Alles über Grafikkarten

Wissenswertes über Grafikkarten

von - 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.
Nvidia Geforce GTX 280M: Das „M“ kennzeichnet die GPU als mobile Version. Sie ist leistungsschwächer, benötigt aber auch weniger Energie.
Der Prozessor der Grafikkarte — englisch Graphics Processing Unit oder kurz GPU (Bild 3) — übernimmt in der Regel sämtliche 3D-Berechnungen, die bei der Darstellung von Windows 7 oder Spielen anfallen. Auf diese Berechnung ist der Grafikprozessor so spezialisiert, dass er sie im Bruchteil der Zeit erledigen kann, die der Hauptprozessor des Rechners dafür benötigen würde. Eine Grafikkarte entlastet also den Hauptprozessor, der ansonsten die 3D-Berechnungen durchführen müsste.

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.
AMD Fusion: In diesem Prozessor steckt auch ein Grafikprozessorkern. Er ist also auch eine Grafikkarte.
Ob in einem Rechner tatsächlich eine Grafikkarte steckt, hängt von der restlichen Hardware ab. Denn nicht immer muss eine Grafikkarte als Steckkarte vorhanden sein. Sie kann auch auf dem Mainboard oder im Hauptprozessor integriert sein. Auf dem Mainboard integrierte Grafikkarten finden sich besonders oft in preisgünstigen oder mobilen Rechnern.
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.
Asus EN210 Silent: Diese Grafikkarte wird ohne Lüfter passiv gekühlt. Sie ist dadurch lautlos und gut für Büro-PCs geeignet. Preis: 45 Euro.
Verschiedene Anwender stellen unterschiedliche Ansprüche an eine Grafikkarte. Wer seinen Rechner lediglich für die Büroarbeit nutzt, der wird sich mit weniger Leistung und Funktionen zufriedengeben, als etwa ein passionierter Spieler. Und bei Preisen bis 600 Euro fällt die Auswahl nicht gerade leicht. Grafikkarten lassen sich aber in drei Kategorien unterteilen.
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.
AMD Radeon HD 6950: Die Karte bietet viel Leistung. Das geschlossene Gehäuse sorgt für eine effektive Kühlung. Karten dieser Kategorie belegen durchweg zwei Steckplätze.
Multimedia: Wer regelmäßig spielt oder Videos konvertiert, der findet in der Multimedia-Kategorie die richtige Grafikkarte. Dank GPGPU können solche Grafikkarten zudem normale Anwendungen beschleunigen, etwa bei der Konvertierung von Filmen. Zu Preisen bis 200 Euro bekommen Sie dann bereits Grafikkarten, die viele aktuelle Spiele in guter Grafikqualität darstellen können (Bild 6).
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.
Asus EAH 7970: Dieses Hochleistungsmonster belegt drei Steckplätze. Der Preis liegt bei 600 Euro.
Es gibt etliche Hersteller von Grafikkarten, etwa Asus, MSI oder Sapphire. Die Grafikprozessoren stammen aber überwiegend von zwei Produzenten: Nvidia und AMD (ehemals ATI). Beide Hersteller liegen in etwa gleichauf, was die Leistungen angeht. Bei gleichem Preis entsprechen sich die Grafikkarten in der Regel auch in der Leistung. Für welchen Chipproduzenten Sie sich entscheiden, ist also Geschmackssache.
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: Die links zu erkennende Treppchenbildung wird rechts dank Kantenglättung minimiert. Der Buchstabe wirkt glatter.
DirectX legt mittlerweile auch fest, welche Funktionen eine Grafikkarte bieten muss, etwa vierfache Kantenglättung oder Shader Model 5.
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“.
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Profi-Wissen :

Grafikkarte — GPUs und Rechenleistung

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