Gigabyte Aorus GTX 1070 en RX 580 Gaming Box review: Transformeer je lichte laptop tot gamesysteem

Een externe GPU in de praktijk: lanes en prestaties

Ook al zit in Gigabytes egpu-kastjes dezelfde gpu als in een desktop-pc - in geval van de Aorus GTX 1070 Gaming Box zelfs een model dat je los kunt aanschaffen - het prestatieniveau van een externe gpu ligt toch een stuk lager dan je zou kunnen verwachten van dezelfde videokaart die je gewoon op je moederbord inprikt. Dat heeft allereerst te maken met de beperkingen van Thunderbolt 3: de bandbreedte mag voor een externe aansluiting hoog zijn, maar via pci-express heeft een videokaart nog viermaal zoveel bandbreedte tot zijn beschikking. Daarbij verloopt de communicatie met een egpu eerst nog via de platform controller hub (pch), en vervolgens de Thunderbolt-controller, die de pcie-signalen inkapselt en samen met eventuele andere signalen (displayport, usb) over de kabel stuurt.

Met onderstaande synthetische benchmarks brengen we het prestatieverlies van Thunderbolt 3 in kaart. We hebben daarvoor een desktopsysteem gebruikt met Thunderbolt 3. Opgebouwd uit een Gigabyte X299 Designare EX-moederbord, een 10-core Intel Core i9 7900X-cpu met een maximale turboklok van 4,5 GHz, plus 32 GB ddr4-geheugen draaiend op 3200 MHz zal het testsysteem geen bottleneck veroorzaken ten opzichte van de gpu. We hebben onze reeks gamebenchmarks eerst uitgevoerd met de Gigabyte Aorus GTX 1070 Gaming Box aangesloten via Thunderbolt 3. Vervolgens hebben we de GTX 1070 uit de behuizing gehaald en in het pcie-slot op het moederbord geïnstalleerd, waarna we dezelfde tests opnieuw draaiden.

Zelfs bij gebruik van een zeer krachtig systeem, behaalt een gpu aangesloten via Thunderbolt 3 ongeveer dertig procent lagere prestaties als via pci-express. Het is daarbij wel belangrijk te vermelden, dat de gpu in een gaming notebook ook niet hetzelfde prestatieniveau biedt als een desktopkaart. De verschillen in de praktijktest die we zo direct uitvoeren, zijn dan ook kleiner.

Een tweede kanttekening: de cpu van je kantoorlaptop kan een verdere beperking vormen voor het uiteindelijke prestatieniveau. Hoewel de cpu-prestaties van ultrabooks een stuk zijn verbeterd sinds Intel vorig jaar de energiezuinige Kaby Lake-R quadcores heeft geïntroduceerd, kun je daarvan natuurlijk nog steeds niet dezelfde performance verwachten als een desktop-cpu, ook al omdat die tegenwoordig ook meer cores tellen. De Core i5-8400 voor de desktop heeft bijvoorbeeld zes rekenkernen en mag 65 W verstoken, terwijl de quadcore i5-8250U die we vaak tegenkomen in ultrabooks is gebonden aan een tdp van 15 tot 25 W. Ook op gebied van de koeling heeft een laptopcpu letterlijk en figuurlijk minder speelruimte.

Lanes: vier voor meer spelplezier

Heb je een laptop met Thunderbolt 3-support, dan kun je er verwarrend genoeg nog niet altijd zeker van zijn dat een externe gpu optimaal wordt ondersteund. Dat ligt aan de manier waarop de Thunderbolt 3-controller intern is aangesloten op de rest van het systeem. In principe verloopt de verbinding tussen pch en controller via vier pci-e 3.0 lanes, elk met tien gigabit aan bandbreedte, zodat de poort met maximale bandbreedte kan worden gebruikt.

Bij diverse Thunderbolt 3-geschikte laptops van de afgelopen jaren blijkt de controllerchip intern niet met vier, maar met twee lanes aangesloten. Volgens de officiële specificaties van Intel is dat overigens toegestaan. Dat laptopfabrikanten de Thunderbolt-controller met minder lanes aansluiten, is ook niet altijd een teken van spaarzucht. Intels mobiele processors bedoeld voor ultrabooks hebben maar weinig pcie-lanes ter beschikking voor communicatie met de buitenwereld. Zo heeft de recente mobiele Core i5-8250U-cpu er twaalf, terwijl een hedendaagse Core i5 8400-desktopprocessor met dubbel zoveel lanes is uitgerust.

Ultrabookfabrikanten die extra functionaliteit willen inbouwen die om bandbreedte vraagt, kiezen dus soms eieren voor hun geld en sluiten de Thunderbolt-controller intern met half zoveel lanes aan. Voor veel toepassingen vormt dat niet zo'n groot probleem, maar voor egpu's is het wel relevant.

Wil je er zeker van zijn of de Thunderbolt-poort op je nieuwe notebook op volle snelheid kan communiceren met de cpu, dan is het helaas lastig om voor aanschaf te controleren, hoe de interne opbouw van het systeem er precies uitziet. Gelukkig zijn er websites die een overzicht bijhouden waar in staat welke laptops een Thunderbolt 3-poort hebben die is aangesloten via vier lanes, bijvoorbeeld Ultrabookreview.

Met HWiNFO kun je nagaan hoe je Thunderbolt-controller intern is aangesloten. Bij deze laptop verloopt de verbinding via twee pcie-lanes.

Heb je de laptop eenmaal in je bezit, dan kun je nagaan hoe de Thunderbolt-controller is aangesloten door het downloaden van de tool HWiNFO. Klap in het overzicht aan de linkerkant het kopje 'Bus' uit. Je ziet nu een serie 'PCI Express Root Ports' hangen onder de pch. Zoek naar de poort waaronder zich de 'Alpine Ridge' Thunderbolt-controller bevindt. Zit er ergens in de boomstructuur tussen Thunderbolt-controller en pch een 'PCI Express x2-bus', dan is de controller via twee lanes aangesloten. Zie je daarentegen van boven tot onder alleen x4-verbindingen staan, dan kan je Thunderbolt-controller op maximale snelheid met de cpu communiceren.

Extern versus intern beeldscherm

Zoals we zo direct zullen zien in de praktijktests met verschillende laptops, blijkt het verschil tussen twee en vier lanes in de praktijk gelukkig mee te vallen, uitgezonderd één scenario: wanneer je games op het scherm van de laptop zelf wil uitvoeren, in plaats van op een extern beeldscherm dat je direct aansluit op de externe gpu.

Ook wanneer je laptop wel over een Thunderbolt 3-verbinding beschikt die intern via vier pcie-lanes is aangesloten, krijg je te maken met prestatieverlies wanneer je het scherm van de laptop gebruikt. De verklaring voor het verschil in performance is simpel. Wil je de beelden die je externe gpu berekent op je laptopscherm hebben, dan moeten die via dezelfde Thunderbolt 3-kabel naar je systeem worden teruggestuurd. De Thunderbolt-controller geeft de displayport-signalen voorrang op de pcie-verbinding, wat ten koste gaat van de bandbreedte voor de gpu.

Over de drie standaard gaming benchmarks die we ook voor deze test weer hebben uitgevoerd, daalt de framerate van ons testsysteem gemiddeld met 13 procent, wanneer we het interne beeldscherm in plaats van een externe monitor gebruiken. We hebben deze tests uitgevoerd in 1080p-resolutie. Werkt je Thunderbolt-poort op halve kracht, dan vormt de verbinding een nog duidelijker bottleneck. Bij ons testsysteem waarbij de controller via twee pcie-lanes is aangesloten, neemt de framerate in dat geval met gemiddeld 23 procent af.