Massiv beschleunigte Verrechnung dank GPU Nutzung ab Helicon Focus PRO Version 7.5.1

Helicon Focus kann nach einem einmaligen Lizenzerwerb ein Leben lang kostenfrei upgedatet werden. Das aktuelle Update bringt eine gewichtige Neuerung mit, statt auf dem Hauptprozessor können die Stacks auch auf dem Grafikprozessor berechnet werden, mit einem Geschwindigkeitszuwachs von mehreren hundert Prozent. Wir zeigen hier, wie groß der Unterschied ist und mit welcher Hardware man zum Ziel kommt.

Moderne PCs haben nicht nur einen Hauptprozessor (CPU) sondern auch einen Grafikprozessor (GPU), der bei bestimmten Rechenoperationen wesentlich leistungsstärker ist als der Hauptprozessor. Dieser Grafikprozessor ist manchmal auf einer gesonderten Grafikkarte untergebracht oder er befindet sich auf einem Die (Chip) mit dem Hauptprozessor. Die GPU auf gesonderten Grafikkarten nutzt einen eigenen Arbeitsspeicher und ist oft sehr leistungsstark, gedacht ist sie für 3D Anwendungen wie Spiele, CAD oder andere Grafiksoftware, in denen Vektorgrafiken in Echtzeit gerendert, bewegt und mit einer hohen Bildrate betrachtet werden können. Sie sind besonders für Vektor- und Matrizenberechnungen aber auch für Berechnungen geeignet, die auch beim Fokus Stacking eingesetzt werden. Die aktuelle Version von Helicon Fokus ermöglicht jetzt, die Hardwarebeschleunigung via GPU zu nutzen und damit die Berechnungen erheblich zu befeuern!

Helicon kann auf verschiedene Arten Schärfenreihen zu einem Bild mit erhöhter Schärfentiefe verrechnen. Etwa mit einem Pyramidenverfahren, das sich besonders für überlagernde Details - wie etwa sich kreuzende Fühler oder Insektenbeinchen - eignet. Hier kommen ebendiese Matrizenberechnungen umfangreich zum Einsatz. Schärfe ist ein Kontrast zwischen Pixeln, der auch als Frequenz dargestellt werden kann. Hinter der sogenannten Gauß-Laplace-Pyramide verbirgt sich eine Matrizenberechnung die zur Frequenzanalyse von Bildern genutzt werden kann. Die Stackingsoftware nutzt das Pyramidenverfahren, um die Einzelbilder dann gewichtet nach der Frequenzanalyse zum Ergebnisbild zu kombinieren. Wir machen einen Vergleich anhand dieses Verfahrens, welches in nahezu jeder Stackingsoftware Verwendung findet.

Genutzt wurden dabei als Ausgangsmaterial 95 JPEG Bilder mit einer Größe von 20 Megapixeln, es handelt sich um ein Mineral aufgenommen mit einer Panasonic GH5 und einem Olympus OM 38mm f2.8 bei ca. 5:1. Verrechnet wurde das Bildmaterial auf einem Intel XEON E3 1231 v3 mit 4 Kernen / 8 Threats, 32 GB Ram und einer Sapphire Nitro+ Radeon RX580 Grafikkarte mit  AMD GPU und 4GB Ram. Das verwendete Betriebssystem ist Windows 8.1 x64 Edition.

Das Ergebnis ist relativ eindeutig, Helicon Focus PRO wird in Punkto Geschwindigkeit mit der GPU Beschleunigung im Moment relativ konkurrenzlos. Es wird in diesem Szenario noch einmal 7-fach beschleunigt und ist 45 mal so schnell wie die Konkurrenz.

Ein guter Statistiker kennt und benennt seine Fehler!

Genau das wollen wir hier einmal tun, denn dieser Benchmark hat auch Fallstricke. Zum einen arbeiten zwar Zerene Stacker und Helicon Fokus sehr ähnlich, was eine gute Verbleichbarkeit ermöglicht. Die Parameter zur Ausrichtung sind bei beiden Programmen identisch und Ausrichtung und Verrechnung können in einem Arbeitsschritt erfolgen. Focus Projects 4 PRO hingegen errechnet zunächst einen "Vorschaustack", der vor der endgültigen Berechnung vom User zur Optimierung des Bildergebnisses genutzt wird. Das verlangsamt das Programm natürlich, ist aber ein interessantes Feature. Zum anderen lässt sich die Bildausrichtung, die ziemlich viel Rechenzeit beansprucht, in Focus Projects 4 Pro nicht in der selben Weise konfigurieren, wie bei Helicon Focus oder Zerene. Wir haben deshalb sehr moderate Werte bei der Ausrichtung gewählt, die das Programm zügig arbeiten lassen. Des weiteren lässt sich in Focus Projects 4 PRO im Menü auch eine GPU Unterstützung aktivieren, bei uns ist diese jedoch ohne Effekt geblieben, so dass wir das Feature nicht testen konnten.

Ein weiteres Problem sind die Caches. Ein Cache ist ein Zwischenspeicher, der Vorgänge am PC beschleunigt, die oft wiederholt werden. Das Laden eines Bildes von der Festplatte zum Beispiel. Auch die Stackingprogramme selber setzen auf eigene Caches. Bei einem Stack greifen an vielen verschiedenen Stellen solche Caches, einige lassen sich ausschalten, indem wir  vor jeder Messung den PC neu gestartet haben. Wir haben beim Benschmarken einen starken Effekt dieser Caches festgestellt, wenn man den Stack wiederholt. Bei Zerene Stacker ist der Unterschied eklatant, hier messen wir 180 Sekunden anstelle von 350. Bei den anderen Programmen fiel das kaum messbar ins Gewicht. Da wir einen Stack in der Regel wiederholen, mit anderen Verrechnungsmethoden und Parametern, geben wir bei Zerene Stacker zwei Werte an.

GPU Beschleunigung in Helicon Focus PRO aktivieren

Um die GPU Beschleunigung in Helicon Focus zu aktivieren, muss zunächst sichergestellt werden, dass Sie die richtige Version nutzen. Ggf. müssen Sie ein Update auf Version 7.5.1 durchführen, dazu laden Sie die hier die aktuelle Version herunter und installieren diese auf Ihrem PC. Deinstallieren Sie vorher nicht die alte Version, damit Helicon den Aktivierungskey auf ihrem Rechner findet!

Danach gehen Sie in das Menü Bearbeiten->Grundeinstellungen (Oder Tastenkürzel CRT + ALT +P) und dort auf den Reiter Performance.

In der Einstellung Use OpenCL hardware acceleration wählen Sie jetzt statt no OpenCL acceleration Ihre GPU aus. Danach müssen Sie das Programm neu starten. Wenn Sie beim Neustart keine Fehlermeldung erhalten sollte es funktionieren.

Die richtige Hardware zum Stacken

Helicon Soft hat eine Liste von kompatiblen Grafikkarten herausgegeben, die wir hier nachfolgend anführen. Dabei handelt es sich in aller Regel um ziemlich aktuelle Modelle. Schade, denn genügend Rechenleistung würden auch etwas ältere Modelle bieten. Voraussetzung ist ein Treiber mit OpenCL-Unterstützung. Außerdem ein dedizierter Grafikspeicher von mindestens 2GB, weshalb wir an dieser Stelle (noch) nicht sagen können, ob auch GPUs uneingeschränkt funktionieren, die mit der CPU auf einem Chip sitzen und keinen dedizierten Speicher haben, sondern sich den RAM mit der CPU teilen.

Stand derzeit unterstützter GPUs (27.03.2019, Herstellerinformationen von Helicon Soft)

• NVIDIA : Grafikarten mit einer GPU aus den Serien 9xx,10xx und 20xx
• AMD: Grafikkarten mit einer GPU aus den Serien 4xx und 5xx
• Intel: HD Graphics 5xx, 6xx

Weitere aktuelle Modelle sollen folgen.

In der Regel tragen die Grafikkarten der jeweiligen Hersteller den Chip im Namen, bei der in unserem Test verwendeten Karte war dies Sapphire Nitro+ Radeon RX580, Radeon ist ein Markenname der Firma AMD und die 580 findet sich in der Kompatibilitätsliste als 5xx wieder. Die Fünf steht für eine Generation des Grafikchips, die zwei Ziffern dahinter für die Ausbaustufe.

So sieht die Grafikkarte aus, wenn sie nicht in einem Rechner verbaut ist. Da Rechenleistung am Ende immer zu Wärme wird, ist ein schwerer Kühlkörper mit Heatpipes und zwei Lüftern montiert.

Weitere Hardware-Empfehlungen und Hinweise

Die Rechenleistung eines Computers wird immer durch Wärme erkauft, denn die zur Generierung von Rechenleistung verwendete Strommenge endet als Abwärme, und diese muss abgeführt werden, um den PC nicht zu beschädigen. Darum sind Desktopcomputer mit großen Gehäusen und aktiver Belüftung idR. leistungsstärker als Laptops, zumindest lassen sie sich sehr viel leistungsstärker aufbauen. Generell empfiehlt sich ein Mehrkernprozessor mit mindestens 4 Kernen und mindestens 16GB Ram. Das ist auch eine gute Konfiguration für jede andere Bildbearbeitung, etwa mit Photoshop. Ein gutes Preis/Leistungsverhältnis bieten derzeit Intel mit dem Core i5-9400F und AMD mit dem Ryzen R5 2600, die jeweils 6 native CPU-Kerne haben und derezit um 160 EUR gehandelt werden. Bei den GPUs gibt es ebenfalls zwei große Hersteller, NVIDIA und AMD. Nach den uns bekannten Resultaten hat hier AMD beim Preis/Leistungsverhältnis die Nase vorn, die in diesem Test verwendete Grafikkarte Saphire Nitro+ Radeon RX580 4GB ist eine echte Empfehlung für ca. 200 EUR.

Wer nun eine solche Grafikkarte erwerben möchte, muss auf folgende Voraussetzungen achten.

• Das PC Gehäuse muss groß genug sein
  
• Ein passender PCI-E Steckplatz muss vorhanden sein
  
• Das Netzteil muss stark genug sein und über die notwendigen Stromanschlüsse verfügen

In unserem konkreten Beispiel bedeutet das, wir haben die Sapphire Nitro+ Radeon RX580 in einem passenden Miditower verbaut und versorgen sie mit einem hochwertigen 520W Netzteil über einen 6- und einen 8-poligen 12Volt Anschluss. Der maximale Verbrauch der Grafikkarte beträgt etwas 175W, eine solche Auslastung wird beim Stacking allerdings nicht erreicht. Das Netzteil muss auch den Rest der Hardware mit Strom versorgen.

Die Firma Helicon Soft hat einige Tests aktueller Grafikkarten und CPUs veröffentlicht. Neu in Helicon Focus 7.5.1. ist nämlich auch ein eingebauter Benchmark, mit dem man sein eigenes System im Vergleich mit einigen anderen CPU oder GPU Verrechnungen betrachten kann, unser Testsetup ist in der Grafik orange unterlegt. Auch Sie - liebe Leser und Leserinnen - können damit Ihr System testen.

Top! Das Preis/Leistungsverhältnis der Grafikkarte mit AMD Chip macht diese Modelle zum Kauftipp!

Die Grafik von Helicon Soft ist wirklich interessant, wenn man die Verkaufspreise der hier angeführten CPUs und GPUs betrachtet. Unsere Grafikkarte für 200 EUR sortiert sich zwischen zwei Konkurrenzmodellen für derzeit ca. 1400 EUR (NVidia GeForce RTC 2080 Ti) und ca. 800 EUR (NVidia GeForce 180 Ti, Auslaufmodell) ein. Wir können mit Ihr die Bilder fast dreimal so schnell berechnen, wie mit einer CPU für 1200 EUR, dem Intel Core i9-7940X.

Laptops können auch profitieren!

Wenn Sie gerne am Laptop arbeiten, ist das eine gute Nachricht für Sie. Es gibt nämlich für Gamer (Spieler) Laptops, die eine passende dedizierte GPU haben. Zum Bespiel sind Modelle mit einer AMD Radeon 560X und 4GB dedizierten GDDR Ram erhältlich. Der Nachteil ist, diese Laptops benötigen idR eine aktive Belüftung und sind deshalb nicht ganz so kompakt ausgeführt. Es werden aber auch zum Beispiel Laptops mit einer Intel CPU/GPU-Kombination unterstützt, die auf eine GPU der Serie 5xx oder 6xx setzen. Und die ist, nach dem Benchmark von Helicon Soft zu urteilen, immerhin so schnell beim Stacken wie die Intel XEON E3 CPU in dem in unserem Test verwendeten Rechner. Auf diesem Rechner sind große Teile der Makrowelt entstanden.

Betriebssysteme, Apple und der Protektionismus

Wir haben die aktuelle Version von Helicon Focus auf einem Windows PC getestet. In unserem Tests auf Windows 8.1 und Windows 10 funktionierte das GPU gestützte Verrechnen mit passender Grafikkarte problemlos. Ein passender Mac steht uns leider nicht zur Verfügung. In aktuellen Versionen von macOS findet sich noch eine Unterstützung der offenen Schnittstelle OpenCL, die es Programmierern erlaubt die Grafikhardware einfacher über  Ihre Software anzusprechen. Genau diese Schnittstelle nutzt auch Helion Focus. Leider hat Apple angekündigt, die Entwicklung von OpenCL für macOS einzustellen und die Schnittstelle mittelfristig aus dem macOS zu entfernen, zugunsten auch einer hauseigenen API.

Das Warten ist vorbei: Die meisten Stacks, die ich durchführe, habe ich nach 3-4 Sekunden fertig. Als Technikfreak finde ich solche Entwicklungen besonders spannend, das Recherchieren und Bewerten solcher Techniktipps ist so aufregend wie sie zu benutzen. Hier liefert Helicon Soft einen echten Knaller. Da die Bildergebnisse in Helicon Focus auch qualitativ sehr gut sind, stellt sich Helicon Focus dadurch ziemlich weit oberhalb der Konkurrenz auf. Mehr Vielfallt wäre mir hier durchaus lieber. Vor allem lässt sich die Regel erkennen, dass die meisten Stacker-Programme in einem fürchterlich ineffizienten Programmierstil ausgeführt werden und die vorhandene Hardware nicht einmal ansatzweise auslasten. Das betrifft nicht nur die ignorierte Möglichkeit die GPU zu nutzen, sondern auch die CPU-Auslastung. Helicon brilliert auch bei diesem Thema, verteilt die Berechnung effizient auf alle CPU-Kerne und rennt auch ohne GPU-Nutzung der Konkurrenz davon. Errechnen Sie den unnötigen Stromverbrauch, der durch ineffiziente Software verursacht wird, dann sind wir an dieser Stelle bei einem echten, nicht politisch aufgeblähten Umweltproblem - und bei einer möglichen Lösung. Das wird allerdings beides brav ignoriert - Medientrends folgen nicht der Realität sondern der klicktreibenden Hysterie. Ich freue mich an dieser Stelle über die tolle Lösung von Helicon Soft und wünsche mir, dass solch konsequent effiziente Programmierung viel mehr Einfluss in die Software findet, inklusive der Option damit auch den unnötigen Stromverbrauch etwas zu reduzieren. Effektivität bei Software ist wirtschaftlich und umweltschonend zugleich. Was will man eigentlich mehr?

Zusammengefasst: eine starke Programmierleistung

Wer beruflich mit Fokus Stacking arbeitet, der bekommt hier einen wirklich großen Mehrwert. Mit effizienter Programmierung und vor allen Dingen einem für Lizenzinhaber kostenfreien Update! Das ist sehr vorbildlich.

Wir vermissen allerdings schon die Unterstützung für einige ältere Generationen von Grafikkarten, die wir durchaus noch in einer Leistungsklasse sehen, die hierfür Sinn macht. Liegt es an mangelnder Treiberunterstützung und muss wirklich jede Grafikkartengeneration explizit dafür in den Code der Software übernommen werden? Das können wir nicht beurteilen, eine Schnittstelle wie OpenCL ist eigentlich dafür gedacht, die Hardware so weit zu abstrahieren, dass dies nicht aufwendig ist.

Wenn Sie eine Helicon Lizenz besitzen oder erwerben möchten, und das mit einem neuen PC oder Laptop verbinden möchten, lassen Sie sich ggf. unbedingt über das richtige Modell beraten. Denn das Preis/Leistungs-Verhältnis einiger Grafikkartenmodelle ist in diesem Fall wirklich außergewöhnlich. In einem Markt, in dem Preise und Modelle haarklein von Controllern zueinander passend abgestimmt werden, finden sich solche Preis/Leistungstipps selten.

Hier fassen wir noch einmal zusammen, was Sie ggf. benötigen:

► Besitzen Sie bereits eine Lizenz für Helicon Focos Pro / Premium? Dann können Sie hier ggf das Update herunterladen.

► Möchten Sie Helicon Focus Pro oder Ultimate erwenden? Helicon Focus Pro und Helicon Focus Premium finden Sie in unserem Shop!

► Die von uns verwendete Grafikkarte? Finden Sie zum Beispiel bei Amazon.

Dieser Beitrag enstand entlang unserer Arbeiten an unserem Buch über Fokus Stacking. Dort werden alle Stacking-Programme einzeln besprochen und auch in einer noch größeren Zahl verglichen!

Bevor wir es vergessen, was wurde überhaupt gestackt? Bei dem Bild handelt es sich um einen ca. 4mm Anschnitt auf einem Mineral (Rutil).