Nvidia-GeForce-40-Serie

Die GeForce-40-Serie ist eine Serie von Grafikchips des Unternehmens Nvidia und Nachfolger der GeForce-30-Serie. Alle Grafikprozessoren basieren auf der Lovelace-Architektur, benannt nach der britischen Mathematikerin Ada Lovelace, und unterstützen das Shadermodell 6.6 nach DirectX 12 Ultimate. Die ersten Grafikkarten wurden von Nvidia im Rahmen der GTC 2022 am 20. September 2022 offiziell vorgestellt.

Ansicht der NVIDIA GeForce RTX 4090 Founders Edition

Beschreibung

Die ersten Grafikkarten der Geforce-40-Serie wurden im Rahmen der GTC 2022 am 20. September 2022 offiziell vorgestellt, wobei es sich um die Geforce RTX 4090, sowie zwei Modelle der Geforce RTX 4080 handelte. Nachdem die Vorgänger bei Samsung produziert wurden, kehrte Nvidia nun wieder zu TSMC zurück. Die neuen Grafikprozessoren werden bei TSMC im 4N-Fertigungsprozess hergestellt, wobei es sich um einen für Nvidia angepassten 5-nm-Prozess handelt.

Als erste Grafikkarte der Geforce-40-Serie kam die Geforce RTX 4090 am 12. Oktober 2022 auf den Markt. Diese nutzt den AD102-300-A1 Grafikprozessor, welcher auf der Karte teildeaktiviert ist. So sind nur 128 der 144 Shader-Cluster aktiv und der L2-Cache ist von 96 auf 72 MB reduziert worden. In dieser Spezifikation erreicht die Geforce RTX 4090 in 4k-Anwendungen eine 60 % bis 70 % höhere Leistung gegenüber der Geforce RTX 3090 Ti. Der Leistungssprung wurde in der Fachpresse positiv bewertet, da dieser bei vorherigen Generationen mit 30 % bis 40 % deutlich geringer ausfiel. Kritisch wurde das zu hoch angesetzte Power Target von 450 W sowie der neue 12VHPWR-Stecker bewertet.

Bei der Vorstellung der Geforce RTX 4080 präsentierte Nvidia diese in zwei Modellen: ein 16-GB-Modell auf Basis des AD103-300-A1, sowie ein 12-GB-Modell, welches den AD104-400-A1 Grafikprozessor nutzt. Dieser Umstand sorgte für massive Kritik, da beide Modelle erheblich unterschiedliche Leistungswerte aufwiesen, weshalb die Verwendung desselben Verkaufsnamens als irreführend angesehen wurde. Auch der deutlich gestiegene Listenpreis von 1199 US$ (16-GB-Modell), bzw. 899 US$ (12-GB-Modell) gegenüber 699 US$ bei der Geforce RTX 3080 sorgte für Kritik. Als Folge der Kritik zog Nvidia das 12-GB-Modell noch vor dem geplanten Verkaufsstart wieder zurück.

Bei der Geforce RTX 4060 und Ti ist zu beachten, dass diese nur über 8 Lanes verfügt, im Gegensatz zu allen vorherigen 60er-Modellen.

Ada-Lovelace-Architektur

Aufbau und Verteilung der Bauteile auf einer RTX 4090

Die Ada-Lovelace-Architektur ist die direkte Weiterentwicklung der Ampere-Architektur, deren eigentlicher Aufbau nicht verändert wurde. Nach wie vor setzen sich die Grafikprozessoren aus sogenannten Graphics-Processing-Cluster (GPC) zusammen, welche teilweise auch als Raster-Engines bezeichnet werden. Jeder GPC besteht aus 6 Texture-Processing-Cluster (TPC), welche allerdings teilweise deaktiviert sein können. Ein TPC besteht dabei aus zwei Shader-Clustern, welche von Nvidia als Streaming-Multiprozessoren (SM) bezeichnet werden. Dabei sind jedem SM folgende Einheiten zugeordnet:

• 64 FP32-Einheiten für 32-bit-Gleitkomma-Zahlen
• 64 Dual-Use FP32/INT32-Einheiten für 32-bit-Gleitkomma-Zahlen oder für 32-bit-Ganzzahlen
• 2 FP64-Einheiten für 64-bit-Gleitkomma-Zahlen
• 4 Textureinheiten
• 16 Load/Store-Einheiten
• 16 Special-Function-Units
• 4 Tensoreinheiten (4. Generation)
• 1 Raytracing-Einheit (3. Generation)

Während der L2-Cache bei Ada-Lovelace erheblich vergrößert wurde (von 6 MB beim GA102 auf 96 MB beim AD102), blieb der L1-Cache pro SM unverändert bei 128 kB.

Bei der Präsentation der neuen Ada-Lovelace-Architektur legte Nvidias Marketing den Fokus auf DLSS 3. Die dritte Hauptversion des KI-gestützten Upsamplings führt eine sogenannte Frame Generation ein. Die bisherigen Versionen von DLSS skalierten jeden nativen Frame auf die gewünschte Auflösung per KI hoch. Die neue Version erzeugt nun zwischen jedem nativen Frame noch einen zusätzlichen KI-erzeugten Frame hinzu, wodurch sich die Framerate theoretisch verdoppeln sollte. Insbesondere CPU-limitierte Anwendungen sollen von DLSS 3 profitieren. Nvidia gibt an, dass neben den neuen Tensoreinheiten der 4. Generation auch die Überarbeitung der „Optical Flow Accelerator“, der nun um den Faktor 2 bis 2,5 schneller sei, für DLSS 3 notwendig war, weshalb das Feature auf älteren Architekturen nicht effektiv nutzbar sei.

Datenübersicht

Grafikprozessoren

Grafik- chip	Fertigung	Einheiten	L2- Cache	API-Support	Video- pro- zessor	Bus- Schnitt- stelle	NV- Link
	Pro- zess	Transis- toren		Die- Fläche (mm²)				ROPs	Unified-Shader	Textur- einheiten	Tensor- Kerne	RT- Kerne	DirectX	OpenGL	OpenCL	CUDA	Vulkan
									GPC									SM	ALUs
AD102	TSMC N4	76,3 Mrd.	608,4	192	12	144	18432	576	576	144	96 MB	12.2	4.6	3.0	9.0	1.3	VP12	PCIe 4.0	Nein
AD103		45,9 Mrd.	378,6	112	07	084	10752	336	336	084	64 MB
AD104		35,8 Mrd.	294,5	080	05	060	07680	240	240	060	48 MB
AD106		22,9 Mrd.	190,0	064	03	036	04608	144	144	036	32 MB
AD107		18,9 Mrd.	146,0	032	02	024	03072	096	096	024	24 MB

Desktop-Modelldaten

Modell	Offizieller Launch	Grafikprozessor (GPU)	Grafikspeicher	Leistungsdaten	Leistungsaufnahme	Bus interface
		Typ	Aktive Einheiten	Chiptakt	Größe		Takt	Inter- face	Rechenleistung (in TFlops)	Füllrate	Speicher- bandbreite (in GB/s)	MGCP	Messwerte
			ROPs	SM					ALUs	Textur- einheiten			Tensor- Kerne	RT- Kerne	Basis	Boost	Pixel (GP/s)	Texel (GT/s)	Idle	3D- Last
																					32 bit	64 bit
GeForce RTX 4060	29. Jun. 2023	AD107	032	024	03072	096	096	024	1830 MHz	2460 MHz	08 GB GDDR60	17 Gbps	128 Bit	15,11	0,24	078,7	0236,2	0272,0	115 W	16 W	124 W	PCIe 4.0 ×8
GeForce RTX 4060 Ti	24. Mai 2023	AD106	048	034	04352	128	128	034	2310 MHz	2535 MHz	08 GB GDDR60	18 Gbps	128 Bit	22,06	0,34	121,7	0324,5	0288,0	160 W	12 W	151 W
	18. Jul. 2023										16 GB GDDR60								165 W	k. A.	k. A.
GeForce RTX 4070	13. Apr. 2023	AD104	064	046	05888	184	184	046	1920 MHz	2475 MHz	12 GB GDDR6X	21 Gbps	192 Bit	29,15	0,44	158,4	0455,4	0504,0	200 W	10 W	193 W	PCIe 4.0 ×16
GeForce RTX 4070 Ti	05. Jan. 2023		080	060	07680	240	240	060	2310 MHz	2610 MHz	12 GB GDDR6X	21 Gbps	192 Bit	40,09	0,63	208,8	0626,4	0504,0	285 W	16 W	267 W
GeForce RTX 4080	16. Nov. 2022	AD103	112	076	09728	304	304	076	2205 MHz	2505 MHz	16 GB GDDR6X	22,4 Gbps	256 Bit	48,74	0,76	280,6	0761,5	0716,8	340 W	17 W	297 W
GeForce RTX 4090	12. Okt. 2022	AD102	176	128	16384	512	512	128	2235 MHz	2520 MHz	24 GB GDDR6X	21 Gbps	384 Bit	82,58	1,29	483,8	1290,0	1008,0	450 W	21 W	418 W

Notebook-Modelldaten

Modell	Offizieller Launch	Grafikprozessor (GPU)	Grafikspeicher	Leistungsdaten	MGCP
		Typ	Aktive Einheiten	Chiptakt		Größe	Takt	Inter- face	Rechenleistung (in TFlops)	Füllrate	Speicher- bandbreite (in GB/s)
			ROPs	SM					ALUs	Textur- einheiten		Tensor- Kerne	RT- Kerne	Basis	Boost	Pixel (GP/s)	Texel (GT/s)
																		32 bit	64 bit
GeForce RTX 4050	Feb. 2023	AD107	024	20	2560	080	080	20	k. A.	1605–2370 MHz	06 GB GDDR6	k. A.	096 Bit	8,9	0,13	56,2	140,4	192,0	35–115 W
GeForce RTX 4060	Feb. 2023		032	24	3072	096	096	24	k. A.	1470–2370 MHz	08 GB GDDR6	16 Gbps	128 Bit	11,6	0,17	60,5	181,4	256,0	35–115 W
GeForce RTX 4070	Feb. 2023	AD106	064	36	4608	144	144	36	k. A.	1230–2175 MHz	08 GB GDDR6	k. A.	128 Bit	15,6	0,24	81,4	244,1	256,0	35–115 W
GeForce RTX 4080	Feb. 2023	AD104	080	58	7424	232	232	58	k. A.	1350–2280 MHz	12 GB GDDR6	18 Gbps	192 Bit	24,7	0,37	133,2	386,3	432,0	60–150 W
GeForce RTX 4090	Feb. 2023	AD103	112	76	9728	304	304	76	k. A.	1455–2040 MHz	16 GB GDDR6	18 Gbps	256 Bit	32,9	0,50	189,8	513,3	576,0	80–150 W

Anmerkungen

1. Die angegebenen Leistungswerte für die Rechenleistung über die Streamprozessoren, die Pixel- und Texelfüllrate, sowie die Speicherbandbreite sind theoretische Maximalwerte (bei Boosttakt), die nicht direkt mit den Leistungswerten anderer Architekturen vergleichbar sind. Die Gesamtleistung einer Grafikkarte hängt unter anderem davon ab, wie gut die vorhandenen Ressourcen ausgenutzt bzw. ausgelastet werden können. Außerdem gibt es noch andere, hier nicht aufgeführte Faktoren, die die Leistungsfähigkeit beeinflussen.
2. Bei den angegebenen Taktraten handelt es sich um die von Nvidia empfohlenen bzw. festgelegten Referenzdaten, beim Speichertakt wird der effektive Takt angegeben. Allerdings kann der genaue Takt durch verschiedene Taktgeber um einige Megahertz abweichen, des Weiteren liegt die finale Festlegung der Taktraten in den Händen der jeweiligen Grafikkarten-Hersteller. Daher ist es durchaus möglich, dass es Grafikkarten-Modelle gibt oder geben wird, die abweichende Taktraten besitzen.
3. Der von Nvidia angegebene MGCP-Wert entspricht nicht zwingend der maximalen Leistungsaufnahme. Dieser Wert ist auch nicht unbedingt mit dem TDP-Wert des Konkurrenten AMD vergleichbar.
4. Die in der Tabelle aufgeführten Messwerte beziehen sich auf die reine Leistungsaufnahme von Grafikkarten, die dem Nvidia-Referenzdesign entsprechen. Um diese Werte zu messen, bedarf es einer speziellen Messvorrichtung; je nach eingesetzter Messtechnik und gegebenen Messbedingungen, inklusive des genutzten Programms, mit dem die 3D-Last erzeugt wird, können die Werte zwischen unterschiedlichen Apparaturen schwanken. Daher sind hier Messwertbereiche angegeben, die jeweils die niedrigsten, typischen und höchsten gemessenen Werte aus verschiedenen Quellen darstellen.

Weblinks

• Produktübersicht auf der Herstellerseite

Einzelnachweise

1. GTC 2022 Keynote. Nvidia, abgerufen am 20. September 2022 (englisch). 
2. Nvidia GeForce RTX 4090 im Test: Benchmarks in WQHD, UHD & 5K mit und ohne Raytracing (Seite 2). Computerbase, 12. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
3. Geforce RTX 4090 im Test: Benchmarks in 4 Auflösungen (Seite 2). PC Games Hardware, 14. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
4. GeForce RTX 4080 12GB: Nvidia streicht Grafikkarte wegen falscher Bezeichnung. Computerbase, 14. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
5. Eilmeldung: Nvidia zieht Start der RTX 4080 12GB zurück. PC Games Hardware, 14. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
6. Nvidia Geforce RTX 4060: Palit zeigt die traurige Wahrheit jetzt auch mechanisch. 14. Juli 2023, abgerufen am 5. August 2023. 
7. Nvidia GeForce RTX 4000: Weitere Details zu Architektur, DLSS 3 und Founders Editions. Computerbase, 22. September 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
8. Geforce RTX 4090 im Test (Seite 2). PC Games Hardware, 12. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022. 
9. GeForce RTX 4060 Family. Nvidia, abgerufen am 19. Mai 2023 (englisch). 
10. Stromverbrauchs-Überblick für DirectX 11/12 Grafikkarten – nVidia GeForce 40 Serie (Ada Lovelace). 3dcenter.org, 4. Juli 2021, abgerufen am 26. April 2023. 
11. GeForce RTX 4070. Nvidia, abgerufen am 13. April 2023. 
12. GeForce RTX 4070 Ti. Nvidia, abgerufen am 4. Januar 2023. 
13. GeForce RTX 4080. Nvidia, abgerufen am 20. September 2022. 
14. GeForce RTX 4090. Nvidia, abgerufen am 20. September 2022. 
15. Laptops der GeForce RTX 40-Serie. Nvidia, abgerufen am 20. September 2022. 

GeForce-Serien des Herstellers Nvidia

DirectX 70	GeForce 256 • GeForce 2
DirectX 80	GeForce 3 • GeForce 4
DirectX 90	GeForce FX • GeForce 6 • GeForce 7
DirectX 10	GeForce 8 • GeForce 9 • GeForce 100 • GeForce 200 • GeForce 300
DirectX 11	GeForce 400 • GeForce 500 • GeForce 600 • GeForce 700
DirectX 12	GeForce 900 • GeForce 10 • GeForce 16 • GeForce 20 • GeForce 30 • GeForce 40

Siehe auch: GoForce, GeForce Go und GeForce M