Die Technik aktueller Grafikkarten

Grafikprozessor und Grafikspeicher

von - 06.11.2013
Grafikprozessor: Grafikprozessoren haben einen umfangreichen Befehlssatz. Auf Kommando färben sie Pixel, zeichnen Vierecke oder berechnen komplexe Spielwelten.
Grafikprozessor: Grafikprozessoren haben einen umfangreichen Befehlssatz. Auf Kommando färben sie Pixel, zeichnen Vierecke oder berechnen komplexe Spielwelten.
Als Computer nur Text darstellen konnten, kamen die Grafikkarten noch ohne Grafikprozessor aus, denn der Rechner musste lediglich ein Raster von 80 x 25 Zeichen befüllen. Mit der Einführung von grafischen Bedienoberflächen wie der von Windows, wurde die Rechenlast für die Hauptprozessoren aber immer größer. Es mussten Fenster, Symbole, Text und bewegliche Objekte wie der Mauszeiger gezeichnet werden. Windows-Beschleuniger genannte Gra­fikkarten entlasteten die CPU, indem sie diese Zeichenschritte übernahmen.
Die Grafikprozessoren der Windows-Beschleuniger zeichneten auf Kommando etwa eine Linie, einen Kreis oder ein Viereck, füllten Fläche mit einer Farbe oder gaben Text aus. Diese Berechnungen musste die CPU nicht mehr durchführen. Sie konnte sich auf ihre eigentlichen Aufgaben besinnen und erteilte dem Grafikprozessor lediglich die notwendigen Zeichenbefehle.
Mitte der 1990er-Jahre kamen dann die ersten Grafikkarten auf den Markt, die in der Lage waren, komplexe 3D-Modelle zu berechnen. Insbesondere für Computerspieler war dies interessant. In den letzten Jahren wuchs nicht nur die Rechenleistung dieser 3D-Grafikprozessoren, sondern auch deren Befehlsumfang. Sie berechnen nicht nur 3D-Modelle und Landschaften, sondern legen darauf tapetenartige Texturen, glätten pixelige Kanten, setzen die Szenen ins rechte Licht oder erzeugen aus Millionen kleiner Pixel volumetrische, also räumliche Rauchwolken. Sie sind sogar in der Lage, physikalisch nahezu korrekte Animationen auf der Basis von Masse, Geschwindigkeit und Vektor eines Objekts zu simulieren.
Aber auch für Nichtspieler halten Grafikkarten wichtige Funktionen bereit, etwa zur hardwarebeschleunigten Dekodierung von HD-Filmen.

Grafikspeicher

Grafikspeicher: Im Grafikspeicher legt eine Grafikkarte nicht nur das Bild ab, sondern auch alle Daten, um dieses Bild zu errechnen.
Grafikspeicher: Im Grafikspeicher legt eine Grafikkarte nicht nur das Bild ab, sondern auch alle Daten, um dieses Bild zu errechnen.
Wegen des Funktionsumfangs heutiger Grafikkarten reichen ein paar Megabyte Speicher nicht mehr aus. Denn es werden nicht nur die Farbwerte der einzelnen Pixel gespeichert, sondern auch alle zur Berechnung notwendigen Daten. Zwar könnte die Grafikkarte auch einen Teil des Arbeitsspeichers zur Zwischenlagerung nutzen, der Umweg über das Mainboard würde aber zu Performance-Einbußen führen.
Deshalb haben aktuelle spieletaug­liche Grafikkarten sehr schnellen und vor allem viel eigenen Arbeitsspeicher. In diesem Grafikarbeitsspeicher werden Daten wie die 3D-Modelle selbst, die vielen Megabyte an hochauflösenden Texturen sowie verschiedenste Parameter für die Beleuchtung und Animation abgelegt.
Auf einfachen Grafikkarten kamen DRAM oder auch der speziell für Grafikkarten entwickelte VRAM zum Einsatz. Meist waren es 8 MByte oder weniger, die als Grafikspeicher zur Ver­fügung standen. Aktuelle Grafikkarten von Nvidia und AMD verwenden GDDR5-Arbeitsspeicher.
Dieser GDDR5-Arbeitsspeicher beruht auf dem DDR3-RAM, der in einem Rechner als normaler Arbeitsspeicher zum Einsatz kommt. DDR steht für Double Data Rate. Er ist  eine Weiterentwicklung zu SD-RAM und bietet die doppelte Datenrate sowie eine deutlich höhere Taktfrequenz.
Für Grafikkarten typisch sind mittlerweile 1 GByte Grafikspeicher. Es gibt aber auch sehr teure und sehr schnelle Grafikkartenmodelle, die mit bis zu 6 GByte GDDR5-RAM bestückt sind. Preislich bewegen sich diese im Bereich von rund 1000 Euro.
Wie viel Grafikspeicher Sie tatsächlich benötigen, hängt vom Einsatzzweck der Grafikkarte ab. Für den Office-Betrieb und die gelegentliche Filmwiedergabe reichen 128 MByte aus. Für Videoschnitt oder um hin und wieder zu spielen, sollten es ruhig bis zu 512 MByte sein. Wer regelmäßig aktuelle Spiele spielt, greift zu Grafik­karten mit 1 GByte Arbeitsspeicher oder mehr.
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