Wie viele CPU-Kerne benötigen Sie für großartige PC-Spiele?
Früher war es eine Frage der Architektur und der Taktrate, herauszufinden, welcher PC-Prozessor für Spiele besser geeignet war. Mehr Megahertz auf einer schnellen CPU-Architektur bedeutete im Allgemeinen auch, dass die CPU für eine ganze Reihe von Aufgaben, zusätzlich zu Spielen, besser wäre als ein niedriger getakteter Chip. Ein Intel Pentium II 450 MHz war schneller als ein Pentium II 366 MHz, und darüber wurde nicht viel diskutiert. Zuerst AMD und später Intel lösten sich von dieser einfachen Gleichung, indem sie Modellfamilien und -ebenen innerhalb dieser Familien erstellten. Multi-Core-CPUs wurden geboren und integrierten zwei (oder mehr) unabhängige Prozessorkerne auf einem einzigen Chip, aber sicherlich waren nicht alle Spiele Multi-Prozessor-fähig.
Heutzutage laufen fast alle Prozessoren an oder nahe der zerlumpten Kante ihrer Taktfrequenzfähigkeiten. AMDs aktuelle Zen 3-Familie verfügt über vier CPU-Modelle, die nur um 300 MHz voneinander getrennt sind, was mageren sechs Prozentpunkten entspricht. Ein Ryzen 5 5600X hat sechs Kerne mit 12 Hardware-Threads und eine maximale Taktrate von 4,6 GHz, während der Ryzen 9 5950X mehr als doppelt so viele Kerne und Threads hat, 16 bzw. 32, aber maximal bei 4,9 GHz. Ist ein Ryzen 9 5950X in Spielen mehr als doppelt so schnell? Unter der Annahme, dass es keine anderen Systemengpässe gibt, ist es schwer zu sagen. Wie Sie sich vorstellen können, sind nicht alle Spiele-Engines so konzipiert, dass sie 32 Threads voll ausnutzen, aber hier ist dieser Artikel ziemlich praktisch, um Ihnen zu helfen, die Dinge zu klären.
Engpässe, ein ausgewogenes System und wie viele CPU-Kerne Sie tatsächlich benötigen
Der Bau eines Gaming-PCS ist eine Übung zur Behebung von Engpässen. Wenn ein Prozessor zu langsam ist, kann er eine Grafikkarte nicht voll ausschöpfen, sodass die Leistung auf dem Tisch bleibt. Es wäre unklug, eine CPU der Core i3-Klasse in einen Gaming-PC mit einer GeForce RTX 3090 einzubauen, da diese unausgewogen ist und viel GPU-Leistung ungenutzt bleibt. Aus dem gleichen Grund, wenn wir nur einen Speicherkanal füllen, könnte ein sehr schneller Prozessor für Speicherbandbreite ausgehungert werden. Am anderen Ende des Spektrums werden Low-End-Grafikkarten, die versuchen, ein 4K-Display mit seiner nativen Auflösung zu betreiben, wahrscheinlich ins Stocken geraten. Aus diesen Gründen haben wir in der Vergangenheit System Build Guides bei HotHardware veröffentlicht. Ausgewogene System-Builds machen das Beste aus Ihren Rechen-, Speicher-, Grafik- und Rendering-Ressourcen.
Die Frage, die wir hier stellen, ist jedoch ziemlich einfach. Wie viele Kerne reichen für einen Gaming-PC? Zuallererst ist es bedeutungslos, dies zu fragen, ohne auch die Ziel-Rendering-Auflösung zu kennen. Wir konzentrieren uns hier auf 1.920 x 1.080 (1080p Full HD) und 2.560 x 1.440 (1440p oder Quad HD). Dies sind bei weitem die beiden beliebtesten Auflösungen nach Steam PC Hardware Survey, mit 1080p, die eine volle zwei Drittel aller PCs mit dem wegweisenden Online-Gaming-Shop installiert.
Cyberpunk 2077 ist bekannt für seine Fähigkeit, durch viele CPU-Threads zu kauen
Aus dem gleichen Grund ist eine solche Auflösung großartig, aber die Grafikkarte ist auch eine Überlegung, da sie möglicherweise nicht in der Lage ist, mit der nativen Auflösung des Displays zu rendern. Leider haben Engpässe die Beschaffung von Grafikkarten erschwert, und wir sind nicht blind für diese Tatsache. Um jedoch eine genaue Ansicht für die Zukunft zu erhalten, betrachten wir die aktuellen Modell-GPUs. Basierend auf ihrer Einführung MSRP, die $ 500-550 GeForce RTX 3070 und $ 679-700 Radeon RX 6800 XT repräsentieren zwei leicht unterschiedliche Segmente des Marktes, aber beide besetzen immer noch das obere Ende der Grafikkartenskala. Ja, wir wissen, dass sie bei MSRP sehr schwer zu bekommen sind, aber das ist derzeit eine Konstante, die wir nicht kontrollieren können, und wir beantworten hier Fragen der Wissenschaft.
Auf den folgenden Seiten beantworten wir die Frage, wie viele CPU-Kerne ausreichen, auf vier Arten: bei 1080p mit der GeForce RTX 3070 und Radeon RX 6800 XT und bei 1440p mit denselben Karten. Wir werden auch einen verkürzten Blick auf 3,840×2,160 (2160p, UltraHD / 4K) werfen. Aber selbst bei den Spielen und Grafikkarten, die wir hier ausgewählt haben, wird die 4K-Spieleleistung von der Grafikkarte weit mehr bestimmt als von der CPU, selbst im Jahr 2021 mit diesen relativ leistungsstarken Grafikkarten.
Aufbau unseres Prüfstands
Wir testen eine Vielzahl von Prozessorkonfigurationen. Dazu haben wir uns an zwei verschiedene Prozessoren aus der High-End-Ryzen 5000-Familie von AMD gewandt. Der Ryzen 7 5800X verfügt über acht Kerne, 16 Threads über symmetrisches Multithreading und einen maximalen Boost-Takt von 4.7 GHz. Der Ryzen 9 5900X hat 12 Kerne, 24 Threads und einen etwas höheren Boost-Takt bei 4,8 GHz. Mit dem ASUS TUF Gaming X570-Plus (Wi-Fi) können wir Kerne, Multithreading und sogar ein ganzes Chiplet auf dem Ryzen 9 5900X deaktivieren. Da die Dies jedoch auf sechs Kerne pro Stück beschränkt sind, haben wir den Ryzen 7 5800X für unsere 8C / 16T-Konfiguration verwendet. Der Unterschied von 100 MHz bei der maximalen Boost-Geschwindigkeit geht fast vollständig im Rauschen verloren, obwohl der Dual-Die Ryzen 9 5900X den doppelten L3-Cache hat.
Der Rest unseres Testsystems ist ziemlich Standard-PC-Enthusiasten Tarif. Der Hauptspeicher ist 32 GB Corsair Vengeance LPX DDR4-3600 RAM in einer 2 x 16 GB Konfiguration. Unsere Testpersonen-Spiele wurden auf einer 1 TB WD Blue SN550 M.2 SSD installiert, während das Boot-Laufwerk von einer 1 TB Sabrent Rocket 4.0 M.2 SSD gehandhabt wurde. Unser Netzteil ist ein Corsair RM 750X ATX, unser Kühler ist ein Deepcool Castle 280Ex und das gesamte System befindet sich in einem Fractal Design Meshify S2 mit seiner Standardlüfterkonfiguration.
Unsere Testmethoden für die Spieleleistung
Für die Spiele selbst haben wir nach einer schönen Sammlung aktueller PC-Exklusivtitel und plattformübergreifender Triple-A-Titel gesucht, von denen wir einige bereits ausführlich überprüft haben. Am Ende hatten wir 11 Benchmarks in neun Titeln:
- Asche der Singularität: Eskalation
- Sid Meier’s Civilization VI
- Cyberpunk 2077
- FarCry New Dawn
- Zahnräder 5
- Mittelerde: Schatten des Krieges
- Metro Exodus
- Schatten des Grabräubers
- Watch Dogs: Legion
Jeder Test wurde mit allen sechs verschiedenen Kernzahlen und SMT-Konfigurationen durchgeführt. Dazu gehören 12, 8, 6 und 4 Kerne mit aktiviertem SMT sowie 6 und 4 Kerne ohne SMT. Dies gibt uns einen Blick auf 4, 6, 8, 12, 16, und 24 Hardware-Threads. Wenn Sie die Mathematik noch nicht abgeschlossen haben, ergeben sich insgesamt 264 Datenpunkte und mindestens 792 Benchmark-Läufe. Wir haben auch ein paar unserer interessanteren Ergebnisse bei 4K durchgeführt, um zu sehen, ob die Grafikkarten zu einem Engpass wurden. Daten können Spaß machen, so dass wir hoffen, dass Sie reichlich Informationen genießen!
Wie Viele Kerne sind Genug für 1080p Gaming?
Wir werden unsere Ergebnisse eher nach Auflösung als nach Spiel betrachten und analysieren, da sich die Rendering-Arbeitsbelastung sowohl auf die CPU- als auch auf die GPU-Nachfrage auswirkt. In diesem Sinne beginnen wir mit unserer niedrigsten Auflösung, die die Unterschiede zwischen den Kernkonfigurationen am meisten aufdecken sollte.
Ashes of the Singularity war im Laufe der Jahre ein Vorzeigespiel für AMD. In den frühen GCN-Tagen hatten Modelle wie die Radeon HD 7950 in diesem Spiel einen Vorteil gegenüber NVIDIA-Grafikkarten, da die asynchronen Rechenfunktionen von DirectX 12 auf AMD-Hardware eine bessere Leistung erbrachten. Heutzutage ist es immer noch ein ziemlich kräftiger Benchmark für Prozessoren mit zwei verschiedenen Benchmarks. Werfen wir einen Blick auf die neueste Version, genannt Eskalation.
Im GPU-fokussierten Test erhalten wir vier Werte pro Konfiguration: den Durchschnitt in Bildern pro Sekunde und auch die Leistung des Spiels mit verschiedenen „Chargen“ von Draw-Aufrufen. Leichtere – oder vermutlich kleinere – Chargen von Draw-Aufrufen schneiden tendenziell besser ab als anstrengendere Chargen. Es gibt definitiv eine Art „Knie“ in unseren Diagrammen, bei dem mehr Kerne viel Leistung bringen, aber der Verlust von Hardware-Threads auf einem bestimmten Niveau die Leistung erheblich beeinträchtigt.
Hier können wir sofort sehen, dass ein Quad-Core-Prozessor sowohl bei unserer GeForce RTX 3070 als auch bei unserer Radeon RX 6800 XT eine Leistungseinbuße darstellt. Ohne SMT (Symmetrisches Multithreading) ist es auch viel schlimmer. Insgesamt scheint der Sweet Spot in diesem Benchmark bei 1080p 12 Threads zu sein. Wenn wir unsere 6-Core / 12-Thread-Konfiguration als simulierten Ryzen 5 5600X betrachten, hilft uns das, eine kleine Perspektive darauf zu setzen. Das ist ein hübscher Mittelklasse-Prozessor mit starker Single-Threaded-Leistung und viel Multi-Threaded-Grunzen.
Besonders wenn Sie das Beste aus einem 1080p-Display mit hoher Bildwiederholfrequenz herausholen möchten, ist es sinnvoll, mehr als die minimale Anzahl von Kernen zu erhalten. Sowohl die GeForce RTX 3070 als auch die Radeon RX 6800 XT lagen im Durchschnitt irgendwo im Bereich von 70 FPS, obwohl die Radeon etwas schneller war. Wir würden das erwarten, wenn man die (MSRP) Preisunterschiede zwischen den beiden berücksichtigt. Mal sehen, wie der CPU-fokussierte Test abschneidet.
Wieder einmal sehen wir ein Knie in den Diagrammen, und es ist hier sehr offensichtlich, dass sechs Kerne ausreichen, aber es braucht wirklich etwas SMT, um den ganzen Weg dorthin zu gelangen. Der Leistungsabfall bei 4C/4T ist besonders stark. Unabhängig davon ist die Wand, die wir bei 6C / 12T treffen, ganze 36% schneller als unsere niedrigste Konfiguration.
Als nächstes kommt Sid Meier’s Civilization VI, ein Titel, der beim Start dafür bekannt war, ein bisschen ein CPU-Schwein zu sein, zumindest in Bezug auf die CPU-Nicht-Spieler-Rundenzeiten, die eine Weile dauern. Das Spiel hat zwei Benchmarks, genau wie ein Computer, und wieder sind sie zwischen CPU- und GPU-Funktionen getrennt. Schauen wir uns zuerst den KI-Turn-Time-Test an…
Diese Ergebnisse sind ziemlich unerwartet. Es scheint, dass Civ VI, wenn es darum geht, seine KI-Wendungen zu nehmen, in der Anzahl der Threads, die es verwenden wird, sehr begrenzt ist. Wir hatten gehofft, dass mehr Threads mehr simultane Simulationen bedeuteten, während es nachdachte, aber anscheinend reicht 4C / 4T aus, um sein Ding zu machen. Was amüsanter ist, ist, wie sehr die Architektur der Grafikkarte die CPU-Drehzeiten beeinflusst. Wir hatten nicht erwartet, dass der neueste RDNA 2-Chip in der Radeon RX 6800 XT den Turns rund 10% zusätzliche Reaktionszeit verleihen würde. Es ist nicht so, dass eines davon per se langsam ist, es war nur unerwartet.
Interessanterweise ist der Grafiktest in Civilization VI weitaus CPU-abhängiger als der KI-Test. Diese Diagramme haben eher einen Treppenstufeneffekt, was uns glauben lässt, dass das Spiel AMDs SMT-Threads nicht effizient nutzt, was Cyberpunk 2077 beim Start bekanntermaßen vermieden hat. Auf unseren beiden Grafikkarten mit 1080p würden wir die meisten High-Refresh-Monitore mit einem niedrigen 4C / 4T-Prozessor maximal nutzen, aber wenn Sie jeden möglichen Frame benötigen, um Civ auf einem 1080p 240 Hz-Display zu spielen, sollten Sie sich für einen Ryzen 7 5800X oder etwas Ähnliches entscheiden.
Als nächstes kommt Cyberpunk 2077. Wir haben in diesem Titel viele Änderungen an der Leistung vorgenommen, die die Leistung sowohl beim Start als auch nach dem ersten großen Patch ausführlich abdecken. Der Titel hat seitdem einige weitere Updates erhalten und ist jetzt auf Version 1.22 aktualisiert. Leider gibt es immer noch Fehler und Autos erscheinen immer noch aus der Luft, um uns auf einem Zebrastreifen in der Stadt zu überfahren. Mal sehen, wie dieser Titel auf einen niedrigen Nicht-SMT-Quad-Core skaliert.
Dieser Titel skaliert sehr gut auf 12 Kerne und 24 Threads auf der Radeon RX 6800 XT, aber weniger auf der GeForce RTX 3070. Es scheint, dass CD Projekt Red endlich die Leistungsverbesserungen angesprochen hat, die mehrere binäre Hacks aufgedeckt und SMT für alle CPUs aktiviert haben. Das zeigt sich besonders deutlich in der Quad-Core-Klammer am unteren Rand jedes Diagramms, wo die GeForce RTX 3070 einen Aufwärtstrend von 25% verzeichnet, indem sie nur zusätzliche Threads aktiviert. Die Radeon RX 6800 XT ist ähnlich betroffen, aber die Änderung ist näher an 12% bei 1080p. Am oberen Ende hängt es von Ihrem Monitor ab, wie viele Kerne ausreichen, da ein 60-Hz-Spieler mit 4C / 8T auskommen könnte, wenn wir uns die niedrigen Bildraten ansehen, während Spieler, die höhere Bildwiederholraten genießen, mehr von jedem Schritt auf der Leiter für Kern- und Threadanzahl erhalten.
Untersuchung der Frame-Zeiten und der Auswirkungen der CPU-Kern- und Thread-Anzahl
Machen wir eine kurze Pause von durchschnittlichen und niedrigen Frame-Raten, um die Frame-Zeiten für einen Moment zu betrachten. Wir wissen, dass die 4C / 4T-Konfiguration die langsamste von allen ist, aber wie fühlt es sich an? Da Cyberpunk 2077 unser einziger manueller Test ist und wir unsere manuellen Tests mit CapFrameX erfassen, können wir uns die einzelnen Frame-Zeiten ansehen. Wir mussten tiefer in die Leistung dieses Spiels eintauchen. Ein Durchschnitt von 83 FPS scheint ziemlich gut für 4 Kerne, aber es fühlte sich nicht so glatt in der Praxis. Was gibt?
Das ist eigentlich ziemlich lehrreich. Trotz einer durchschnittlichen Framerate von 83 verbrachte das Spiel sehr viel Zeit mit einzelnen Frames, die die 20-Millisekunden-Marke überschritten. 20 Millisekunden entsprechen übrigens einer Bildrate von 50 fps. All diese „Jo-Jo“ -Bewegung lässt das Spiel effektiv das Gefühl haben, dass es nicht besonders reibungslos läuft. Auf unserem FreeSync-Monitor fühlte es sich jedoch etwas nervös an. Normalerweise verhindert FreeSync das Reißen und sorgt dafür, dass sich niedrigere Bildraten glatt anfühlen, aber das ist einfach nicht möglich, wenn das Spiel wiederholt betankt und wiederhergestellt wird. Schauen wir uns einen unserer 12 C / 24 T-Läufe im Vergleich an.
Dies ist viel glatter und zeigt sich in der niedrigen Bildrate, die CapFrameX in unseren obigen Bildratendiagrammen gemeldet hat. Es gibt ein bisschen Springen über 20 Millisekunden, aber Cyberpunks Bildzeiten bleiben im Allgemeinen unter 14 Millisekunden oder so, was zu einer niedrigen Bildrate (die der CapFrame X 1% niedrig ist) von über 70 FPS führt. Das Spiel fühlte sich auf diese Weise viel flüssiger an. Das ist also definitiv etwas zu beachten: nur weil eine durchschnittliche Bildrate anzeigt, dass es gut läuft, bedeutet das nicht, dass ein bestimmter Spieltitel wirklich so reibungslos läuft, wie es die Bildrate vermuten lässt. Ein durchschnittlicher FPS ist ein einzelner Datenpunkt, der Tausende von Frames darstellt, und kann nicht als endgültiges Urteil über die Glätte angesehen werden. Ein Rahmenzeitdiagramm wie dieses ist jedoch ein besserer Indikator.
Bleib bei uns, denn wir sind erst auf halbem Weg durch unsere erste Resolution. Als nächstes werden wir den Rest unserer 1080p-Tests durchführen und zu QHD 1440p übergehen.