Ingebouwde GPU: 3D-prestaties en videofuncties van grafische kaart

Marco den Teuling
0

De ingebouwde gpu van AMD- en Intel-processors staat soms onterecht in de schaduw van krachtigere grafische kaarten. Ze maken echter niet alleen zuinige laptops en desktops mogelijk, maar zijn dankzij moderne technologie en toegenomen 3D-prestaties vaak meer dan voldoende.


ingebouwde gpu 3D-prestaties grafische


Professionele gebruikers en pc-gamers kunnen niet om een grafische kaart heen, vooral wanneer de hoogste rekenkracht is vereist voor complexe CAD-modellen, wetenschappelijke bereke­ningen of de nieuwste 3D-shooter.

Voor de meeste andere toepassingen is een aparte grafische kaart of een extra grafische chip in een laptop echter overbodig. De in de processor geïntegreerde grafische voorzie­ningen zijn vaak voldoende. Die kan meerdere monitoren aansturen, ontlast de cpu tijdens het afspelen van ­video en is geschikt voor veel casual games.

De geïntegreerde gpu’s (iGPU) van Intels Core i-processors en AMD’s Ryzen-cpu’s bieden verschillende voordelen ten opzichte van grafische kaarten. Ze hebben veel minder energie nodig. Dat betekent niet alleen een langere accuduur voor laptops, maar ook een stillere koeling voor desktop-pc’s.

Ze zijn ook veel goedkoper, vooral in de huidige omstandigheden waarin veel grafische kaarten moeilijk te krijgen zijn. Zelfs eenvoudige goedkope modellen zoals de ­Nvidia GeForce GT 1030 en de AMD Radeon RX 550 kosten momenteel meer dan 100 euro. Voor krachtigere gamingkaarten zijn de straatprijzen gestegen tot het dubbele of drievoudige van de adviesprijs van de fabrikant. Het prijsverschil tussen de Core i5-11400 met zes cores en UHD 730 geïntegreerde graphics en de verder identieke Core i5-11400F zonder iGPU is daarentegen slechts 20 euro.

Keuzehulp

Maar welke processors hebben geïntegreerde graphics?

Voor mobiele processors is het antwoord op die vraag eenvoudig: allemaal!

  • Intel heeft momen­teel de 11e generatie Core i-processors, waartoe de Core i-1100G en Core i-11000H Tiger Lake-series voor laptops en mini-pc’s behoren. Ze bevatten een gpu van de 12e generatie, die Intel Xe noemt.

Afhankelijk van het cpu-model zijn er verschillende prestatieniveaus van de grafische 3D-unit met 16, 32, 48, 80 of 96 Execution Units (EU’s), die elk acht shaderkernen bevatten.

  • AMD’s huidige serie Ryzen 5000U/H Cezanne mobiele processors hebben allemaal een Radeon GPU met 6, 7, of 8 Compute Units.
  • Elk daarvan bestaat op zijn beurt uit 64 shader-cores. Een Ryzen 7 5800H heeft dus 512 shaders met zijn acht CU’s. De vijfde ­generatie van de GCN-architectuur (Graphics Core Next), ­alias Vega, wordt daarin toegepast. Die is ondertussen al ongeveer vier jaar oud.
  • Bij de desktopprocessors Intel Core i-11000 Rocket Lake zijn er alleen zwakkere Xe-gpu’s met 24 en 32 EU’s.
  • Bij Intel-processors met een F in de benaming, zoals de Core i5-11400F, is de grafische eenheid daarentegen volledig uitgeschakeld.

Het zit wat ingewikkelder bij de desktopvarianten van de Ryzen-processors.

  • AMD biedt de Radeon-­graphics alleen aan in cpu’s met een G in de naam.
  • De Ryzen 4000G van de Renoir-familie
  • en de recenter geïntroduceerde Ryzen 5000G Cezanne-combiprocessors met zes, zeven of acht Compute Units zijn door de chipfabrikant tot dusver echter voorbehouden aan pc-fabrikanten.

Daardoor hebben slechts een paar ­online winkels ze in het assortiment.

  • De voorgangers van de Ryzen 3000G Picasso-serie zijn technisch niet meer bij de tijd en zijn door de chip-schaarste onge­veer 50 procent duurder dan voor de pandemie.
  • Aantrekke­lijke cpu’s met de nieuwste Zen 3-techno­logie en geïntegreerde graphics zullen pas rond augustus in winkels te vinden zijn in de vorm van de Ryzen 5 5600G en Ryzen 7 5700G.

Architectuur Intel Xe Intel verdeelt de 96 Execution Units (EU) van de Xe-gpu in Tiger Lake mobiele processoren over zes SubSlices. In elk daarvan maken 16 EU’s gezamenlijk onder meer gebruik van thread-management, een gecombineerde level 1- en textuurcache, alsmede lokaal geheugen van 64 kB. Elk van de 96 Execution Units bestaat op zijn beurt uit twee gespecialiseerde floatingpoint-units en acht SIMD-pipelines, die gezamenlijk zowel integer- als floatingpoint-bewerkingen kunnen uitvoeren.


Meerdere aansluitingen

Zowel AMD als Intel verdelen de afzonderlijke gpu-componenten over verschillende functieblokken van de processor. Die communiceren met elkaar via de ringbus (Intel) of de Infinity Fabric (AMD).

In de Core i-processors bevindt de displaycontroller voor de grafische uitgangen zich bijvoorbeeld in de zogenaamde System Agent. Die bevat ook de PCI Express root-hub en de geheugencontroller. Dat vermindert de energie­behoefte: de volledig berekende beeldgegevens bevinden zich in het hoofdgeheugen, van waaruit de display­controller ze direct kan ophalen. Zo kunnen de overige functieblokken van de processor in slaapstand gaan als de scherminhoud niet verandert.

De huidige 11e generatie Core i-processors voor desktop-pc’s (Rocket Lake) en notebooks ­(Tiger Lake) kunnen nu vier monitoren tegelijk aansturen, net als de Ryzen-processors uit de series 3000G, 4000G en 5000G. De vier display-pipes werken flexibel als Display­Port, DVI, HDMI en ook in de DisplayPort Alt-mode van USB-C of als embedded DisplayPort (eDP) voor laptopschermen.

Het type en het aantal aansluitingen dat daadwerkelijk naar buiten wordt geleid, hangt echter af van het moederbord of de laptop in kwestie. De bovengenoemde processors kunnen via elke display-pipe probleemloos een 4K-monitor aansturen op 60 hertz, via HDMI 2.0 of DisplayPort 1.4.

Als 3D-content moet worden berekend, zoals bij games of de 3D-weergave van Google Maps, worden de shaderkernen gebruikt. Die rekeneenheden nemen relatief grote delen van de processor-die in beslag. De structuur komt overeen met die van verwante grafische kaarten, behalve dat die veel meer eenheden hebben.

Intel heeft recent met Xe een nieuwe gpu-­architectuur geïntroduceerd, waarvan in de toekomst ook krachtige grafische gamingkaarten moeten verschijnen. Technisch gezien is dat echter geen revolutie, maar een voortdurende evolutie van de eerdere geïntegreerde gpu’s. Daarom noemt Intel het Gen 12. Om de prestaties te verbeteren in vergelijking met Gen 11, heeft Intel de maximale kloksnelheid verhoogd van 1,1 naar 1,45 GHz en het aantal Execution Units met 50 procent van 64 naar 96.

Behalve de level 3-cache binnen de Xe-gpu, heeft de grafische eenheid toegang tot de L3-cache van de cpu-kernen. Die doet voor de gpu dan dienst als level 4-cache. Om verwarring te voorkomen en omdat het de laatste cache is vóór het gedeelde hoofdgeheugen, noemt Intel die cache daarbij ook wel de last-level-­cache.

AMD verminderde vorig jaar juist het aantal shaders in de gpu bij de generatiewisseling van Ryzen 3000G naar Ryzen 4000G. In plaats van elf Compute Units zijn er nu maximaal acht in de Ryzen 4000G en 5000G. AMD kon de maximale frequentie van de iGPU echter flink verhogen van 1,4 tot 2,1 GHz door over te schakelen op 7-nanometertechnologie. Zo konden de prestaties toch nog worden opgevoerd.

Speelklaar – de prestaties getest

We hebben de prestaties van de verschillende iGPU’s getest met vijf games van verschillende genres. Sommige daarvan zijn publieksfavorieten zoals De Sims 4, Dota 2 en World of Warcraft, maar er waren ook recentere titels bij zoals Anno 1800. We hebben geen spellen gekozen die sowieso veel te veeleisend zijn voor geïntegreerde grafische eenheden.

In plaats van de framerate, hebben we in de tabel aangegeven met welke instellingen het spel de benodigde frames per seconde haalde voor een soepele uitvoering. De sterkste Xe-gpu van de mobiele en desktopprocessors met respectievelijk 96 en 32 EU’s, en de op één na sterkste geïntegreerde Radeon-graphics met 7 CU’s namen het tegen elkaar op – het top­model was voor de test niet beschikbaar.

Ter vergelijking zetten we er een grafische kaart uit de 150 euro-klasse tegen­over van het type GeForce GTX 1050.



Benchmark 3DMark Firestrike

Bij de synthetische benchmark 3DMark Firestrike scoorde de sterkste Intel-iGPU met 5284 punten bijna even goed als de GeForce-kaart (5795 punten) en duidelijk beter dan de grafische kaart van AMD (3657 punten). Het voordeel was in de praktijk echter beperkt: de Radeon en Xe gpu streden een nek-aan-nek-race bij de 3D-games.

Kwaliteit verlagen voor goed spelplezier

Bij De Sims 4 en Dota 2 haalden beide het hoogste kwaliteitsniveau in full-hd-resolutie, bij de laatstgenoemde game zelfs meer dan 60 frames per seconde. Bij de stadssimulatie Cities: Skylines en de online role-playing game World of Warcraft met de uitbreiding Shadowlands moesten we de kwaliteit op de iGPU’s verlagen om het spel leuk te houden. ­Anders bederven haperingen de sfeer bij het heen en weer scrollen.

Anno 1800 kun je beschouwen als een spel voor een grafische kaart, aangezien de GeForce GTX 1050 het daar al moeilijk mee had. De graphics zien er echter fraai uit, ook op de laagste instellingen – in tegenstelling tot bij De Sims 4 (zie afbeeldingen).


Als een game hapert, kun je dat vaak alleen verhelpen door grafische details uit te schakelen. Bij de laagste kwaliteit legt Sims 4 bijvoorbeeld een mist over het beeld (rechts), die de zichtafstand beperkt. Daardoor hoeft de grafische unit minder te rekenen, maar het leidt ook tot rare beelden zoals een interieur dat uit de mist naar voren komt.

­


Ondanks de Xe-architectuur is de UHD 700 grafische processor van de Core i-desktopprocessors minder aan te bevelen voor casual gamers. Ingeperkt tot 32 EU’s haalt die slechts 2259 punten bij 3DMark Fire­strike en is hij alleen geschikt voor niet veeleisende titels als De Sims 4.

Bewegende beelden

Naast de flexibel bruikbare shaderkernen bevatten moderne processors gespecialiseerde elementen voor het de- en coderen van videoformaten. Hoewel die alleen de specifieke instructies kunnen verwerken die daarbij nodig zijn, vergen ze veel minder energie dan cpu-kernen.

AMD en Intel hebben ze elk onder­gebracht in een afzonderlijk gekoppeld functioneel blok, waardoor de video-units volledig onafhankelijk van het shaderblok van de gpu in de slaapstand kunnen gaan – en omgekeerd. Wat videomogelijkheden betreft, gaan de Xe-gpu’s aan de leiding.



Naast gevestigde codecs, waarvan sommige al tientallen jaren oud zijn, zoals MPEG2, VC1 en H.264/AVC, nemen ze ook de meer veeleisende nieuwe formaten H.265/HEVC, VP9 en AV1 voor hun rekening. Vooral de laatste twee zijn erg belangrijk omdat videoplatform YouTube en streamingprovider Netflix er steeds meer gebruik van maken. Die codecs vergen meer rekenkracht, maar lagere bitsnelheden dan hun voorgangers voor een vergelijkbare video­kwaliteit.

Dat bespaart ruimte op de servers en bandbreedte op internet. Bij onze praktijktest had de Core i5-11600K met UHD-750 graphics bij het afspelen van AV1-video’s in 4K-resolutie dankzij hardwareversnelling minder dan 2 procent cpu-belasting. Het taakbeheer van Windows 10 toont ook de belasting van de video-units van de gpu, die rond de 20 procent lag. Bij een resolutie van 8K hadden de zes processorkernen het echter zwaar.

In tegenstelling tot HEVC en VP9 kunnen de Xe-gpu’s AV1 namelijk alleen afspelen met een resolutie van maximaal 4K. De belasting van de cpu kwam daardoor tot ongeveer 40%, terwijl de video-units niets te doen hadden. Met VP9 werkte 8K ook, met minder dan 4 procent cpu-belasting, en werd de video-engine voor 80 procent belast.

AMD loopt zowel achter op Intel als op zijn eigen grafische kaarten wat betreft de videomogelijkheden van zijn geïntegreerde gpu’s. De Ryzen 4000U/H/G en 5000U/H/G gebruiken nog steeds het Video Core Next 2.0 (VCN 2.0) functieblok van de Vega-generatie. Daarin ontbreekt bijvoorbeeld ondersteuning voor de AV1-codec. Daarom was de cpu-belasting van de mobiele processor Ryzen 3 4300U veel hoger dan die van het Intel-systeem. Bij het afspelen van een AV1-video met 4K-resolutie was dit 60 procent – dat trekt de batterij snel leeg.

De 15W-modellen van de Ryzen-processors kunnen sowieso alleen 4K-video’s versnellen, terwijl de krachtigere 45- en 65-watt processors dat ook kunnen in 8K-resolutie met HEVC en VP9.

Conclusie

In veel opzichten bereiken de in de processor geïntegreerde grafische units nu hetzelfde niveau qua functionaliteit als veel duurdere grafische kaarten. Intels huidige Xe-graphics ligt daarbij duidelijk voor op het gebied van videomogelijkheden.

Alleen de sterkste iGPU’s van AMD en Intel zijn interessant voor als je af en toe games speelt. Die kunnen populaire games die zijn ontworpen om zelfs op zwakke gpu’s soepel te draaien, in goede kwaliteit renderen. De UHD-700 graphics van Intel zijn daarvoor slechts beperkt aan te bevelen.

Vooral voor kantoor-pc’s en laptops is een iGPU een verstandige optie, die energie en geld bespaart bij de aanschaf. Maar zelfs voor computers met een grafische kaart kan de geïntegreerde grafische kaart een redder in nood blijken te zijn. Als de kaart defect is, kun je de pc toch blijven gebruiken totdat je een vervangende kaart hebt.

Christian Hirsch en Marco den Teuling c’t10; 2021; p52


 

Meer prestaties dankzij sneller geheugen

Naast het aantal shaders en hun frequentie speelt ook de geheugensnelheid een belangrijke rol voor de 3D-prestaties. Dat geldt vooral voor een geïntegreerde gpu, omdat cpu-kernen en shaders beide het hoofdgeheugen delen.

Met de Radeon grafische eenheid van de Ryzen 5 Pro 4650G als voorbeeld, testten we de 3D prestaties met gangbare geheugenconfiguraties. Met het volgens de specificaties snelste toegestane DDR4-3200 RAM in dualchannel-modus, was de framerate 60 fps bij het realtime strategiespel Dota 2. Met DDR4-2666, dat je geregeld tegenkomt in goedkope desktop-pc’s en laptops, daalde de framerate gemiddeld met 7 procent.

De prestatiedaling is duidelijk meetbaar, maar nauwelijks merkbaar. Dat ziet er anders uit wanneer slechts één van de twee geheugenkanalen benut wordt. Helaas gebeurt dat nog steeds bij goedkope laptops. In dat geval halveerde de framerate bijna tot 36 fps met DDR4-3200 RAM.

We hebben het systeem ook getest met twee modules snel overklokgeheugen met DDR4-3600-snelheid en korte latenties. Dat leverde ongeveer 17 procent meer 3D-prestaties op in vergelijking met DDR4-3200.

Maar niet elk moederbord ondersteunt de daarvoor benodigde XMP-profielen. Als je wilt gamen op een geïntegreerde gpu, moet je er in ieder geval voor zorgen dat beide geheugenkanalen voorzien zijn met DDR-modules. Niet vervangbaar gesoldeerd LPDDR4X-RAM in laptops levert een paar procent meer prestaties dan gewoon DDR4-RAM omdat de frequentie hoger is (LPDDR4X-4266 in plaats van DDR4-3200).

Deel dit artikel

Lees ook

Test beste grafische kaart voor gaming – review van 9 topmodellen

Wat is de beste grafische kaart voor gaming voor je pc? Wil je vloeiend gamen in 4K en met raytracing, dan heb je een van deze topmodellen nodig.

Raytracing op ‘goedkopere’ grafische kaarten: test en benchmarks

Steeds meer games gebruiken raytracing. Dat werkt op GeForce-RTX-kaarten, maar ook op veel GTX-kaarten. We hebben gekeken welke prestaties je daarbij ...

0 Praat mee
avatar
  Abonneer  
Laat het mij weten wanneer er