Aantal cores en prestaties bij muziek-, beeld- en videobewerking

Professionals willen altijd veel rekenkracht voor beeld-, video- en muziekbewerking. Maar niet alle programma’s maken optimaal gebruik van de kracht van moderne multicore-processors. We kijken naar de invloed van de cpu en het aantal cores op de prestaties bij muziek-, beeld- en videobewerking.

Als een computer urenlang bezig is met het renderen van een video, hapert bij het afmixen van een groot orkest of traag reageert bij het retoucheren van raw-afbeeldingen, denken veel mensen dat ze een snellere pc moeten hebben. De algemene prestaties zijn echter afhankelijk van diverse factoren: de processor, de grafische kaart, de geheugen­hoeveelheid en de aansluiting en configuratie van externe interfaces.

De Ryzen-processors van AMD zijn momenteel erg in trek vanwege de vele processorcores die je daarbij krijgt voor in verhouding relatief weinig geld. Maar met de nieuwste processors met tot aan 64 kernen moet je oppassen, want je zult niet altijd van hun volledige prestaties kunnen profiteren. Verborgen knelpunten kunnen de performance ernstig in­dammen.

Om te zien of een investering in een cpu met een groot aantal cores de moeite loont, hebben we verschillende programma’s voor muziek-, beeld- en videobewerking getest met een AMD Ryzen 9 3950X met 4, 6, 8, 12 en 16 kernen en met simultaneous multithreading (SMT) onder Windows 10 Home 1909. We hebben de actieve kernen softwarematig in- en uitgeschakeld. We hebben ook steekproeven uitgevoerd op systemen met 64 kernen, met Intel-processors en op Mac-computers.

We geven hieronder bovendien tips hoe je eventuele problemen kunt oplossen tijdens muziek- en beeldbewerking.

Voordat je je cpu gaat upgraden, is het de moeite waard om mogelijke bottlenecks van het werkgeheugen of de harde schijf op te lossen. Ongeacht wat voor soort programma’s je wilt versnellen, rond­draaiende harde schijven zijn altijd de grootste remmende factor in een systeem. Ze zijn prima geschikt als archief en back-up voor oude projecten, maar nieuwe klussen kun je het beste altijd volledig op ssd’s opslaan om de laad- en opslag­tijden te verkorten.

Voor het bewerken van foto’s en het produceren van muziek is 8 GB RAM meestal voldoende, maar voor middelgrote projecten is 16 GB aan te bevelen. Grote muziekproducties met meer dan honderd sporen en videobewerking in 4K vereisen vaak zelfs 32 of 64 GB RAM.

Een blik op het taakbeheer van Windows of de activiteitenweergave in mac­OS helpt bij het evalueren van het benodigde RAM. Als een groot project meer dan driekwart van het fysiek beschikbare RAM in beslag neemt, kan het de moeite lonen om het werkgeheugen uit te breiden.

Het is mogelijk om bij de instellingen van beeldbewerkingsprogramma’s zoals ­Adobe Photoshop en Affinity Photo van Serif meer geheugenbronnen toe te wijzen aan het programma. Bij Photoshop stel je onder ‘Bewerken / Voorkeuren’ op het tabblad Prestaties bij Geheugen­verbruik in hoeveel geheugen er voor het programma wordt gereserveerd. Meestal reserveert Photoshop standaard 70 procent van het RAM. Zorg er onder Werkschijven voor dat het wisselbestand naar een ssd wordt geschreven. Bij Affinity Photo bepaal je bij Preferences met een schuifregelaar bij Performance het maximale RAM-gebruik.

De regel onderin Photoshop geeft informatie over het bronnengebruik. Een drop-downmenu biedt onder andere informatie over de documentgrootte, werkschijfgrootte en efficiëntie. Dat laatste toont simpelweg het percentage van de handelingen die in het geheugen worden uitgevoerd. Als daar 100 procent staat, is alles in orde.

Bij de voorkeuren van Photoshop kun je instellen hoeveel werkgeheugen er voor het programma gereserveerd moet worden.

Afgezien van het werkgeheugen hangt het van de gebruikte software af in welke mate de cpu en gpu van invloed zijn op de performance. Als je correcties toepast met een penseelstreek, de berekeningswijze van een laag wijzigt of een schuif­regelaar in de raw-ontwikkelaar verplaatst, verwacht je meteen resultaat.

Dat krijg je ook, want professionele beeldbewerkingsprogramma’s zoals Photo­shop tonen de filtereffecten in eerste instantie als een preview op het scherm en converteren die vervolgens op de achtergrond naar een 16-bit kleur­diepte per kanaal met de volledige beeldresolutie. Als je op een beeldbestand inzoomt of dat snel verplaatst, wordt dit meestal door de gpu afgehandeld. Grote afbeeldingsbestanden kun je er dan beduidend sneller mee bewerken dan met gratis opensource-programma’s zoals Gimp, dat elke verandering deel voor deel berekent.

We hebben met Photoshop en Affinity Photo acht functies getest, waaronder het starten van het programma, het verwerken van een raw-foto van 42 megapixels en twee vervagingsfilters. Bij het uitvoeren van de tests hebben we het aantal cores gevarieerd. Met Photoshop CC hebben we ook een macro met verschillende filters en acties uitgevoerd, die hetzelfde aantal handelingen omvatte als de individuele acties.

Photoshop gaat al 30 jaar mee en sommige bewerkingstools maken geen gebruik van een groter aantal cores, ze kunnen slechts een enkele core benutten. Het starten van het programma en het opslaan en exporteren van bestanden kostte altijd precies evenveel tijd, ongeacht of er vier of 64 cpu-cores in het systeem actief waren.

Hetzelfde geldt voor het in de praktijk belangrijke lensonscherpte-filter en de rekenintensieve render-filters voor bomen en vlammen. Het algoritme voor het schalen zorgt er in ieder geval wel voor dat de gpu meehelpt. Bij ons testscenario maakte Photoshop gebruik van maximaal acht cores van een cpu – een groter aantal cores zorgde niet voor verbetering.

De prestaties van het veel jongere Affinity Photo zijn veel beter geoptimaliseerd voor het multicore-gebruik. Vooral de raw-verwerking en de lensonscherpte profiteren daarvan. Een 16-core processor verwerkte ons testbestand meer dan twee keer zo snel als een quadcore-processor. Affinity Photo is met een klein aantal cores echter beduidend langzamer dan Photoshop. Met 16 cores waren beide gelijk wat de snelheid betreft.

Bij het bewerken van video met Adobe Premiere Pro speelt de gpu-ondersteuning een veel grotere rol dan bij het bewerken van foto’s. Adobe zegt dat er meer dan 30 effecten door de gpu worden versneld, waaronder slagschaduwen, kleurcorrectie, randen met zachte focus en Gaussiaanse blur. Voor de gpu-versnelling heeft Premiere Pro wel een grafische kaart nodig die de CUDA-technologie van Nvidia ondersteunt.

Om dat te gebruiken, moet je de Mercury Playback Engine met Nvidia CUDA als renderer selecteren bij de algemene projectinstellingen. Als je systeem dat niet ondersteunt, biedt Premiere Pro in dat geval alleen software-gebaseerde rendering aan, wat aanzienlijk trager is. Let ook op het werkgeheugen van de grafische kaart. Adobe adviseert minimaal 6GB VRAM voor 4K-materiaal.

Afgezien van die door de gpu versnelde effecten en het exporteren, wordt de snelheid van de software bij de meeste standaardbewerkingen van Premiere Pro door de cpu bepaald. Dat geldt onder andere voor videobewerkingsfuncties en realtime-­weergave.

De grootste voordelen van een processor met een hoog aantal cores merkten we bij het exporteren van video. We lieten Premiere een videoclip van een minuut in 4K-resolutie met 60 beelden per seconde exporteren als een met H.264 gecodeerd 1080p-videobestand in hoge kwaliteit. Met vier kernen duurde het hele proces bijna twee keer zo lang als met een cpu met acht kernen. Met acht kernen duurde het al zo’n anderhalf keer zo lang als met 16 kernen. Multithreading had geen invloed op het resultaat.

In tegenstelling tot bij beeld- of video­bewerking speelt een grafische kaart bij muziekproductie geen rol. De bereke­ningen worden volledig door de cpu uit­gevoerd. De grafische kaart moet in ieder geval eventuele high-res monitoren kunnen aansturen. De kaart moet bij voorkeur ook zo stil mogelijk zijn.

Het maakt niet uit welk Digital Audio Workstation (DAW) je gebruikt: DAW’s zoals Cakewalk en Steinberg Cubase fungeren als hosts die instrumenten en ­effecten als plug-ins laden. Die plug-ins zijn afkomstig van diverse producenten en hebben verschillende cpu-eisen. Aangezien voor een typische muziekproductie tientallen tracks tegelijk moeten worden berekend, zijn dat taken die in principe bijzonder goed geschikt zijn om over een groot aantal cores te ver­delen.

Hoe snel de cpu de geluidsbereke­ningen realtime kan afwerken, wordt mede bepaald door de samplefrequentie en de buffergrootte van de audio-­interface – als die leeg begint te lopen, treden er haperingen op. Kleinere buffers reduceren de latency bij audiosignalen tijdens het opnemen en afspelen, maar belasten de cpu ook meer.

Audiofanaten mogen dan wel zweren bij 96 kHz, maar dat is voor muziek­producties meestal niet nodig omdat veel plug-ins intern toch met oversampling werken. Projecten met 44,1 kHz of 48 kHz vergen veel minder van de cpu en hebben daarom de voorkeur.

Bitwig verdeelt de berekening van de muziektracks over maximaal 28 cpu-threads en geeft het gebruik van de audiobuffer weer in een apart venster.

De buffergrootte pas je aan op de fase waarin je project zich bevindt: bij de eerste opnames, waarbij er bijna geen plug-ins worden gebruikt, pas je een zo klein mogelijke buffer toe om de latency zoveel mogelijk te beperken. De vereiste grootte is afhankelijk van de audio-interface en de drivers – een snellere cpu heeft daar nauwelijks invloed op.

Sommige interfaces kunnen met 32 samples zonder haperingen opnemen, andere hebben 128 samples nodig. Bij macOS werken de meeste usb-audio-­interfaces zonder drivers, maar onder Windows heb je een ASIO-driver van de fabrikant (of de freeware ASIO4ALL) nodig, omdat de Windows Audio Session API (WASAPI) voor muziekproducties veel te traag is.

De cpu-prestaties komen pas in het spel als alle opnames gedaan zijn en je met het arrangeren en mixen aan de slag gaat. Daarvoor moet je de buffer verhogen naar 256 of nog hoger om de cpu minder te belasten. Als het systeem op een bepaald moment te traag aanvoelt, helpt het vaak om individuele tracks of groepen tijdelijk te ‘bevriezen’, zodat ze de cpu niet meer nodig hebben. Alle effecten van een track worden dan naar een audiobestand gerenderd. Als je de instellingen van de track weer wilt wijzigen, moet je die eerst weer ‘ontdooien’.

Om te testen hoe het aantal cores de prestaties van een DAW beïnvloedt, hebben we met Bitwig Studio 3.1.2 een testproject opgezet. Een track bevatte telkens een synthesizer plug-in (FM4), gevolgd door de gain-tool, equalizer, compressor en reverb. Daarna hebben we gecontroleerd hoeveel van dergelijke tracks we zonder haperingen konden afspelen op 48 kHz met een 128-bit buffer op de wat meer high-end usb-audio-interface ADI-Pro 2 FS van RME. Om de waarden te kunnen vergelijken met de prestaties van je eigen computer, stellen we ons testproject ter beschikking . Het project werkt met de gratis demo van Bitwig Studio en het bijbe­horende Essential Download Pack.

Als richtlijn kun je aannemen dat het aantal mogelijke sporen toeneemt met het aantal cores. Dat verloopt echter niet lineair: met twee cores lukte het prima om acht tracks per core af te spelen, maar met 16 cores waren dat er slechts 3,3 tracks per core. Toen we SMT uit­schakelden, ging het maximaal mogelijke aantal sporen gemiddeld met 24 procent achteruit.

Opvallend waren de verschillen in de processorbelasting op de momenten waarop er storingen optraden. Soms haperde het al met 58 procent, soms pas bij 79 procent – ondanks dat alle parameters op het systeem onveranderd bleven, met uitzondering van het aantal processor­kernen.

Via steekproeven wilden we achterhalen of de processorbelasting zich op dezelfde manier gedroeg bij andere processors en besturingssystemen. De resultaten liepen sterk uiteen: bij een Macbook Pro uit 2019 met een Intel Core i5 2,4 GHz quadcore-cpu begon het pas te stotteren bij 31 sporen en 74 procent cpu-belasting. Bij een nieuwe Mac Pro met een 3,5 GHz Intel Xeon W met acht cores stotterde het al bij 33 sporen en 40 procent processorbelasting.

Bij Windows hield het met een 18-core Intel Core i9-10980XE op bij 34 sporen en een 55 procent cpu-belasting. Stellingen als ‘Windows is beter geschikt voor muziekprogramma’s dan macOS’ of ‘Intel cpu’s zijn beter dan AMD-­processors’ kun je op basis van deze resultaten niet maken. Het hangt in alle gevallen van het specifieke hardwareplatform, het besturings­systeem en de aangesloten audio-­interface af hoe goed een muziekprogramma de hardware kan benutten.

Aantal cores en prestaties – testresultaten muziek-, beeld- en videobewerking

In onderstaande tabel hebben we gegevens verzameld over de prestaties met een oplopend aantal cores bij muziek-, beeld- en videobewerking.

Klik op de tabel voor een vergroting (in pdf-formaat).

Door de integratie van veel plug-ins kunnen muziekprogramma’s de processor­belasting goed over meerdere processorkernen verdelen. Audioworkstations hebben baat bij cpu’s met veel kernen en simultaneous multithreading. Hoe goed het aantal cores wordt benut, hangt echter af van de gebruikte software, het besturings­systeem, het hardwareplatform, de usb-­aansluiting, de audio-interface en drivers. Een verkeerde combinatie kan ertoe leiden dat je veel performance verspilt.

Als je een nieuw workstation aanschaft, loont het de moeite om een audio­specialist te raadplegen die de hardware optimaal kan aanpassen aan je softwarewensen. Als de beloofde performance niet wordt gerealiseerd, kun je de dealer daar dan op aanspreken.

Als het gaat om beeld- en video­verwerking, is de interactie tussen cpu en grafische kaart doorslaggevend. Veel populaire Photoshop-tools maken slecht gebruik van cpu’s met veel cores. Het relatief jongere Affinity Photo profiteert daarentegen meer van multi-core­processors.

De videoverwerking van Adobe Premiere profiteert ook van veel cpu-cores – vooral bij het exporteren van je video’s. Veel grafische effecten komen echter pas echt op gang met CUDA-versnelling met grafische kaarten van Nvidia. Dat is belang­rijker voor de performance van de software dan de cpu.

Het is opletten geblazen bij Windows 10 en processors met meer dan 14 cores : door de beperkingen van MMCSS kunnen DAW’s standaard slechts 28 cpu-threads gebruiken (meer hierover in c’t jun/2020). Andere toepassingen moeten expliciet meerdere processorgroepen ondersteunen, anders blijven de prestaties van processors met meer dan 32 kernen onbenut.

(Hartmut Gieselmann, André Kramer en Daniel Dupré, c’t magazine)

Blijf op de hoogte van de nieuwste informatie en tips!
Schrijf je in voor de nieuwsbrief: