Grafikkarten: Was Teraflops wirklich über Performance aussagen

Teraflops geben meist nur groben Überblick auf die Performance einer Grafikkarte. (Bildquelle: Pixabay)

Wenn es um die Performance von Computern oder speziell Grafikkarten geht, fällt oftmals der Begriff Teraflops (TFLOPS). Doch was heißt TeraFLOPS überhaupt und welche Bedeutung hat die Einheit für die tatsächlich Leistung in Spielen?

Was bedeutet Teraflops?

Der Begriff setzt sich aus den zwei Worten »Tera« und »FLOPS« zusammen, wobei Letzteres eine Abkürzung ist:

Tera: Tera ist eine Größenordnung und steht für eine Billion, oder mathematisch ausgedrückt für 10 hoch 12.
FLOP: FLOP steht für Floating Point Operation, der vermeintliche Plural FLOPS steht für Floating Point Operations Per Second (zu Deutsch: Gleitkommaoperationen pro Sekunde) und ist die gebräuchliche Bezeichnung bei Angaben zur theoretischen Leistung eines Prozessors.
Gleitkommaoperationen: Das sind Befehle und Berechnungen (Additionen, Multiplikationen, usw.), die auf Gleitkommazahlen beruhen. Gleitkommazahlen (auch Fließkommazahlen genannt) wiederum sind Zahlen, die entwickelt wurden, um Kommazahlen (reelle Zahlen) für den Computer darzustellen.

Ein Teraflops steht demnach für 1.000.000.000.000 (1 x 10 hoch 12) Rechenoperationen mit Gleitkommazahlen pro Sekunde.

So errechnen sich Teraflops: Bei Grafikkarten errechnen sich die Teraflops durch die Multiplikation der Zahl der Rechenkerne (Shader) und der Taktfrequenz der GPU, multipliziert mit einer Zwei (da zwei Befehle pro Takt ausgeführt werden). Eine Nvidia Geforce RTX 3090 kommt so zum Beispiel auf 35,58 TFLOPS:

10.496 (Kerne) x 1.665 (Megahertz) x 2 = 35.581,44 Gigaflops oder gerundet 35,58 Teraflops

Wichtig ist noch die Angabe der Genauigkeit, also wie präzise die oben genannten Gleitkommazahlen sind. Typischerweise wird für die theoretische Rechenleistung von Grafikkarten die Einfache Genauigkeit (32 Bit, FP32) angegeben.

Die RTX 3090 kann bei einer Taktfrequenz von 1.665 MHz demnach jede Sekunde 35.581.440.000.000 Gleitkommaoperationen mit einer Genauigkeit von 32 Bit ausführen.

Die Teraflops respektive die Performance eine Grafikkarte lassen sich durch Übertakten steigern. Wie das funktioniert und ob das überhaupt sinnvoll ist, erfahrt ihr in unserem Plus-Guide.

Was bedeuten Teraflops für die Peformance in Spielen?

Grundsätzlich ist es natürlich nicht verkehrt, eine Grafikkarte mit einer hohen FP32-Rechenleistung zu besitzen. Die Performance in Spielen hängt jedoch auch von vielen weiteren Faktoren ab:

Andere Rechenoperationen: Spiele nutzen nicht nur FP32-Operationen, sondern auch Berechnungen auf Basis von Ganzzahlen (INT32). Die Rechenwerke einer Grafikkarte können meist FP32- als auch INT32-Operartionen ausführen. Da Nvidia mit den Turing-Grafikkarten (RTX 2000) spezielle INT32-ALUs (arithmetisch logische Einheiten) eingesetzt hat, konnte mit Ampere (RTX 3000) die Zahl der Rechenkerne sehr leicht drastisch erhöht werden, in dem die INT32-ALUs nun auch FP32-Operation ausführen können.
Speicher: Videospeicher (GDDR) und Caches werden mit der Angabe der Teraflops nicht abgebildet. Sie spielen für die Performance einer Grafikkarte aber eine ebenso wichtige Rolle wie der eigentliche Grafikchip.
Architektur: Dazu kommt noch die Mikroarchitektur im Allgemeinen. Dort kann viel der theoretischen Rechenleistung auf der Strecke bleiben.
Schnittstellen und Engines: Angefangen bei den frei programmierbaren Shader-Recheneinheiten, über die Grafikschnittstelle des Betriebssystems bis zur Grafikengine und deren Optimierung kann ebenfalls viel Rechenpower verloren gehen.
CPU: Außerdem spielt für die Performance in Spielen auch die CPU eine nicht zu unterschätzende Rolle, da sie die sogenannten Draw-Calls (zu Deutsch: Zeichenbefehle) an die Grafikkarte ausgibt.

FPS sind das beste Maß für die Performance

Die Angabe der Teraflops ist mir Vorsicht zu genießen. Sie kann durchaus Sinn machen, beispielsweise wenn Grafikkarten einer Architekturgeneration miteinander verglichen werden. Bei unterschiedlichen Architekturen lässt die Aussagekraft aber schon deutlich nach.

Zwei Beispiele: Die Nvidia Geforce RTX 2080 Ti bringt es nominell auf 13,45 Teraflops, während die oben genannte RTX 3090 35,58 Teraflops auf die Waage bringt. Demnach sollte sie rund 2,6 Mal so schnell sein wie die RTX 2080 Ti. In der Praxis liegt sie je nach Auflösung im GameStar-Test aber maximal bis zu 50 Prozent vor dem Turing-Flaggschiff.

Die AMD Radeon RX 6800 XT wird mit 20,74 Teraflops FP32-Rechenleistung angegeben, ist mit Blick auf die Rasterisierungsleistung (also ohne Berücksichtigung von Raytracing) jedoch vergleichbar mit der RTX 3080, die es nominell auf 29,77 Teraflops bringt und daher deutlich schneller sein sollte:

12:40 AMD gegen Nvidia - So stark ist die Radeon RX 6800 XT im Vergleich mit der RTX 3080

FPS bleiben der wichtigste Faktor: Die Angabe der der Bilder pro Sekunde war, ist und bleibt daher die beste Einheit zur Messung der Performance in Spielen.