Wie kann man 2 Grafikkarten benutzen?

SLI, Crossfire und DirectX 12 mit Multi-Adapter: Was sind die Vor- und Nachteile von Multi-GPU-Systemen? Wie funktionieren sie? Sind sie grundsätzlich empfehlenswert oder sollte man doch lieber auf eine einzelne Graka vertrauen? Wir haben uns angeschaut, wie SLI und Crossfire funktionieren, was man beachten sollte, wie es mit Leistung, Skalierung und Mikrorucklern bestellt ist und welche Voraussetzungen überhaupt für ein Gespann aus zwei Grafikbeschleunigern erfüllt sein müssen. Am Schluss wagen wir einen Ausblick und eine Empfehlung bezüglich des Grafikkartenkaufes.

Video-Tipp | 8 wichtige Fakten zu Grafikkarten

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2 Grafikkarten in einem System: So funktioniert es

Während CPUs seit Jahren gefühlt nur noch im Promillebereich an Leistung gewinnen - und in modernen, grafisch anspruchsvollen Spielen meist trotzdem vollkommen ausreichen - kommt selbst eine aktuelle Grafikkarte in höheren Auflösungen schnell ins Schwitzen - vor allem in der immer beliebteren 4K-Auflösung von 3840 * 2160.

Es ist also nicht verwunderlich, dass Nvidia mit SLI und AMD mit Crossfire jeweils eine Technologie anbieten, mit der es möglich ist, 2 oder sogar noch mehr Grafikkarten in einem PC zu verbauen und diese gleichzeitig für die Berechnung von Spielen und anderen anspruchsvollen Anwendungen einzusetzen. Auch Microsoft schlägt mit DirectX 12 in eine ähnliche Kerbe, geht allerdings noch einen Schritt weiter (siehe weiter unten im Artikel). Die Versprechen der Hersteller sind dabei vollmundig, von großen Sprüngen in der FPS-Zahl ist die Rede.

Doch lohnt es sich wirklich, 2 Grafikkarten in einem PC zu verbauen? Wir haben uns die Technologien einmal genauer angesehen, geben Kauftipps und wagen einen Ausblick auf den Multiadapter-Modus von Microsofts DirectX 12.

Zwei Grafikkarten = doppelte Leistung?

• Während sich der Preis von einer auf eine zweite Grafikkarte in jedem Fall verdoppelt, ist dies bei den Frames per Second (FPS), also den Bildern, die in der Sekunde auf dem Bildschirm angezeigt werden, nicht unbedingt der Fall.
• Während für viele Spieler und Spiele 30 FPS ausreichen (die aktuellen Konsolen können gar nicht mehr), sind vor allem für schnelle Shooter und andere Games, bei denen es auf eine fixe Reaktion und genaue Steuerung ankommt, 60 oder mehr Frames in der Sekunde von Vorteil.
• Nvidia verspricht nun, dass sich die FPS mit einer zweiten Grafikkarte verdoppeln, man also eine einhundertprozentige Steigerung der FPS beobachten könne.
  
  Skalierung bei SLI laut Nvidia
• Mit drei Grafikkarten sollen es immerhin noch 2,8-mal so viele Bilder in der Sekunde sein.
• Unabhängige Tests von SLI- und Crossfire-Systemen bestätigen, dass 2 Grafikkarten in einem PC durchaus Sinn ergeben können: Die Leistungssteigerungen gehen von 40 bis 90 Prozent, je nach Spiel und Treiber.
• Die notwendige Treiberunterstützung ist auch einer der Hauptkritikpunkte an den Systemen von Nvidia und AMD. Nur wenn die Treiber auf den SLI-Modus in einem Spiel optimiert sind, läuft dieser auch wirklich rund.
• Man ist also bei sämtlichen Spielen auf die Unterstützung der beiden großen Grafikkartenhersteller angewiesen.
• Die Erfahrung zeigt, dass es immer mal wieder Spiele gibt, bei denen die Treiber-Unterstützung stark zu wünschen übrig lässt.
• Grundsätzlich lässt sich bezüglich der Leistung von SLI und Crossfire aber festhalten, dass die Leistungssteigerung groß und meist auch lohnend ist. Ob man das zusätzliche Geld tatsächlich ausgeben möchte, muss natürlich jeder für sich selbst entscheiden.

Durch die eingesetzt Technik entstehen außerdem noch weitere Nachteile, die wir im nächsten Abschnitt behandeln.

Vor- und Nachteile von Crossfire und SLI

SLI und Crossfire haben auch im Jahre 2015 noch einige Nachteile, die einen Einsatz für den Otto-Normal-Nutzer größtenteils uninteressant machen:

• Zum einen wäre da der schon angesprochene Preis. Aktuelle Grafikkarten kosten in der Regel mehrere hundert Euro, so kann ein SLI-System sehr schnell ins Geld gehen.
• Dazu kommt, dass man bezüglich der Funktion und guten Skalierung immer auf aktuelle Treiber vom Hersteller angewiesen ist. So kann es durchaus vorkommen, dass zum Release eines neuen Spieles keine entsprechenden Treiber zur Verfügung stehen.
• Zusätzlich kommt noch ein Problem hinzu, welches durch die bei Crossfire und SLI verwendete Technologie entsteht: Alternate Frame Rendering (AFR). Diese Technik bringt die von vielen Gamern gefürchteten Mikroruckler mit sich - bzw. kann sie mit sich bringen. Mehr dazu lest ihr im nächsten Abschnitt.

Alternate Frame Rendering (AFR): Mikroruckler und weitere Nachteile

Nvidia SLI und AMD Crossfire benutzen beide die Alternate-Frame-Rendering-Technologie. Wie der Name bereits andeutet, bedeutet dies nichts anders, als dass bei zwei oder mehr Grafikkarten ein Frame immer von einer Grafikkarte berechnet wird. Beispiel: Bei zwei Grafikkarten in einem Verbund berechnet die erste Bild 1, die zweite Grafikkarte Bild 2, die erste wieder Bild 3 usw. Bei drei Grafikkarten wird Bild 3 entsprechend von der dritten Graka berechnet, Bild 4 wieder von der ersten.

Während Alternate Frame Rendering recht einfach umzusetzen ist, deswegen wird es ja auch von den beiden großen Herstellern genutzt, bringt das Verfahren einen inhärenten Nachteil mit sich: Mikroruckler. Während, wie oben beschrieben, eine FPS-Zahl von 30 in der Regel für ein recht flüssiges Spielerlebnis ausreicht (bzw. etwas mehr bei schnelleren Spielen), spricht man bei niedrigeren FPS gerne vom sogenannten „Ruckeln“ des Bildes. Es werden nicht genug Einzelbilder angezeigt, sodass die Bewegungen für das menschliche Auge nicht flüssig wirken.

Mikroruckler auf der anderen Seite können auch dann auftreten, wenn die Bilder pro Sekunde deutlich über 30 liegen. Das liegt an den sogenannten Frame Times. Nehmen wir mal an, ein Spiel läuft mit 60 FPS, ein einzelnes Bild wird also für eine Zeitdauer von 16,6 ms auf dem Bildschirm angezeigt: Eine Sekunde besteht aus 1000 Millisekunden, 1000 geteilt durch 60 ergibt 16,6 ms. Während bei einer einzelnen Grafikkarte einzelne Frames immer eine recht gleichmäßige Frame Time haben, ändert sich dies bei Multi-GPU-Systemen merklich.

Auch bei einer einzelnen Grafikkarte kann es zu unterschiedlichen Frame Times kommen, da nicht jedes einzelne Bild dieselbe Rechenkraft benötigt, so kann es dazu kommen, dass manche Bilder etwas schneller ausgegeben werden. Das liegt auch daran, dass eine Grafikkarte ein Bild sofort ausgibt, wenn es fertig berechnet ist. Im Single-GPU sind die Unterschiede bei den Frame Times aber so gering, dass man es nicht merkt. Hat man zwei oder mehr Grafikkarten, ändert sich dies aber schlagartig. Hier tritt, aus verschiedenen Gründen, häufig das Problem auf, dass die durchschnittlichen FPS zwar weit über 30 liegen, man aber trotzdem den Eindruck erhält, als würde das Bild stottern oder ruckeln.

Schuld sind die stark unterschiedlichen Frame Times. So kann es passieren, dass zwei Frames sehr schnell hintereinander angezeigt werden, beispielsweise in Abständen von 10 ms, zwischen dem zweiten und dem dritten Frame aber ein Abstand von beispielsweise 30 ms liegt. Nimmt man den Durchschnittswert über einen längeren Zeitraum, mag es sein, dass die Frames in der Sekunde immer noch sehr hoch sein, allerdings die Zeit zwischen der Anzeige von einem neuen Bild so stark schwankt, dass es zu einem Stocken oder Ruckeln kommt. Wenn dies der Fall ist, spricht man von Mikrorucklern.

Voraussetzungen für SLI, Crossfire und Multiadapter

Um sich ein SLI- oder Crossfire-Gespann aus zwei oder mehr Grafikkarten zulegen zu können, muss der PC einige Mindestanforderungen erfüllen:

• 
  Man benötigt ein Mainboard, welches SLI und/oder Crossfire unterstützt.
• Das Mainboard muss darüber hinaus mit mindestens zwei mechanischen PCIE_X16-Anschlüssen ausgestattet sein.
• Die elektronische Anbindung der Grafikkarten wird häufig auf 2 X PCIE_X8 reduziert, was in der Praxis aber kaum negative Auswirkungen hat.
• Neben dem Mainboard sollte auch das Gehäuse auf zwei Grafikkarten vorbereitet sein. So ist die Hitzeentwicklung bei gleich zwei GPUs natürlich entsprechend höher, vor allem die obere Grafikkarte wird in der Regel noch einmal wärmer als die untere. Eine gute Kühlung ist also Voraussetzung für Multi-GPU-Systeme.
• Darüber hinaus sollte man darauf achten, dass auf dem Mainboard noch Slots für eventuell vorhandene Sound- oder Netzwerkkarten vorhanden ist. Grafikkarten haben nämlich meist eine Mindesthöhe von zwei Slots und verdecken damit gerne weitere PCIE-Anschlüsse auf dem Motherboard.
• Für zwei Nvidia-Grafikkarten braucht man zusätzlich noch eine sogenannte SLI-Brücke oder -Bridge. Diese findet sich bei kompatiblen Mainboards meist im Lieferumfang, sie kann aber auch separat erworben werden. Bei Crossfire ist dies nicht mehr nötig und auch SLI wird voraussichtlich mit der nächsten Iteration darauf verzichten.

SLI, Crossfire und Multiadapter: Was ist was?

SLI und Crossfire funktionieren beide ähnlich, sie setzen auf dieselbe Technologie und haben dieselben Vorteile, haben aber auch mit ähnlichen Nachteilen zu kämpfen, auch wenn die Mikroruckler bei AMD tendenziell stärker auftreten.

War Alternate Frame Rendering eine Idee, die sich relativ leicht umsetzen ließ, kann man die Probleme dabei sicherlich nicht wegdiskutieren. So war es dann auch nur eine Frage der Zeit, bis ein Hersteller mit einer besseren Technologie an den Start geht. Es hat zwar lange gedauert, aber Microsoft hat mit DirextX 12 einige neue Features eingebaut, die das Multiadapter-Konzept revolutionieren könnten.

Die neueste Iteration von Microsofts Grafikschnittstelle bringt eine Unterstützung für mehrere GPUs mit, die weit über die Möglichkeiten von AFR hinausgeht, aber auch neue Anforderungen an die Entwickler stellt. So obliegt es mit DirectX 12 Multi-Adapter nun den Entwicklern einer Engine selbst, ob diese eine Unterstützung für mehrere GPUs mitbringt - oder nicht. Dabei können auch, ähnlich wie bei Crossfire, Grafikkarten unterschiedlicher Stärke verwendet werden, zusätzlich ermöglicht es die Technologie, auch eine integrierte Grafiklösung, wie sie in modernen CPUs zu finden sind, als Unterstützung für die eigentliche, diskrete Graka einzusetzen.

Wie zwei unterschiedliche GPUs zusammenarbeiten dank der DirectX-12-Funktion „Explicit Multi-Adapter (EMA)“ seht ihr hier:

Multi-Adapter erlaubt insgesamt drei verschiedene Multi-GPU-Konfigurationen. Zum einen wird ebenfalls AFR unterstützt, darüber hinaus können aber auch zwei Grafikkarten an einem Frame arbeiten, dadurch soll das Problem der Mikroruckler beseitigt werden (Explicit Multi-Adapter oder auch EMA genannt). Außerdem können nun auch die in CPUs integrierten Grafikkerne genutzt werden, um das eine oder andere Frame zusätzlich aus dem PC herauszuholen (unlinked Modus). Es ist dabei sogar möglich, Grafikkarten verschiedener Hersteller und Leistungsklassen einzusetzen. AMD und Nvidia in einem Rechner? mit DirectX 12 kein Problem mehr - die nötige Software-Unterstützung vorausgesetzt. Der dritte Modus setzt wiederum zwei gleichstarke Grafikkarten voraus, die zusammen an jedem einzelnen Frame arbeiten (linked Modus).

Wann wir den Multi-Adapter-Modus tatsächlich in Spielen sehen werden und wie gut oder schlecht dieser integriert werden wird, wird erst die Zeit zeigen, vor 2016 rechnen wir aber nicht mehr mit größeren Titeln. Falls ihr der englischen Sprache mächtig seid, erhaltet ihr bei den Kollegen von Anandtech eine ausführliche Erläuterung der neuen Technologie, erste Benchmarks und einen Ausblick auf die Zukunft.

Kaufberatung für SLI und Crossfire

Zum aktuellen Zeitpunkt ist es leider so, dass sowohl SLI als auch Crossfire für den normalen Nutzer nicht empfehlenswert ist. Das liegt zum einen am Preis, aber auch an den Nachteilen von AFR: Mikroruckler treten auch in 2015 noch auf und sind in entsprechenden Reviews immer noch ein Thema.

Es ist also häufig die bessere Variante, eine einzelne, stärke Grafikkarte zu kaufen als ein Gespann aus zwei schwächeren. Möchte man hingegen möglichst günstig aufrüsten, kann eine zweite Grafikkarte dennoch eine Alternative sein, wenn man bereit ist, die Nachteile in Kauf zu nehmen.

Ähnliches trifft auf 4K-Gaming zu. Zahlreiche Spiele lassen sich bereits mit einer GTX 980 Ti von Nvidia auch in dieser hohen Auflösung flüssig darstellen, sollen es allerdings immer sehr hohe Details und über 40 Frames sein, wird man auch hier um ein Multi-GPU-Gespann nicht herumkommen.

Für alle unentschlossenen würden wir raten, abzuwarten, bis sich genauer abzeichnet, ob und in welcher Form sich DirectX 12 Multiadapter etablieren wird, bevor man eine Kaufentscheidung trifft.

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