CPU-/GPU-Engpass-Rechner

Die Framezeit ist der sinnvolle Ausgangspunkt

Die Anzahl der Frames pro Sekunde ist der Kehrwert der Framezeit. Wird die Zeit in Millisekunden gemessen, gilt:

Bildraten-Obergrenze = 1000 / Framezeit in ms

Die langsamere gemessene Stufe bestimmt die Obergrenze der vereinfachten Verarbeitungskette:

geschätzte Obergrenze = 1000 / max(CPU-Framezeit, GPU-Framezeit)

Dies ist eine diagnostische Schätzung und keine Zusage, dass das Spiel Frames mit exakt dieser Frequenz ausgibt. Bildratenbegrenzungen, Synchronisierung, Warteschlangen, Arbeiten der Engine, Ladevorgänge, die Prozessplanung des Betriebssystems und die Bildausgabe können die beobachteten FPS beeinflussen. Microsoft definiert in seinen Hinweisen zur DirectX-Profilerstellung die CPU- und GPU-Zeit pro Frame getrennt, weil jede der beiden Seiten das verfügbare Framezeitbudget überschreiten kann.

Die Umrechnung 1000 / ms ergibt eine Obergrenze für die gemessene Stufe. Eine CPU-Zeit von 12 ms entspricht beispielsweise etwa 83,33 FPS, während eine GPU-Zeit von 7 ms etwa 142,86 FPS entspricht. In dieser Aufzeichnung ist die CPU-Seite langsamer und die vereinfachte Obergrenze liegt bei ungefähr 83,33 FPS.

Warum die Toleranz wichtig ist

Bei ähnlichen Framezeiten sollte kein trügerisch eindeutiges Ergebnis ausgegeben werden. Dieser Rechner vergleicht den absoluten Abstand mit der Framezeit der langsameren Seite:

relativer Abstand = |CPU ms - GPU ms| / max(CPU ms, GPU ms) × 100

Liegt der Abstand innerhalb der gewählten Toleranz, ist das Ergebnis für diese Aufzeichnung ausgeglichen oder nicht eindeutig. Überschreitet er die Toleranz, ist die Seite mit der längeren Framezeit der derzeit begrenzende Faktor.

Dieser Prozentsatz beschreibt den Abstand zwischen zwei Zeitmessungen in einer bestimmten Arbeitslast. Er gibt weder an, welcher Anteil der CPU oder GPU ungenutzt bleibt, noch sagt er den Leistungsgewinn durch einen Hardwarewechsel voraus.

Sorgen Sie für eine reproduzierbare Aufzeichnung

Für einen aussagekräftigen Vergleich muss die Arbeitslast konstant bleiben. Verwenden Sie jeweils dieselben:

• Spiel- und Engine-Versionen;
• Spielstände, Wiederholungen, Benchmark-Sequenzen oder festen Bewegungsrouten;
• Auflösungen, Renderskalierungen, Qualitätsvoreinstellungen und Grafik-APIs;
• Bildratenbegrenzungen sowie VSync- und dynamischen Auflösungszustände;
• Treibereinstellungen, Energiemodi und Hintergrundlasten;
• Aufwärmzeiten und Aufzeichnungsdauern.

Führen Sie den Test mehrmals durch und vergleichen Sie repräsentative Statistiken, statt sich auf eine einzige kurze Stichprobe zu verlassen. AMD empfiehlt in seinen Hinweisen zur CPU-Leistung, Variablen wie die Testszene und den Zufallsstartwert festzulegen. Im Unreal-Engine-Leitfaden schlägt AMD außerdem vor, die Auflösung zur Diagnose zu verändern: Wenn eine deutlich höhere Renderauflösung die Leistung kaum beeinflusst, ist dies ein Hinweis, dem Sie bei der Suche nach einer CPU-seitigen Begrenzung dieser Arbeitslast nachgehen sollten. Es bleibt jedoch ein Hinweis und ist kein allgemeingültiges Urteil.

Warum die Auslastung kein Beweis ist

Die Auslastung kann eine Diagnose stützen, sie allein aber nicht belegen. Die CPU-Gesamtauslastung kann gering erscheinen, obwohl ein Haupt- oder Render-Thread vollständig ausgelastet ist. Eine niedrige GPU-Auslastung kann durch eine Bildratenbegrenzung, das Warten auf die CPU, Synchronisierung oder zu wenig übermittelte Arbeit entstehen. Eine hohe GPU-Auslastung zeigt lediglich, dass das Gerät beschäftigt war; sie benennt weder den genauen aufwendigen Verarbeitungsschritt noch lässt sie das Ergebnis einer Aufrüstung vorhersagen.

Werkzeuge zur Zeitmessung liefern mehr Kontext. Intel PresentMon zeichnet Frame- und GPU-Telemetriedaten auf, NVIDIA Nsight zeigt CPU- und GPU-Framezeiten sowie GPU-Arbeitslastbereiche, und AMD Radeon GPU Profiler visualisiert die Zeiten in Warteschlangen und die GPU-Leerlaufphasen. Selbst die Schwellenwerte von Profilern sind nur Heuristiken: Radeon GPU Profiler verwendet zur Einstufung einer CPU-Begrenzung einen anpassbaren Schwellenwert für den GPU-Leerlauf und kein Gesetz, das für jede Engine gilt.

Was 1%-Lows aussagen können und was nicht

Ein 1%-Low fasst das langsame Ende einer Framezeitverteilung zusammen. Damit lassen sich Unregelmäßigkeiten bei der Bildausgabe erkennen, die ein Durchschnittswert verbergen kann. Es verrät jedoch nicht, ob CPU, GPU, Asset-Streaming, Shader-Kompilierung, Speicherdruck oder ein anderer Stillstand diese langsamen Frames verursacht hat.

Auch die Definitionen unterscheiden sich. Einige Berichte leiten eine Bildrate aus dem 99. Perzentil der Framezeit ab (1000 / p99-Framezeit), andere bilden den Mittelwert aus dem langsamsten Prozent der FPS-Stichproben. NVIDIA Nsight Systems definiert die Framelänge am 99. Perzentil als den Wert, den nur 1 % der Frames überschreiten. Halten Sie beim Vergleich von Ergebnissen das verwendete Werkzeug und die Definition fest, und ersetzen Sie zusammengehörige CPU- und GPU-Framezeiten nicht durch einen 1%-Low-Wert.

Warum allgemeingültige Engpass-Prozentsätze irreführend sind

Ein Computer hat kein dauerhaftes CPU-/GPU-Engpassverhältnis. Welche Arbeit begrenzt, kann sich je nach Spiel, Szene, Auflösung, Einstellungen, Engine-Version, Treiber, Bildratenbegrenzung und angestrebter Bildrate ändern. Eine belebte Stadtszene kann die Simulation und das Übermitteln von Zeichenaufrufen stark beanspruchen, während eine andere Szene mit höherer Renderskalierung mehr GPU-Zeit benötigt.

Rechner, die nur Modellnamen auswerten, können diese Bedingungen nicht beobachten. Ein Ergebnis wie „23 % Engpass“ hat ohne gemessene Zeitwerte aus derselben Szene keine stabile technische Bedeutung. Beschreiben Sie mit diesem Rechner die tatsächlich erstellte Aufzeichnung, wiederholen Sie den Test unter der für Sie relevanten Arbeitslast und verwenden Sie einen Zeitachsen-Profiler, wenn Sie die konkret verantwortliche Arbeit ermitteln möchten.

Offizielle technische Quellen

• Microsoft: DirectX-Anwendungen profilieren
• Intel: Leistungsüberwachung mit PresentMon
• NVIDIA: Frame-Zustand in Nsight Systems
• NVIDIA: GPU Trace in Nsight Graphics
• AMD GPUOpen: Überblick über Radeon GPU Profiler
• AMD GPUOpen: Leistungsleitfaden für Unreal Engine
• AMD GPUOpen: Leistungsleitfaden für Ryzen-CPUs