Nvidia-GeForce-40-Serie

Die GeForce-40-Serie ist eine Serie von Grafikkarten 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.^[1]

Das Flaggschiffmodell der Serie, die Nvidia GeForce RTX 4090, in der 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.^[1] 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 MiB 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.^[2][3] Der große Leistungssprung wurde in der Fachpresse positiv bewertet,^{[4][5][6][7][8][9]} da dieser bei vorherigen Generationen mit 30 % bis 40 % deutlich geringer ausfiel. Kritisch wurden das hoch angesetzte Power Target von 450 W^[10] sowie der neue 12VHPWR-Stecker^[11] bewertet. Sie wurde von der Fachpresse häufig als erste Grafikkarte bezeichnet, die aktuelle Spiele in 8K-Auflösung^[12][13][14] bzw. in 4K-Auflösung mit aktiviertem Raytracing^[15][16][17] flüssig darstellen kann. Die PC-Welt bezeichnete die RTX 4090 als „Machbarkeitsstudie“, mit „welcher Nvidia demonstrieren will, was vom technologischen Standpunkt aus derzeit möglich ist.“^[17] Sie habe „es nicht als Ziel, die breite Masse ansprechen, sondern ein kleines ausgewähltes Publikum, welches maximale Rechenleistung benötigt“, weshalb die unverbindliche Preisempfehlung in Europa von etwa 2000 € zur Veröffentlichung „tatsächlich nicht zu hoch gegriffen“ sei.^[17] Laut USA Today erreicht die RTX 4090 „[...] so hohe Bildwiederholraten, dass es eine Verschwendung wäre, etwas anderes als einen 4K-Monitor [mit ihr] zu verwenden, insbesondere einen mit einer Bildwiederholrate unter 144 Hz.“^[18] Sie eigne sich dank ihrer Leistung und ihres großen Grafikspeichers außerdem für kreative Anwender im Bereich 3D-Rendering sowie 4K- und 8K Videobearbeitung.^[18]

Am 28. Dezember 2023 stellte Nvidia die GeForce RTX 4090D exklusiv für den chinesischen Markt vor, wobei es sich um eine leistungsreduzierte Version der normalen GeForce RTX 4090 handelt. Hintergrund dieser Präsentation sind verschärfte US-Sanktionen für Hochtechnologie und Halbleiter gegenüber China, bei welcher die maximal zulässige Rechenleistung im sogenannten TPP-Rating auf 4800 Punkte beschränkt wird.^[19]

12VHPWR-Stecker der RTX 4090

Bei der Vorstellung der GeForce RTX 4080 präsentierte Nvidia diese in zwei Modellen: ein 16-GiB-Modell auf Basis des AD103-300-A1, sowie ein 12-GiB-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-GiB-Modell) bzw. 899 US$ (12-GiB-Modell) gegenüber 699 US$ bei der GeForce RTX 3080 sorgte für Kritik. Als Folge der Kritik zog Nvidia das 12-GiB-Modell noch vor dem geplanten Verkaufsstart wieder zurück.^[20][21] Das 16-GiB-Modell wurde für die hohe Rasterungs- und Raytracing-Leistung, den großen Grafikspeicher, die niedrigen Betriebstemperaturen, die Energieeffizienz und den AV1-Support gelobt.^[22][23][24]

Bei der GeForce RTX 4060 und 4060 Ti ist zu beachten, dass diese nur über 8 Lanes verfügt, im Gegensatz zu allen vorherigen 60er-Modellen.^[25]

Ada-Lovelace-Architektur

Aufbau und Verteilung der Bauteile auf einer RTX 4090

Nahansicht des Grafikprozessors einer RTX 4090

Die Ada-Lovelace-Architektur ist die direkte Weiterentwicklung der Ampere-Architektur, deren eigentlicher Aufbau nicht verändert wurde.^[26][27] Nach wie vor sind die Grafikprozessoren in Graphics-Processing-Cluster (GPC) gegliedert, die 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.^[27] Das zusätzliche Feature erzeugt zwischen jedem nativen Frame noch einen zusätzlichen KI-gestützt erzeugten Frame.

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 ×16	Nein
AD103		45,9 Mrd.	378,6	112	07	080	10240	320	320	080	64 MB
AD104		35,8 Mrd.	294,5	080	05	060	07680	240	240	060	48 MB
AD106		22,9 Mrd.	190,0	048	03	036	04608	144	144	036	32 MB							PCIe 4.0 ×8
AD107		18,9 Mrd.	146,0	032	02	024	03072	096	096	024	32 MB

Desktop-Modelldaten

Modell	Offizieller Launch	Grafikprozessor (GPU)									Grafikspeicher			Leistungsdaten[Anm. 1]					Leistungsaufnahme
		Typ	Aktive Einheiten						Chiptakt[Anm. 2]		Größe	Takt [Anm. 2]	Inter- face	Rechenleistung (in TFlops)		Füllrate		Speicher- bandbreite (GB/s)	MGCP [Anm. 3]	Messwerte[Anm. 4]
			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[28]	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	079	0236	0272	115 W	16 W[29]	124 W[29]
GeForce RTX 4060 Ti[28]	24. Mai 2023	AD106	048	034	04352	128	128	034	2310 MHz	2535 MHz		18 Gbps		22,06	0,34	122	0325	0288	160 W	12 W[29]	151 W[29]
	18. Jul. 2023										16 GB GDDR60								165 W	14 W[29]	160 W[29]
GeForce RTX 4070[30]	20. Aug. 2024	AD104	064	046	05888	184	184	046	1920 MHz	2475 MHz	12 GB GDDR6X	20 Gbps	192 Bit	29,15	0,44	158	0455	0480	200 W	k. A.	k. A.
	13. Apr. 2023										12 GB GDDR6X	21 Gbps						0504		10 W[29]	193 W[29]
GeForce RTX 4070 Super[30]	17. Jan. 2024		064	056	07168	224	224	056	1980 MHz	2475 MHz				35,48	0,55	198	0554		220 W	12 W[29]	221 W[29]
GeForce RTX 4070 Ti[30]	05. Jan. 2023		080	060	07680	240	240	060	2310 MHz	2610 MHz				40,09	0,63	209	0626		285 W	16 W[29]	267 W[29]
GeForce RTX 4070 Ti Super[30]	24. Jan. 2024	AD103	088	066	08448	264	264	066	2340 MHz	2610 MHz	16 GB GDDR6X		256 Bit	44,10	0,69	238	0689	0672		14 W[29]	277 W[29]
GeForce RTX 4080[31]	16. Nov. 2022		112	076	09728	304	304	076	2205 MHz	2505 MHz		22,4 Gbps		48,74	0,76	281	0762	0717	320 W	17 W[29]	297 W[29]
GeForce RTX 4080 Super[31]	31. Jan. 2024		112	080	10240	320	320	080	2295 MHz	2550 MHz		23 Gbps		52,22	0,82	286	0816	0736		15 W[29]	302 W[29]
GeForce RTX 4090D	28. Dez. 2023	AD102	176	114	14592	456	456	114	2280 MHz	2520 MHz	24 GB GDDR6X	21 Gbps	384 Bit	73,54	1,15	444	1149	1008	425 W	k. A.	400 W[29]
GeForce RTX 4090[32]	12. Okt. 2022		176	128	16384	512	512	128	2235 MHz	2520 MHz				82,58	1,29	484	1290		450 W	21 W[29]	418 W[29]

Notebook-Modelldaten

Modell	Offizieller Launch	Grafikprozessor (GPU)									Grafikspeicher			Leistungsdaten[Anm. 1]					MGCP [Anm. 3]
		Typ	Aktive Einheiten						Chiptakt[Anm. 2]		Größe	Takt [Anm. 2]	Inter- face	Rechenleistung (in TFlops)		Füllrate		Speicher- bandbreite (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[33]	22. 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	140	192	35–115 W
GeForce RTX 4060[33]	22. Feb. 2023		032	24	3072	096	096	24	k. A.	1470–2370 MHz	08 GB GDDR6	16 Gbps	128 Bit	11,6	0,17	61	181	256	35–115 W
GeForce RTX 4070[33]	22. 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	244	256	35–115 W
GeForce RTX 4080[33]	8. 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	386	432	60–150 W
GeForce RTX 4090[33]	8. 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	190	513	576	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. Nvidia Geforce RTX 4090 im Test: So powerful, it's kinda ridiculous! [Update]. In: PC Games Hardware. 12. Oktober 2022, abgerufen am 29. November 2023.
5. Alexander Köpf: RTX 4090 im Test: Der größte Leistungssprung seit Jahren. In: GameStar. 11. Oktober 2022 (gamestar.de [abgerufen am 29. November 2023]).
6. Wolfgang Andermahr: Nvidia GeForce RTX 4090 FE im Test: Brachial schnell. In: computerbase.de. 13. Oktober 2022, abgerufen am 29. November 2023.
7. Andreas Schilling: Deutliches Leistungsplus und künstliche Frames: GeForce RTX 4090 in der Founders Edition im Test. In: hardwareluxx.de. 11. Oktober 2022, abgerufen am 29. November 2023.
8. Sebastian Schenzinger: Nvidia Geforce RTX 4090 im Test: Viel schneller und effizienter als gedacht. In: PC-WELT. 11. Oktober 2022, abgerufen am 29. November 2023.
9. John Loeffler: Nvidia GeForce RTX 4090 review: "Unquestionably, this is the best graphics card ever made". In: Gamesradar. 23. Januar 2023, abgerufen am 11. Dezember 2023 (englisch).
10. Nils Raettig: Watt-Wahnsinn bei neuen Grafikkarten: Wie schlimm ist es mittlerweile wirklich? In: GameStar. 6. Oktober 2022 (gamestar.de [abgerufen am 5. Februar 2024]).
11. Oliver Nickel: Der umstrittene 12VHPWR-Standard wird überarbeitet. In: golem.de. 9. Juli 2023, abgerufen am 5. Februar 2024.
12. Alessio Palumbo: RTX 4090 Is the First True 8K Gaming GPU According to Benchmarks. 12. Oktober 2022, abgerufen am 13. Juni 2024 (amerikanisches Englisch).
13. Alexander Köpf: Ist das der nächste Schritt in Sachen Gaming? Nvidia zeigt Benchmarks in utopischer 8K-Auflösung. In: GameStar. 29. September 2022 (gamestar.de [abgerufen am 13. Juni 2024]).
14. RTX 4090: Ausreichend schnell für Gaming in 8K? 12. Oktober 2022, abgerufen am 13. Juni 2024.
15. Mark Mantel: GeForce RTX 4090: Die erste Grafikkarte für 4K-Gaming mit Raytracing. 11. Oktober 2022, abgerufen am 13. Juni 2024.
16. Geforce RTX 4090 - Verfügbarkeit und Fazit. In: golem.de. Abgerufen am 13. Juni 2024.
17. Sebastian Schenzinger: Kommentar: RTX 4090 ist nicht zu teuer für 2.000 Euro! In: pcwelt.de. PC-Welt, 30. Oktober 2022, abgerufen am 1. Juli 2024.
18. Joanna Nelius: Nvidia’s RTX 4090 is a phenomenal graphics card, but you probably shouldn’t buy it. In: reviewed.usatoday.com. USA Today, 7. März 2024, abgerufen am 12. Juli 2024 (englisch).
19. Geforce RTX 4090 D: Nvidia lässt den chinesischen Drachen offiziell ab 1.650 Euro von der Leine. In: PC Games Hardware. 28. Dezember 2023, abgerufen am 1. Januar 2024.
20. GeForce RTX 4080 12GB: Nvidia streicht Grafikkarte wegen falscher Bezeichnung. Computerbase, 14. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022.
21. Eilmeldung: Nvidia zieht Start der RTX 4080 12GB zurück. PC Games Hardware, 14. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022.
22. Nvidia Geforce RTX 4080 16GB im Test: Ein fast perfektes Gesamtpaket - wenn der Preis nicht wäre [Update]. 16. November 2022, abgerufen am 27. Juni 2024.
23. Wolfgang Andermahr: Nvidia GeForce RTX 4080 FE und Customs im Test: Preis, Verfügbarkeit und Fazit. 15. November 2022, abgerufen am 27. Juni 2024.
24. Alexander Köpf: Geforce RTX 4080 im Test: Nvidia setzt einen neuen Maßstab. In: GameStar. 15. November 2022 (gamestar.de [abgerufen am 27. Juni 2024]).
25. Nvidia Geforce RTX 4060: Palit zeigt die traurige Wahrheit jetzt auch mechanisch. In: pcgameshardware.de. 14. Juli 2023, abgerufen am 5. August 2023.
26. Nvidia GeForce RTX 4000: Weitere Details zu Architektur, DLSS 3 und Founders Editions. Computerbase, 22. September 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022.
27. Geforce RTX 4090 im Test (Seite 2). PC Games Hardware, 12. Oktober 2022, abgerufen am 16. Oktober 2022.
28. GeForce RTX 4060-Produktreihe. Nvidia, abgerufen am 8. Januar 2024.
29. Stromverbrauchs-Überblick für DirectX 11/12 Grafikkarten – nVidia GeForce 40 Serie (Ada Lovelace). In: 3dcenter.org. 4. Juli 2021, abgerufen am 14. September 2024.
30. GeForce RTX 4070-Produktreihe. Nvidia, abgerufen am 8. Januar 2024.
31. GeForce RTX 4080-Produktreihe. Nvidia, abgerufen am 8. Januar 2024.
32. GeForce RTX 4090. Nvidia, abgerufen am 20. September 2022.
33. 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