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eGPU: Zwei PCIe-Lanes, kein Problem?

Intels 'Alpine Ridge' Thunderbolt-3-Controller mit 4-Lane-Konfiguration (Quelle: Anandtech)
Intels 'Alpine Ridge' Thunderbolt-3-Controller mit 4-Lane-Konfiguration (Quelle: Anandtech)
Im Allgemeinen sagt man, dass Thunderbolt 3 in einer 4-Lane-PCIe-Konfiguration vorliegen sollte, um beim Gaming mit externen GPUs nicht zu bremsen. Die Benchmarks von Stephen Burgess von Own or Disown zeichnen jedoch ein anderes Bild.

Einleitung

Für den originalen Englischen Artikel, siehe hier.

Thunderbolt 3 (TB3) wird langsam aber sicher zum neuen Standardanschluss bei den meisten Computern, nicht zuletzt dank des USB-Typ-C-Steckers und einer Bandbreite von immerhin 40 Gbit/s. An einem Thunderbolt-3-Port lassen sich zwei 4K-Bildschirme ansteuern, bis zu 100 W an Energie als Ladestrom übertragen, eine 10 Gbit/s Ethernet-Verbindung herstellen und eine Vielzahl an USB- und DisplayPort-Geräten anschließen - und das alles gleichzeitig. Am attraktivsten dürfte für viele jedoch die Fähigkeit sein, eine externe GPU anzuschließen.

Etwas Unmut kam auf, als bekannt wurde, dass nicht alle Thunderbolt-3-Anbindungen gleich sind. Unter XPS-13- und XPS-15-Besitzern führte diese Erkenntnis zu erklärbarer Unzufriedenheit, denn Intel erlaubt offiziell die Anbindung an den PCIe-Bus mittels 2 oder 4 Lanes. Bei Verwendung einer eGPU stehen an einer 2-Lane-Anbindung anstelle der beworbenen 40 Gbit/s dummerweise aber nur noch 16 Gbit/s zur Verfügung. Bis dato ging man davon aus, dass eine Anbindung einer eGPU via 2 Lanes zum Flaschenhals wird und die GPU ausbremst. YouTuber Stephen Burgess von OwnorDisown hat sich diesem Thema angenommen und ein paar Benchmarks durchgeführt. Dabei kam er zu dem überraschenden Ergebnis, dass Notebooks mit via 2 Lanes angebundenem Thunderbolt 3 sich nicht nur ganz ordentlich schlagen, sondern in manchen fällen sogar Konkurrenten mit 4-Lane-Anbindung und schnellerer CPU übertrumpfen können. Schauen wir uns die Benchmarks also mal genauer an.

Das Testfeld

Als Testgerät diente Stephen die Aorus GTX 1080 Gaming Box mit eingebauter Nvidia GeForce GTX 1080. Als Notebook-GPU-Referenz diente das Sager NP9873, das ebenfalls mit GeForce GTX 1080 ausgeliefert wird und diese mit einer auf 4,7 GHz übertakteten Core i7-7700K Desktop-CPU paart. Als zweites Notebook diente ein Lenovo Yoga 720 mit Core i7-7700HQ und GeForce GTX 1050. Dieses Notebook verfügt über Thunderbolt 3, welches jedoch nur mit 2 Lanes angebunden. Das letzte Testgerät war ein Tablet, das Asus Transformer Book T303UA mit i5-6200U-CPU samt integrierter Intel HD Graphics 520. Die Aorus Gaming Box wurde mittels Thunderbolt 3 mit den Notebooks verbunden und lieferte das Bildsignal via DisplayPort an einen Bildschirm. Die Spiele wurden in 1080p und 1440p bei maximalen Details ausgeführt.

Spielebenchmarks

Battlefield 1

In 1440p erreichte das Yoga 720 in Battlefield 1 respektable Ergebnisse. (Quelle: OwnorDisown/YouTube)
In 1440p erreichte das Yoga 720 in Battlefield 1 respektable Ergebnisse. (Quelle: OwnorDisown/YouTube)

Battlefield 1 ist ein stark CPU-lastiges Spiel, daher reflektieren die Ergebnisse die tatsächlich CPU-Power der jeweiligen Notebooks. Ohne Gaming Box erreichte das übertaktete NP9873 136 und 104 FPS bei 1080p und 1440p. Mit der Box sank die Performance jedoch um 40 % und entsprach in etwa der des Yoga 720, insbesondere bei 1440p. Das Transformer Book lief der Konkurrenz aufgrund seiner lahmen CPU hinterher, erreichte aber nichtsdestotrotz akzeptable Frameraten, die ohne Gaming Box undenkbar gewesen wären.

Doom

In Doom hatten weniger PCIe-Lanes beim Yoga 720 keinen Einfluss auf die Leistung (Quelle: OwnorDisown/YouTube)
In Doom hatten weniger PCIe-Lanes beim Yoga 720 keinen Einfluss auf die Leistung (Quelle: OwnorDisown/YouTube)

Doom lief auf allen drei Notebooks verglichen mit der GPU-Referenz gut, insbesondere bei 1440p. Bei 1080p sanken die Frameraten des NP9873 mit angeschlossener Gaming Box um 22 % und selbst das Transformer Book kratze an der 100-FPS-Marke - eine erstaunliche Leistung für ein Tablet mit CPU der 6. Generation. Die wichtigste Erkenntnis ist jedoch eine ganz andere: das Yoga 720 war in beiden Auflösungen trotz seiner 2-Lane-Anbindung kein bisschen langsamer als das übertaktete NP9873 mit eGPU.

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Rainbow Six Siege

Alle Notebooks zeigten in Rainbox Six Siege eine vergleichbare Leistung (Quelle: OwnorDisown/YouTube)
Alle Notebooks zeigten in Rainbox Six Siege eine vergleichbare Leistung (Quelle: OwnorDisown/YouTube)

Rainbox Six ist eher GPU- denn CPU-lastig, entsprechend fallen auch die Testergebnisse aus. Alle Notebooks lieferten in beiden Auflösungen verglichen mit der Referenz bei maximalen Details solide Ergebnisse. Selbst die Low-Power-CPU das Transformer Book mutierte nicht zur Bremse. Daraus lässt sich schließen, dass GPU-lastige Spiele unabhängig von der Leistung der verbauten CPU von einer fähigen eGPU deutlich profitieren.

Rise of the Tomb Raider

In ROTR bei 1440p erreichte das Transformer Book ein ähnliches Ergebnis wie das NP9873 (Quelle: OwnorDisown/YouTube)
In ROTR bei 1440p erreichte das Transformer Book ein ähnliches Ergebnis wie das NP9873 (Quelle: OwnorDisown/YouTube)

Hier wurde es erneut interessant: Das Transformer Book konnte in 1440p mit dem NP9873 mithalten und war in 1080p in Schlagweite! Und das Yoga 720 lieferte trotz seiner 2-Lane-Implementierung von Thunderbolt 3 und der mobilen CPU bessere Frameraten als das übertaktete NP9873 mit Desktop-i7 und einer 4-Lane-Anbindung von Thunderbolt 3.

Finale Ergebnisse

Weniger TB3-Lanes spielen beim Gaming eine weniger wichtige Rolle als man gemeinhin annimmt (Quelle: OwnorDisown/YouTube)
Weniger TB3-Lanes spielen beim Gaming eine weniger wichtige Rolle als man gemeinhin annimmt (Quelle: OwnorDisown/YouTube)

Schaut man sich den Durchschnitt der Ergebnisse an, stellt man fest, dass sowohl das Yoga 720 als auch das NP9873 mit eGPU rund 27 % hinter der Notebook-Referenz lagen. Wenig überraschend lag das Transformer Book um 36 % zurück. In 1080p gab es bei Verwendung der Gaming Box überhaupt keinen nennenswerten Unterschied mehr zwischen dem Yoga 720 und dem NP9873, trotz der 45-W-7700HQ-CPU des Yoga 720. Die Anbindung von Thunderbolt 3 mit nur 2 Lanes scheint also keinen so großen Einfluss auf die Performance zu haben, wie man gemeinhin annimmt.

Fazit

Laptops wie das Dell XPS 15 9560 wurden für ihre 2-Lane-Anbindung von Thunderbolt 3 kritisiert. Allgemein geht man davon aus, dass 2-Lane-Thunderbolt-3 in der Spitze nur die Hälfte der Bandbreite einer 4-Lane-Anbindung zur Verfügung stellen kann. Das ist zwar technisch gesehen korrekt, aber wie so oft nur die halbe Wahrheit. Die Anzahl der Lanes betrifft nicht den Port selbst, sondern beschreibt die Anzahl an PCIe-Lanes zwischen Controller und CPU. Das heißt konkret, dass zwar alle Thunderbolt-3-Ports theoretisch 40 Gbit/s Bandbreite unterstützen, die tatsächlich maximal verfügbare Bandbreite jedoch durch die Anzahl der zur Verfügung stehenden PCIe-Lanes bestimmt wird. Aus diesem Grund muss ein Laptop, der mit 40 Gbit Thunderbolt 3 beworben wird, nicht zwingend über eine 4-Lane-Anbindung verfügen. Man darf auch nicht vergessen, dass 40 Gbit/s rein theoretisch auch mit 2 PCIe-Lanes erreicht werden können: 16 Gbit/s PCIe-Daten-Traffic kombiniert mit 24 Gbit/s DisplayPort-Traffic. Ob man DisplayPort-Traffic allerdings tatsächlich als “Daten” bezeichnen kann, sei dahingestellt.

Obwohl also eine 4-Lane-Anbindung für die Verwendung von eGPUs bevorzugt werden sollte, deuten OwnorDisowns Ergebnisse darauf hin, dass auch mit 2-Lane-Thunderbolt-3 mit Hilfe einer eGPU sehr respektable Ergebnisse erreicht werden können, wenn der Bildschirm direkt an die eGPU angeschlossen wird. Wer sich also Gedanken über die Anschaffung einer eGPU für seinen Laptop macht, dem empfehlen wir einen Blick auf unseren Testbericht zum Racer Core zu werfen.

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Autor: Vaidyanathan Subramaniam,  7.12.2017 (Update:  7.12.2017)