 V

5,25 V

Imax=2,0 A

Die theoretische Gesamtleistung für den AGP-Steckplatz beträgt demnach:

3,3 V x 6,0 A + 5 V x 2,0 A = 29,8 W

Wegen des kritischen Timings am AGP-Port kann die Leistungsaufnahme der Grafikkarte nicht über einen AGP-Zwischenadapter gemessen werden. Deshalb führen wir eine Differenzmessung durch. Dazu benutzen wir ein Board, dessen Leistungsaufnahme zuvor mit einer PCI-Karte bestimmt wurde. Die Leistungsaufnahme der PCI-Karte ist bekannt und somit auch die des Systems ohne Grafikkarte. Aus der Differenz im Betrieb mit der zu testenden AGP-Karte ergibt sich dann deren Leistungsaufnahme.

Bei diesem Verfahren ermitteln wir nur die Grundleistung im Leerlauf der Grafikkarten bei gleich bleibendem Bildinhalt des Windows-98-Desktops. Zusätzlich setzen wir das grafikintensive Programm 3DMark2000 ein, um den Leistungsverbrauch unter Last zu ermitteln. Allerdings steigt dabei auch der Leistungsbedarf des Prozessors, Chipsatzes und der Treiberbausteine an. Die gemessenen Werte dienen somit nur als Orientierungshilfe für den Leistungsbedarf unter Last.

Die Messwerte liefern einen Hinweis auf potenzielle Kompatibilitätsprobleme mit Mainboards. Je mehr Leistung eine AGP-Grafikkarte aufnimmt, desto mehr Vorsicht ist beim Einsatz in einem älteren Mainboard geboten.

S-Videoausgang

Viele Grafikkarten haben einen Videoausgang für den Anschluss an einen Fernseher. In den meisten Fällen handelt es sich um eine S-Video-out-Buchse, auch SVHS-Buchse genannt. Bei dieser Verbindung werden die notwendigen Signale (Helligkeits- und Farbinformation) über zwei getrennte Leitungen zum Empfänger geschickt. Beim Video-out oder Composite-out in Form einer Cinch-Buchse geschieht dies über nur eine Signalleitung. Die S-Video-Buchse liefert ein besseres Bild und ist deshalb vorzuziehen.

Da viele Anwender mittlerweile zum Spielen den heimischen Fernseher über die Grafikkarte am Rechner betreiben, bewerten wir auch die Bildqualität über die S-Video-out-Buchse. Die Aufnahme im untenstehenden Bild wurde mit der Fast AV Master 2000 gemacht.

Wir beurteilen die Bildqualität mit Hilfe des Fernsehers Sony KV-25X3D mit S-Videoeingang. Die Bildwiedergabe wird vorher im Treibermenü der Filterfunktionen optimiert. Um die Ergebnisse zu dokumentieren, grabben wir die Bilder mit der Fast-Karte.

Die wichtigsten Beurteilungskriterien sind: Kontrast, Farbwiedergabe, Bildflackern, Helligkeitssteuerung und Positionierung des Bildes auf dem Fernsehschirm.

Testkonfiguration Software

Alle Grafikkarten werden von uns in einer exakt festgelegten Konfiguration getestet. Die verwendeten Betriebssysteme sind Windows98 SE mit DirectX 8.0 und Windows 2000.

In der Messplattform mit Chipsatz VIA Apollo Pro133 A und Windows98 SE verwenden wir das VIA-Servicepack 4in1-Version 4.25a. Diese Plattform unterstützt AGP 4x.

Die 2D-Performance testen wir mit dem Applikationsbenchmark BAPco SYSmark 2000 in einer Auflösung von 1024x768 Punkten und 32 Bit Farbtiefe.

Mit dem Benchmark 3DMark2000 Pro und Indy3D prüfen wir die 3D-Leistung unter beiden Betriebssystemen. Zusätzlich verwenden wir unter Windows2000 3D Studio MAX, um die Kompatibilität und die 3D-Unterstützung zu testen.

Die Video-Qualität und -Performance messen wir mit dem Video2000 Benchmarkprogramm von MadOnion in einer Auflösung von 1024x768 Punkten und 32 Bit Farbtiefe. Das Ergebnis ist je ein numerischer Wert.

Um die 3D-Performance unter Praxisbedingungen zu ermitteln, setzen wir eine Vielzahl von aktuellen 3D-Spielen wie Quake III Arena, Unreal Tournament, MDK2, Test Drive 6, Expendabe und Re-Volt ein. Alle Spiele haben einen Framecounter, der die Bildrate in fps ausgibt.

Die Bildwiederholfrequenz beträgt bei Auflösungen bis 1024x768 Punkten in allen Farbtiefen 100 Hz. Bei höheren Auflösungen maximal 85 Hz. Alle Anwendungen laufen mit abgeschalteter V-Synchronisation und aktiviertem Sound.

Die Referenzplattformen für alle Grafikkarten sind exakt definiert. Um Ihnen unsere Testkonfigurationen transparent zu machen, finden Sie nachfolgend eine detaillierte Liste der verwendeten Komponenten und Treiberversionen. (hal)

Testkonfiguration: Benchmarkplattform 1

Komponente

Daten

Mainboard

Epox EP-8KTA

Serien-Nr.

--

Firmware

09/26/2000-8363-686A-6A6LMPA9C-00

Sonstiges

Sockel A, Rev: 0.2

Prozessor

AMD Athlon A0850APT3B (850 MHz)

Serien-Nr.

91551650100

Firmware

--

Sonstiges

ADEA0021EPHW

RAM

Wichmann WorkX MXK512S / PC133

Serien-Nr.

200006

Firmware

--

Sonstiges

1 x 256 MByte

Soundkarte

TerraTec XLerate Pro

Serien-Nr.

1293900011593

Firmware

---

Sonstiges

Rev. C / 4.06.2016 / 13.03.1999

Netzwerkkarte

3Com Fast Etherlink 3C905B-TX

Serien-Nr.

6TQ2E9F466

Firmware

Hardware-Ver.: 048

Sonstiges

Rev. A / 4.10.2222 / 05.05.1999

Festplatte 1

IBM DJNA-351520

Serien-Nr.

GLT0N167

Firmware

--

Sonstiges

15,2GB

Festplatte 2

IBM DJNA-351520

Serien-Nr.

GLT0N085

Firmware

--

Sonstiges

15,2GB

DVD-ROM

Pioneer DVD-303S-A

Serien-Nr.

TET0137971WL

Firmware

1.09

Sonstiges

---

Floppy

Teac FD-235HF

Serien-Nr.

E081326

Firmware

--

Sonstiges

3,5"

Netzteil

Channel Well Technology CWT 235ATX

Serien-Nr.

96001427

Firmware

---

Sonstiges

235 W

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Serien-Nr.

G0624874 1L28 4 3

Firmware

---

Sonstiges

---

Maus

Logitech M-S35

Serien-Nr.

LZA84352096

Firmware

---

Sonstiges

3-Tasten

Testkonfiguration: Benchmarkplattform 2

Komponente

Daten

Mainboard

Epox EP-8KTA

Serien-Nr.

--

Firmware

09/26/2000-8363-686A-6A6LMPA9C-00

Sonstiges

Sockel A, Rev: 0.2

Prozessor

AMD Athlon A0850APT3B (850 MHz)

Serien-Nr.

91551650090

Firmware

--

Sonstiges

ADEA0021EPHW

RAM

Wichmann WorkX MXK512S / PC133

Serien-Nr.

200006

Firmware

--

Sonstiges

1 x 256 MByte

Soundkarte

TerraTec XLerate Pro

Serien-Nr.

1293900011207

Firmware

---

Sonstiges

Rev. C / 4.06.2016 / 13.03.1999

Netzwerkkarte

3Com Fast Etherlink 3C905B-TX

Serien-Nr.

6TQ2E9F59D

Firmware

Hardware-Ver.: 048

Sonstiges

Rev. A / 4.10.2222 / 05.05.1999

Festplatte

IBM DJNA-351520

Serien-Nr.

GLT0M316

Firmware

--

Sonstiges

15,2GB

Festplatte

IBM DJNA-351520

Serien-Nr.

GLT0N214

Firmware

--

Sonstiges

15,2GB

DVD-ROM

Pioneer DVD-303S-A

Serien-Nr.

TET0137978WL

Firmware

1.09

Sonstiges

---

Floppy

Teac FD-235HF

Serien-Nr.

E081325

Firmware

--

Sonstiges

3,5"

Netzteil

Channel Well Technology CWT 235ATX

Serien-Nr.

96001700

Firmware

---

Sonstiges

235 W

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Serien-Nr.

G0624874 1L28 4 3

Firmware

---

Sonstiges

---

Maus

Logitech M-S35

Serien-Nr.

LZA84352047

Firmware

---

Sonstiges

3-Tasten

Testkonfiguration: Messplattform

Komponente

Daten

Mainboard

Tyan Trinity 400 S1854

Serien-Nr.

TY0971010041

Firmware

Rev. 1.07 (17.04.2000)

Sonstiges

Slot 1, Rev: D

Prozessor

Pentium III 600B

Serien-Nr.

99360107-0282

Firmware

--

Sonstiges

--

RAM

Hyundai 128 MByte PC133

Serien-Nr.

70128 0 0203

Firmware

--

Sonstiges

1 x 128 MByte

Festplatte

IBM DTLA-305020

Serien-Nr.

YEL01233

Firmware

--

Sonstiges

20,5 GByte

CD-ROM-Laufwerk

ASUS CD-S500/A 50x max

Serien-Nr.

05DG010531

Firmware

--

Sonstiges

50 x

Floppy

Teac FD-235HF

Serien-Nr.

E081317

Firmware

--

Sonstiges

3,5"

Netzteil 1

Channel Well Technology ATX-230

Serien-Nr.

97131035

Firmware

---

Sonstiges

230 W

Netzteil 2

Lanya Scienoe Computer PD-230W

Serien-Nr.

SN: 93100757

Firmware

---

Sonstiges

230 W

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Serien-Nr.

G 0064307 4 L28 3 1

Firmware

---

Sonstiges

---

Maus

Logitech M-S35

Serien-Nr.

LZA84352011

Firmware

---

Sonstiges

3-Tasten

Testkonfiguration: Skalierplattform

Komponente

Daten

Mainboard

Siemens D1127

Serien-Nr.

02513872

Firmware

Version 4.06 Rev. 1.05.1127 / 25.05.2000

Sonstiges

Slot 1

Prozessor

Pentium III

Serien-Nr.

0000E6AAAF24FD98

Firmware

--

Sonstiges

--

RAM

Kingston RDRAM 800 MHz

Serien-Nr.

991124139

Firmware

--

Sonstiges

1 x 128 MByte RIMM

CD-ROM

ASUS CD-S500/A 50x max

Serien-Nr.

05DG010534

Firmware

--

Sonstiges

50x

Festplatte

IBM Deskstar DTLA-305020

Serien-Nr.

YE0A0816

Firmware

--

Sonstiges

20,5 GByte

Floppy

Teac FD-235HF

Serien-Nr.

N927302

Firmware

--

Sonstiges

3,5"

Soundkarte

Soundblaster PCI 128 (Modell CT4810)

Serien-Nr.

M4810020205541

Firmware

Sonstiges

Soundchip Soundblaster CT2518-DBQ

Netzwerkkarte

OSCAR

Serien-Nr.

944SR00 12 UE1211D-TX-0 670192+042

Firmware

--

Sonstiges

Realtech RTL8193B

Netzteil

Channel Well Technology CWT-235ATX-A

Serien-Nr.

01004840

Firmware

--

Sonstiges

235 W

Tastatur

Cherry RS 6000 M

Serien-Nr.

G1131553 4M13 4 3

Firmware

--

Sonstiges

--

Maus

Logitech M-S35

Serien-Nr.

LZE00109067

Firmware

--

Sonstiges

3-Tasten