Alles über Grafikkarten
Wissenswertes über Grafikkarten
von Mark Lubkowitz - 06.09.2012
Die Grafikkarte stellt nicht nur das Bild dar, sondern kümmert sich auch um viele Sonderaufgaben. Dazu hat sie drei Komponenten: einen Prozessor, Speicher und einen Monitoranschluss.
Grafikprozessor entlastet CPU
Nvidia Geforce GTX 280M: Das „M“ kennzeichnet die GPU als mobile Version. Sie ist leistungsschwächer, benötigt aber auch weniger Energie.
Viel Grafikspeicher ist hilfreich
Im Grafikspeicher legt der Grafikprozessor einerseits Informationen ab, die er zur Berechnung benötigt, andererseits auch das auf dem Monitor gezeigte Bild. Der Speicher muss dabei mindestens so groß bemessen sein, dass zu jedem Pixel des Bildes mehrere Bit an Farbinformationen gespeichert werden können.
Üblich ist heutzutage eine Farbtiefe von 32 Bit (4 Byte), das sind 4,3 Milliarden verschiedene Farbtöne je Pixel. Für die Darstellung eines Bildes in Full-HD-Auflösung muss der Grafikspeicher somit mindestens 1920x1080x4 Byte groß sein — also 8.294.400 Byte oder 7,91 MByte.
Je höher die Anforderungen an die Grafikkarte sind, desto größer sollte der Grafikspeicher sein. Spieletaugliche Grafikkarten haben daher mittlerweile 1024 MByte oder mehr Speicher.
Digitale Monitoranschlüsse sind besser
Der Grafikausgang leitet das darzustellende Bild an den Monitor weiter. Die Übertragung kann dabei digital oder analog erfolgen. Bei analogen Anschlüssen wie VGA muss das digitale Bild vor der Übertragung erst in ein analoges Signal umgewandelt werden. Der LCD-Bildschirm wandelt das analoge Signal dann wieder zurück. Bei der Umwandlung gehen Bildinformationen verloren. Die analoge Übertragung führt also zu einer schlechteren Bildqualität.
Besser sind daher digitale Monitoranschlüsse. Hier kann das Bild ohne Umwandlung verlustfrei übertragen werden. Das Bild ist dann schärfer, kontrastreicher und farbtreuer. Zu den digitalen Anschlüssen zählen DVI, HDMI und Displayport. Diese lassen sich untereinander auch kombinieren.
In vielen PCs "steckt" keine Grafikkarte
AMD Fusion: In diesem Prozessor steckt auch ein Grafikprozessorkern. Er ist also auch eine Grafikkarte.
Bei solchen Computern ist die reine Rechenleistung des Grafikprozessors nebensächlich. Deshalb werden hier einfachere Grafikkarten integriert, die wenig Hitze produzieren, wenig Energie benötigen und somit weniger aufwendig gekühlt werden müssen. Die GPU sitzt dann direkt auf dem Mainboard, sie ist „on board“. Als Grafikspeicher wird ein Teil des oft üppig dimensionierten Arbeitsspeichers abgezwackt.
Eine weitere Variante sind AMDs Fusion-Prozessoren (Bild 4) oder die neuere Core-i-Serie von Intel. In diesen Mehrkernprozessoren ist zusätzlich ein Kern eines Grafikprozessors enthalten, der Grafikberechnungen beschleunigen kann. Auch dieser GPU-Kern nutzt einen Teil des Hauptspeichers als Grafikspeicher.
Enthusiasten greifen zu echten Grafikkarten
Eigenständige Grafikkarten sind für Spieler und alle Anwender mit höheren Leistungsansprüchen die definitiv bessere Wahl. Die GPUs sind schneller und leistungsstärker und der Grafikspeicher ist direkt mit dem Grafikprozessor verbunden. Onboard-Grafikkarten erreichen ihren Grafikspeicher, also einen Teil des Arbeitsspeichers, nur über einen langen Umweg über das Mainboard.
Onboard-Grafikkarten und Fusion-Prozessoren schließen den Einsatz einer echten Grafikkarte aber nicht aus. Die Grafikkarte kann zusätzlich eingesetzt werden. Im BIOS legen Sie dann fest, welche Grafikkarte verwendet werden soll. In einigen Fällen lassen sich die integrierte und die eingesteckte Grafikkarte sogar kombinieren. Sie kümmern sich dann gemeinsam um die Grafikberechnung.
Gute Karten gibt's ab 100 Euro
Asus EN210 Silent: Diese Grafikkarte wird ohne Lüfter passiv gekühlt. Sie ist dadurch lautlos und gut für Büro-PCs geeignet. Preis: 45 Euro.
Office: Grafikkarten bis 100 Euro sind die passenden Modelle für Alltags-PCs, die für Office (Bild 5), die Filmwiedergabe in HD und zum Surfen genutzt werden. In diese Kategorie fallen auch Onboard-Grafikkarten, AMDs Fusion-Prozessoren oder Intels Core-i-Serie mit integrierter Grafik.
AMD Radeon HD 6950: Die Karte bietet viel Leistung. Das geschlossene Gehäuse sorgt für eine effektive Kühlung. Karten dieser Kategorie belegen durchweg zwei Steckplätze.
Gaming: In dieser Kategorie finden Sie ab 200 Euro Grafikkarten, die Spitzenleistungen erreichen (Bild 7). Sie stellen selbst aufwendige Spiele in höchster Grafikpracht und Auflösung ruckelfrei dar. Einige dieser Karten sind sogar mit zwei Grafikprozessoren ausgestattet, die dadurch nahezu die doppelte Leistung ihrer einfachen Pendants erbringen. Je teurer, desto mehr Leistung und desto höher die Ausstattung.
Es gibt nur AMD und Nvidia
Asus EAH 7970: Dieses Hochleistungsmonster belegt drei Steckplätze. Der Preis liegt bei 600 Euro.
Wer einen AMD-Prozessor hat, greift häufig zu einer Grafikkarte mit einem Chip von AMD. Intel-Kunden greifen oft zu Nvidia. Notwendig ist das nicht, denn die Produkte lassen sich beliebig kombinieren.
Hardware-Beschleunigung nur mit Treiber
Windows 7 nutzt für die vielen optischen Effekte der Bedienoberfläche die Rechenleistung der Grafikkarte. So sind die Fenster mit einem Schlagschatten versehen, der Fensterrahmen und die Taskleiste sind transparent. Damit die Effekte zu sehen sind, muss der richtige Treiber installiert sein. Denn er signalisiert Windows 7, was die Grafikkarte zu leisten vermag, und ob sie bei der Berechnung dieser Effekte helfen kann.
Die aktuellen Treiber finden Sie auf den Herstellerseiten. Für Grafikkarten von AMD lautet die Download-Quelle http://support.amd.com/de. Die Treiber für Grafikkarten von Nvidia bekommen Sie unter www.nvidia.de/Download/index.aspx?lang=de.
DirectX
Genau so wichtig wie ein aktueller Grafikkartentreiber ist DirectX — eine Multimedia-Bibliothek, die primär zur Entwicklung von Spielen verwendet wird. Sie vereinheitlicht die Entwicklung. So müssen Spieleentwickler keine Rücksicht auf die Besonderheiten einzelner Grafikkarten nehmen. Sie sorgen stattdessen dafür, dass das Spiel DirectX-kompatibel ist. Es läuft dann mit jeder Grafikkarte, die auch DirectX unterstützt.
Aktuell ist DirectX in der Version 11. Sie wird von Windows Vista und 7 verwendet. Das Service Pack 2 für Windows Vista installiert DirectX 11 automatisch. Unter Windows 7 ist DirectX 11 bereits installiert.
Kantenglättung gegen den Treppeneffekt
Kantenglättung: Die links zu erkennende Treppchenbildung wird rechts dank Kantenglättung minimiert. Der Buchstabe wirkt glatter.
Kantenglättung ist ein Weichzeichner für Pixel. Jedes computergenerierte Bild besteht aus vielen quadratischen Pixeln. Mehrere Pixel zusammen ergeben eine Linie oder einen Kreis. Damit es dabei nicht zu einer hässlichen Treppchenbildung kommt, verändert die Kantenglättung die umliegenden Pixel so, dass der Übergang weicher wird (Bild 8). Je mehr Durchgänge bei der Berechnung, desto besser ist in der Regel das Glättungsergebnis.
Günstigen Grafikkarten fehlen die Shader-Einheiten
Bei Shadern handelt es sich um kleine Recheneinheiten des Grafikprozessors — quasi eigene Abteilungen innerhalb eines Firmenkomplexes. Sie werden zur Berechnung der verschiedenen Grafikeffekte verwendet. Ein Spiel weist den Shadern eine Formel zu, mit der die Shader rechnen sollen. Anschließend erhalten die Shader von dem Spiel Werte, die sie in die Formel einsetzen und das Ergebnis ermitteln.
Grafikkarten der Mittel- und Oberklasse haben derzeit 1400 oder mehr dieser Shader-Einheiten. Bei sehr günstigen Grafikkarten wird auf die Shader-Einheiten hingegen oft verzichtet, und die Berechnung muss von der CPU vorgenommen werden. Die CPU ist dabei aber deutlich langsamer, als etwa der Grafikprozessor, so dass das Spiel allgemein langsamer und weniger flüssig spielbar ist.
Grafikkarten knacken Kennwörter
Auch normale Programme können die Shader-Einheiten nutzen. Die Shader führen dann keine 3D-Berechnungen durch, sondern beschleunigen die Umwandlung eines Videos oder knacken Kennwörter. Entscheidend ist, dass für die Berechnung überwiegend die gleiche Formel genutzt wird. Werden die Shader ständig mit neuen Formeln gefüttert, dann wird aus dem Geschwindigkeitsschub schnell eine Vollbremsung.
Grundlagen zur Funktion einer Grafikkarte finden Sie im Profi-WIssen „Grafikkarte — GPUs und Rechenleistung“.