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Doom 2016 - OpenGL versus Vulkan-Benchmarks

Doom unterstüzt mittlerweile neben der OpenGL-Grafikschnittstelle auch den Nachfolger Vulkan, der ähnlich wie DirectX 12 für bessere Performance sorgen soll. Wir vergleichen OpenGL mit Vulkan in Doom und zeigen mit Benchmarks, ob das gelingt.

von Nils Raettig,
13.07.2016 16:00 Uhr

Doom lief zum Release nur unter der Grafikschnittstelle OpenGL. Mittlerweile unterstützt das Spiel auch den OpenGL-Nachfolger und DX12-Konkurrenten Vulkan, der vor allem für bessere Performance sorgen soll.Doom lief zum Release nur unter der Grafikschnittstelle OpenGL. Mittlerweile unterstützt das Spiel auch den OpenGL-Nachfolger und DX12-Konkurrenten Vulkan, der vor allem für bessere Performance sorgen soll.

Die Open-Source Grafikschnittstelle Vulkan ist seit dem letzten Patch in Doom alternativ zum OpenGL-Vorgänger auswählbar. Sie soll die vorhandene Hardware im Vergleich zu OpenGL besser ausnutzen und so die Grafik-Performance verbessern. Damit verfolgt sie einen ganz ähnlichen Ansatz wie seinerzeit AMDs Mantle (von dem Vulkan einen guten Teil übernommen haben soll) und gegenwärtig der Grafikteil von Microsofts DirectX 12.

Um zu überprüfen, wie gut Vulkan in Doom funktioniert, haben wir Benchmarks mit verschiedenen Grafikkarten und Prozessoren durchgeführt. Da Tools wie Fraps oder DXtory noch nicht kompatibel zu der neuen Schnittstelle sind, mussten wir dabei auf das interne Benchmark-Tool von Doom zurückgreifen.

So viel sei schon an dieser Stelle verraten: Die Leistungsgewinne unter Vulkan sind grade bei AMD-Grafikkarten teilweise beeindruckend hoch, ohne dass sich die grafische Qualität des Spiels verschlechtern würde.

Die Ausgangssituation

Die so genannten »Low Level APIs« Mantle und DirectX 12 haben in ersten Tests bei Spielen wie Battlefield 4, Thief oder Ashes of the Singularity je nach Hardwarekonstellation durchaus vielversprechende Ergebnisse hervorgebracht. Die Eindrücke aus den bislang veröffentlichten DirectX 12-Spielen wie Hitman oder Rise of the Tomb Raider sind dagegen eher durchwachsen.

RX 480: OpenGL In dieser recht anspruchsvollen Szene aus dem Singleplayer-Level »Gießerei« erreicht die Radeon RX 480 unter OpenGL knapp 60 fps.

Vulkan Mit dem Nachfolger Vulkan sind es dagegen über 80 fps! Einziger optischer Unterschied sind die etwas dunkleren Schatten.

GTX 1070: OpenGL Die sehr schnelle Geforce GTX 1070 liegt unter OpenGL ungefähr auf dem Leistungsniveau der RX 480 unter Vulkan.

Vulkan Wechseln wir zu Vulkan, profitiert auch die GTX 1070 spürbar, aber nicht in vergleichbar starkem Maß wie die RX 480.

Szene 2, GTX 1070: OpenGL Diese weniger anspruchsvolle Szene stammt aus dem Level »Die Totenstadt«. Unter OpenGL erreicht die GTX 1070 satte 152 fps...

Vulkan ...unter Vulkan sind es nur minimal höhere 155 fps. Die Radeon-Modelle profitieren dagegen auch in dieser Szene klar von Vulkan.

Grafikkarten von AMD stehen dabei noch am besten da, sie profitieren teils stark von DX12 und liefern dann spürbar höhere fps ab. Bei Nvidia-Grafikkarten ist das dagegen deutlich seltener der Fall, auch wenn die neuen Pascal-Grafikkarten hier etwas Boden auf AMD gut machen können (siehe auch unseren Artikel »DirectX 12 Performance - Was leisten die neuen Geforce-Karten?«).

Teilweise kommt es sogar vor, dass Grafikkarten unter DirectX 12 langsamer als unter DirectX 11 sind, wovon je nach Spiel und Hardware-Konstellation sowohl AMD-Modelle als auch Nvidia-Karten betroffen sind. Da überrascht es kaum, dass die DirectX 12-Unterstützung von den Entwicklern häufig noch als nicht final deklariert wird.

Der OpenGL-Nachfolger Vulkan will das als geistiger Bruder von Mantle besser machen, zu den kompatiblen Spielen zählen bislang neben Doom nur wenige Titel wie The Talos Principle oder Dota 2. Die Vulkan-Unterstützung in Doom wird gleichzeitig noch weiter von den Entwicklern überarbeitet.

So funktioniert die auch unter DirectX 12 wichtige Funktion »Asynchronous Compute« mit Nvidia-Grafikkarten laut einer FAQ zu Vulkan im Bethesda-Forum noch nicht, was sich mit einem zukünftigen Update ändern soll. Damit Asynchronous Compute aktiv ist, muss laut den Kollegen der PC Games Hardware außerdem die Kantenglättung entweder deaktiviert oder TSSAA aktiviert sein.

Grafikkarten-Benchmarks

1920x1080: Szene #1, Ultra Details
Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
104
83
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
94
62
Radeon RX 480 8.192 MByte
82
57
Geforce GTX 970 4.096 MByte
75
74
  • 0
  • 22
  • 44
  • 66
  • 88
  • 110

Mittlere Details
Full HD, Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
115
85
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
149
116
Geforce GTX 970 4.096 MByte
104
99
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
129
89
  • 0
  • 30
  • 60
  • 90
  • 120
  • 150

Szene #2, Ultra Details
Full HD, Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
121
95
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
155
152
Geforce GTX 970 4.096 MByte
107
103
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
150
119
  • 0
  • 32
  • 64
  • 96
  • 128
  • 160

Mittlere Details
Full HD, Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
129
99
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
168
161
Geforce GTX 970 4.096 MByte
113
110
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
159
129
  • 0
  • 34
  • 68
  • 102
  • 136
  • 170

Für unsere Benchmarks verwenden wir zwei unterschiedlich anspruchsvolle Szenen aus der Singleplayer-Kampagne. Während die Sequenz im Abschnitt »Gießerei« vergleichsweise hohe Weitsicht erlaubt und eher ein Worst-Case-Szenario darstellt, befinden wir uns im Abschnitt »Die Totenstadt« in einem Korridor mit geringer Weitsicht und eher durchschnittlichem Hardware-Anspruch.

Bei den Messungen kommen jeweils die neusten Treiber von AMD (Crimson Edition 16.7.2) und Nvidia (Version 368.69) zum Einsatz. TSSAA ist aktiviert, Bewegungsunschärfe und chromatische Aberration sind deaktiviert. Das Windows 10-Testsystem besteht unter anderem aus einem Core i7 4790K und 16,0 GByte DDR3-Arbeitsspeicher.

Vor allem in der ersten Szene können die beiden AMD-Grafikkarten RX 480 und R9 Fury X sowohl in Full HD (1920x1080) als auch in WQHD (2560x1440) drastisch zulegen, das Performance-Plus liegt hier in der Qualitätsstufe Ultra bei ungefähr 50 Prozent! In mittleren Details sinken die Zuwächse etwas, mit über 30 Prozent sind sie aber immer noch sehr beachtlich.

Während die GTX 970 gleichzeitig so gut wie gar nicht vom Wechsel der Grafikschnittstelle profitiert, kann zumindest die GTX 1070 in dieser anspruchsvollen Szene die Nvidia-Fahne hochhalten und ein gutes Stück zulegen, wobei die Gewinne in Full HD mit 25 bis 28 Prozent klar höher als in WQHD sind (sieben bis neun Prozent).

In der zweiten Szene ändert sich das Bild etwas. Die fps-Gewinne der beiden AMD-Grafikkarten fallen ein Stück niedriger aus, sie liegen mit etwa 25 bis 30 Prozent aber immer noch in einem guten Bereich. Die GTX 1070 kann in dieser Szene allerdings genau wie die GTX 970 praktisch gar nicht mehr nennenswert von Vulkan profitieren. Das führt insgesamt dazu, dass die R9 Fury X unter Vulkan meist gleichauf mit der 1070 liegt oder sie sogar überflügeln kann, während sie sich unter OpenGL meist klar hinter der Nvidia-Karte einordnen muss.

2560x1440: Szene #1, Ultra Details
Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
73
49
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
71
65
Radeon RX 480 8.192 MByte
60
42
Geforce GTX 970 4.096 MByte
51
51
  • 0
  • 16
  • 32
  • 48
  • 64
  • 80

Mittlere Details
WQHD, Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
78
59
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
98
92
Geforce GTX 970 4.096 MByte
66
66
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
95
69
  • 0
  • 20
  • 40
  • 60
  • 80
  • 100

Szene #2, Ultra Details
WQHD, Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
78
62
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
96
96
Geforce GTX 970 4.096 MByte
64
64
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
105
84
  • 0
  • 22
  • 44
  • 66
  • 88
  • 110

Mittlere Details
WQHD, Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
Radeon RX 480 8.192 MByte
82
66
Geforce GTX 1070 8.192 MByte
102
102
Geforce GTX 970 4.096 MByte
69
67
Radeon R9 Fury X 4.096 MByte
109
87
  • 0
  • 22
  • 44
  • 66
  • 88
  • 110

Prozessor-Benchmarks

Generell sollen Low Level-APIs wie Vulkan vor allem langsamen Prozessoren zu Gute kommen, deshalb haben wir zumindest mit einer Grafikkarte (GTX 1070) zum Vergleich noch ergänzende Benchmarks mit einem Sockel AM3-Testsystem und AMD FX 6300-CPU durchgeführt. Für weitere Tests mit anderen Prozessoren und Grafikkarten fehlte die Zeit.

Die prozentualen Zugewinne durch Vulkan sind mit dem langsamen AMD-Prozessor wie erwartet ein gutes Stück größer als mit Intels schnellem Core i7 4790K, vor allem in Full HD. Während die fps mit dem Core i7 in der ersten Szene unter Vulkan im Vergleich zu OpenGL »nur« um 25 bis 28 Prozent steigen, liegt der Zuwachs mit dem FX 6300 bei 37 bis 42 Prozent. In WQHD rücken durch die steigende GPU-Last (und dem dadurch zurückgehenden Einfluss der CPU-Leistung) nicht nur die prozentualen Zugewinne, sondern auch die fps insgesamt deutlich näher zusammen.

Das gilt auch für die zweite Szene, hier liegen der 4790K und der FX 6300 bei WQHD-Auflösung sogar unter beiden Schnittstellen praktisch gleich auf. Mit Full HD-Auflösung erreicht die AMD-CPU dagegen nur unter Vulkan das fps-Niveau der Intel-CPU.

CPUs: Szene #1, Ultra Details
Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
104
83
FX 6300 @ GTX 1070 1920x1080
98
69
71
65
FX 6300 @ GTX 1070 2560x1440
69
61
  • 0
  • 22
  • 44
  • 66
  • 88
  • 110

Mittlere Details
Level »Gießerei - Kernschmelze«

  • Vulkan
  • OpenGL
149
116
FX 6300 @ GTX 1070 1920x1080
114
83
98
92
FX 6300 @ GTX 1070 2560x1440
95
83
  • 0
  • 30
  • 60
  • 90
  • 120
  • 150

Szene #2, Ultra Details
Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
155
152
FX 6300 @ GTX 1070 1920x1080
152
130
96
96
FX 6300 @ GTX 1070 2560x1440
95
94
  • 0
  • 32
  • 64
  • 96
  • 128
  • 160

Mittlere Details
Level »Die Totenstadt - Der Schmelztiegel«

  • Vulkan
  • OpenGL
168
161
FX 6300 @ GTX 1070 1920x1080
165
139
102
102
FX 6300 @ GTX 1070 2560x1440
99
99
  • 0
  • 34
  • 68
  • 102
  • 136
  • 170

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