Teraflops sind momentan in aller Munde, wenn es um die neue Xbox Series X oder die PlayStation 5 geht. Dies liegt daran, dass sowohl Microsoft als auch Sony mit erheblichen Leistungssteigerungen werben, die zum Teil auf einer Erhöhung der Teraflops-Zahlen basieren.
Konsolen vs. PCs: Die Leistungsmonster im Vergleich
Die Grafikprozessor (GPU) der Xbox Series X, die auf der RDNA 2-Architektur von AMD basiert, soll 12 Teraflops erreichen. Die PlayStation 5 von Sony, die ebenfalls auf AMDs RDNA 2-Architektur setzt, wird hingegen über eine GPU mit 10,28 Teraflops verfügen.
Das ist eine beachtliche Menge an Flops und ist vergleichbar mit, oder sogar besser als, die Leistung aktueller High-End-Grafikkarten für den PC-Bereich.
Stand April 2020 gehört die Radeon RX 5700XT (preislich bei etwa 400 US-Dollar) zu den Top-Karten von AMD mit einer 9,75-Teraflop-GPU. Die NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti (ca. 1.300 bis 1.500 US-Dollar) ist in der Lage, 13,4 Teraflops zu erreichen. Auch die NVIDIA RTX Titan ist mit 16,31 Teraflops ein Kraftpaket, aber mit einem Preis von über 2.000 US-Dollar für die meisten Spieler kaum erschwinglich.
Doch bevor wir voreilige Schlüsse ziehen, wollen wir klären, was Teraflops eigentlich bedeuten und warum sie für die Grafikleistung von Bedeutung sind.
Was genau sind FLOPS?
FLOPS steht für „Floating Point Operations Per Second“ – Gleitkommaoperationen pro Sekunde. Die Gleitkommaarithmetik ist eine häufig verwendete Methode zur Berechnung von Zahlen in der Spieleentwicklung. Sie ermöglicht es Computern, effizienter mit einem breiteren Spektrum an Zahlen umzugehen, ohne sich in Details zu verlieren.
Die üblichste Art, Flops auszudrücken, ist das Gleitkommaformat mit einfacher Genauigkeit (FP32). Hierbei werden 32 Bit für die Datenspeicherung verwendet. Es gibt auch ein Format mit halber Genauigkeit (FP16), das 16 Bit benötigt. Für GPUs wird hauptsächlich die einfache Genauigkeit zur Angabe von Teraflops genutzt. AMD verwendet jedoch FP16 in seinen Vega-GPUs und RDNA 2 unterstützt FP16 ebenfalls.
In der Praxis erweist sich die Gleitkommaarithmetik für Spieleentwickler als wesentlich einfacher in der Arbeit mit 3D-Grafiken. Wenn Spiele auf Festkommaoperationen, wie z.B. bei der Original PlayStation, angewiesen wären, würden zahlreiche Probleme entstehen. Die Spielgrafik wäre von schlechterer Qualität und würde sich nicht wie gewünscht verhalten und der Code wäre ineffizienter.
Daher ein Hoch auf die Gleitkommaoperationen!
Von FLOPS zu TFLOPS: Eine Aufwertung
Spiele müssen eine enorme Menge an Daten verarbeiten, weshalb die Flops ein entscheidender Messwert sind. Je mehr Flops eine GPU leisten kann, desto schneller können Daten verarbeitet werden, und umso mehr Rechenleistung steht für das Ausführen von Spielen zur Verfügung.
Der erste Sega Dreamcast (1999) hatte 1,4 Gigaflops, was bedeutet, dass er bis zu 1,4 Milliarden Gleitkommaoperationen pro Sekunde verarbeiten konnte. Wenige Jahre später hatte die erste Xbox (2002) bereits 20 Gigaflops (20 Milliarden Flops). Die PlayStation 3 (2006) übertraf dies mit 230,4 Gigaflops um fast das Zwölffache.
Jede nachfolgende Konsole bot eine deutlich bessere Leistung als ihr Vorgänger, was hauptsächlich auf die Steigerung der Grafikleistung zurückzuführen ist. Die Flops-Spezifikation bietet eine einfache Möglichkeit, ein Gefühl für die Leistungsfähigkeit der GPU einer Konsole zu bekommen.
Die 12 Teraflops der kommenden Xbox Series X bedeuten, dass sie bis zu 12 Billionen Gleitkommaoperationen pro Sekunde ausführen kann. Die PlayStation 5 erreicht hingegen 10,28 Billionen Flops.
Wenn man sich ausschließlich auf die Flops als Maßstab verlassen würde, könnte man fälschlicherweise annehmen, dass die Xbox Series X besser ist als die PlayStation 5.
Wie wichtig sind TFLOPS wirklich?
Die Anzahl der Flops ist wichtig bei Vergleichen zwischen Konsolengenerationen, aber weniger aussagekräftig, wenn die Unterschiede geringer sind.
Sogar der Vergleich der Teraflops-Zahlen moderner Grafikkarten wie der AMD Radeon 5700 XT und der GeForce RTX 2080 Ti kann irreführend sein. Die neuen Konsolen werden die neue RDNA 2-Architektur von AMD nutzen. Eine neue Architektur führt normalerweise zu einer besseren Leistung als bei älteren Karten, selbst bei vergleichbaren Hardware-Spezifikationen.
Wie bei allen technischen Aspekten kommt es auf die Implementierung an. Die CPU-Spezifikationen, der Arbeitsspeicher und auch die Software spielen eine wichtige Rolle. Man ist sich jedoch einig, dass die neuen Konsolen die meisten aktuellen Gaming-PCs übertreffen werden.
Sowohl die Xbox Series X als auch die PlayStation 5 werden über Achtkern- und 16-Thread-Prozessoren verfügen, was beeindruckende PC-Gaming-Niveaus erreicht, die nun auch in Set-Top-Boxen Einzug halten. Beide Konsolen werden zudem NVMe-SSDs verwenden, die schnellere Ladezeiten und eine verbesserte Reaktionsfähigkeit ermöglichen.
Die neuen Konsolen-GPUs werden bei hohen Taktraten über eine beachtliche Anzahl an Recheneinheiten verfügen: 52 bei 1,825 GHz für die Xbox und 36 CUs bei 2,23 GHz für die PlayStation. Zum Vergleich: Die Radeon 5700 XT hat 40 CUs bei 1,6 GHz.
Die RDNA 2-Architektur von AMD wird natürlich nicht nur in den neuen Konsolen zum Einsatz kommen. Sobald sie auch in PC-Grafikkarten verbaut wird (zusammen mit NVIDIAs erwarteter Ampere-Architektur), werden die Vorteile der Konsolen gegenüber PCs wieder schwinden.
TFLOPS sind nicht alles
Es besteht kein Zweifel, dass die neuen Konsolen leistungsstarke Geräte sein werden. Microsoft und Sony geben an, dass ihre Konsolen in AAA-Titeln (grafisch sehr anspruchsvolle Spiele) 60 Bilder pro Sekunde bei einer 4K-Auflösung erreichen sollen.
Microsoft strebt sogar 120 Bilder pro Sekunde bei 4K für eSports-Spiele an, die in der Regel weniger grafisch anspruchsvoll sind. Höhere Bildraten sorgen für ein flüssigeres Bild und erleichtern es, die Spielvorgänge zu verstehen. Angesichts des actiongeladenen Geschehens im eSport sind flüssigere Grafiken ein großer Vorteil.
Neben der verbesserten Leistung bei höheren Auflösungen werden die neuen Konsolen auch Raytracing unterstützen. Diese Technologie, die wir zuerst bei NVIDIA-Grafikkarten gesehen haben, verbessert die Lichteffekte im Spiel, was zu dramatischen Verbesserungen führt. Sie sorgt auch für eine dynamischere und realistischere Spielumgebung, in der Schatten und Reflexionen realistischer wirken. Die Rechenleistung der GPUs, ausgedrückt in Teraflops, wird ebenfalls einen Beitrag zu diesen neuen Features leisten.
Teraflops sind also nicht die einzige Spezifikation, die man im Auge behalten sollte. Sie geben jedoch eine grobe Vorstellung davon, wie sich die Grafikleistung einer Konsole im Vergleich zu anderer Hardware – sowohl früherer als auch aktueller Generationen – einordnet.