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Artikel: Die Grafikkarte

Rubrik: Grafikkarten • Autor: Philipp Guttmann • 20.11.2010

Vorwort

Dieses FAQ befasst sich mit dem Bilderzeuger in einem Computer - die Grafikkarte. Vor allem im Bereich der Computerspiele ist diese von großer Bedeutung, weshalb wir in diesem Ratgeber auf verschiedene Aspekte eingehen und zum Kauf beraten.

Allgemeines

Was sind Grafikkarten?

Grafikkarten sind die Komponenten des Computers, die die visuellen Daten zur späteren Weitergabe an einen Bildschirm berechnen. Dabei gibt es verschiedene Teilbereiche, die bestimmte Aufgaben ausführen.

Aufbau

Die GPU (Graphic Processing Unit) kommuniziert über das Speicherinterface mit dem VRAM (Speicher). Dieses sowie der Speicher selbst (Takt, Art) bestimmen, mit welcher Geschwindigkeit die Daten in den VRAM geladen werden.
Die Taktgeber (RAMDAC meistens 400 MHz) erzeugen auf den DVI / HDMI / DP / VGA die Bildausgabe. Weiterhin sorgen Spannungswandler dafür, dass die GPU mit ihrer Spannung von meistens 1-1,5 V versorgt wird. Meistens kümmern sich ein oder zwei Wandler für die Spannung des VRAM von 1,5-2 V.
Zusätzliche Schnittstellen sind CrossFire (CF) (für AMD-Grafikkarten) oder SLI (für Nvidia-Grafikkarten), welche die Verbindung zweier oder mehrerer Grafikkarten ermöglichen.

Was gibt es für Schnittstellen?

Neben der heutigen PCI-E-Schnittstelle gab es früher Grafikkarten, die man über die PCI-Schnittstelle oder die AGP-Schnittstelle angeschlossen hat. Wie die drei verschiedenen Schnittstellen genau aussehen, wollen wir hier klären.

PCI-Schnittstelle

Die PCI-Schnittstelle war eine der ersten und heute immer noch in verbesserter Form angewandte Technik und Möglichkeit, schnell und einfach interne Peripheriegeräte an das Mainboard anschließen zu können.
Auf dem Mainboard wird der Steckplatz meist durch ein weißes Äußeres erkenntlich, hat einen großen und einen kleinen Schlitz und ist 8,5 cm lang.

AGP-Schnittstelle

Die erste AGP-Version erschien 1997 und entwickelte sich fortan weiter. Heutzutage wurde die AGP-Schnittstelle jedoch fast vollständig von Mainboard-Platinen durch den neuen PCI-E-Standard verdrängt. Neue Platinen weisen bis auf sehr wenige Ausnahmen keinen Steckplatz mehr für diese Schnittstelle auf, weshalb auch der Bau von Grafikkarten mit dieser Schnittstelle, die nicht so leistungsfähig ist, eingestellt wurde.
Der Steckplatz ist 7 cm lang und meist versetzt von den PCI-Steckplätzen ein bisschen weiter in Richtung Mainboardinneres verbaut.

PCI-E-Schnittstelle

Die PCI-E-Schnittstelle (alternative Schreibweisen: PCI-Express, PCIe) ist der heutige Standard zum Anbinden einer Grafikkarte an das Mainboard. Sie ermöglicht eine hohe Datenübertragungrate zwischen beiden.
Durch einen nicht so hohen Aufbau sowie dünnere Ausmaße und einer Länge von 9 cm kann der PCI-E-x16-Steckplatz, der für Grafikkarten vorliegt, erkannt werden.
Den Namen PCI-E-Schnittstelle tragen auch solche, die weniger Anbindungs-Pins besitzen. Diese werden dann beispielsweise mit PCI-E x1, x4 oder x8 bezeichnet. Man nutzt diese dann für andere interne Peripherie-Geräte.
Hier eine Visualisierung eines PCI-E-x1-Steckplatzes mit 2,5 cm Länge:
Von den PCI-E-Schnittstellen gibt es inzwischen mehrere Revisionen. Welche auf dem Mainboard eingesetzt ist, kann man dem Handbuch oder dem Internet entnehmen. Sie unterscheiden sich meist durch verbesserte Datenübertragungsraten, was insbesondere bei leistungsstarken Grafikkarten wichtig ist.

Welche Video-Ausgänge gibt es?

Neben dem VGA-Anschluss, dem letzten Überbleibsel der analogen Ära, gibt es noch den Analog/Digital-Nachfolger DVI sowie die volldigitalen HDMI und DP (DisplayPort), wobei die letzteren beiden bald das DVI ablösen werden.
Beim Kauf einer Grafikkarte sollte immer darauf geachtet werden, dass der Monitor, den man hat, den passenden Video-Eingang besitzt. Andererseits gibt es auch die Möglichkeit, durch Adapter die Kompatibilität zu gewährleisten. Folgend werden die verschiedenen Video-Ausgänge im Vergleich gezeigt.

Was bringt der Einsatz von mehreren Grafikkarten? (SLI/CF)

SLI/CF arbeiten per AFR, das heißt, jede Karte berechnet nacheinander ein Bild. Dadurch entsteht jedoch eine gewisse Latenz, die gerne auch als Mikroruckeln wahrgenommen wird. Bei zwei Karten ist meistens ein Mikroruckeln unter 40 FPS (Ausnahmen bestätigen die Regel) wahrzunehmen. Je mehr GPUs am Rechnen sind, desto stärker leidet auch die Latenz. So ist beispielsweise mit vier GPUs in jedem Bereich ein Mikroruckeln zu erkennen.
Die Mehrleistung bewegt sich in einem Bereich von 50-80%, wobei es auch hier und dort Ausnahmen zu verzeichen gibt. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass die Nutzung mehrerer Grafikkarten natürlich auch einen größeren Stromverbrauch bedeutet, wodurch ein entsprechend leistungsstarkes Netzteil unabdingbar ist.

Stromversorgung

Grafikkarten niederer Leistungsklassen kommen mit dem von der Schnittstelle bereitgestellten Energieversogung aus. Sofern es eine PCI-E-Schnittstelle ist, können Grafikkarten ohne zusätzlichen Stromanschluss bis zu einem Leistungsverbrauch von 75 W betrieben werden. Leistungsstärkere Grafikkarten benötigen jedoch eine zusätzliche Stromversorgung, da diese meist mehr als 75 W verbrauchen. Diese Versorgung kommt vom Netzteil in Form von 6-pin-Stromanschlüssen bei Grafikkarten ab mittlerer Leistungsklasse.
Wenn in den High-End-Bereich vorgedrungen wird, ist eventuell ein zusätzlicher 8-pin-Stromanschluss notwendig. Man sollte sich jederzeit darüber im Klaren sein, wie viel die zu kaufende Grafikkarte an Strom benötigt und ob das Netzteil die benötigte Energie liefern kann sowie die benannten Grafikkartenstromkabel.
Das nachfolgende Bild zeigt einen 6+2pin-Stecker:

Wie viel Energie verbraucht eine Grafikkarte?

Generell lässt sich diese Frage natürlich nicht beantworten, da es sehr viele verschiedene Grafikkartenmodelle gibt und die Hersteller auch manchmal leicht veränderte Platinen verbauen, die dann andere Spezifikationen haben.
Generell lässt sich sagen, dass man bei Low-End-Grafikkarten mit einem Netzteil um die 300 W gut beraten ist. Middle-End-Grafikkarten können schon ein gutes 400-W-Netzteil vertragen. Wenn es in Richtung High-End geht, ist schon ein 500-W-Netzteil erforderlich. Bei Nutzung mehrerer Grafikkarten muss man je nach Leistungsklasse zu einem noch leistungsstärkeren Netzteil greifen.

Wie werden Grafikkarten gekühlt?

Grafikkarten im Low-End-Bereich können meist sehr einfach passiv gekühlt werden. Middle-End-Grafikkarten benötigen für eine komplett passive Kühlung schon einen wirklich großen und qualitativ hochwertigen Kühlkörper, um die vermehrte Abwärme abzuleiten. Deshalb werden in diesem Bereich auch meist Grafikkarten mit einer Aktivkühlung hergestellt.
High-End-Grafikkarten kommen letztendlich ohne einen Lüfter gar nicht mehr aus, da sonst die GPU durch die zu großen Temperaturen auf Dauer zerstört werden würde.
Natürlich gibt es auch noch die geräuschlose Variante mit einer Wasserkühlung. Diese Möglichkeit ist jedoch recht teuer und wird die meisten Endverbraucher wohl doch eher zu einer luftgekühlten Variante greifen lassen.

Grafikkarten-Kaufwahl

Wie leistungsstark muss meine Grafikkarte sein?

Für Office-Anwendungen reicht meist eine Onboard-Grafik oder eine Low-End-Grafikkarte aus. Für Wohnzimmer-PCs oder einfache Multimedia-PCs sind Low-End-Grafikkarten in einer Preisspanne bis 80 € zu empfehlen. Spielt man häufiger neuere Computerspiele, so kann man zu den Middle-End-Grafikkarten im Preisbereich zwischen 100 und 200 Euro greifen. Für die wirklich abitionierten Spieler gibt es natürlich die High-End-Grafikkarten, die mit Preisen ab 200 Euro zu haben sind. Mit diesen lässt sich so gut wie jedes neu herausgekommene Spiel auf höchster Grafikleistung betreiben. Natürlich gibt es dann auch noch die Enthusiasten. Diese kaufen dann Grafikkarten jenseits der 400 €, um wirklich das Maximalste herauszuholen.
Bei allem sollte man jedoch beachten, dass die Intervalle zwischen den neu herauskommenden Grafikkartenserien immer kürzer werden, wodurch die Entscheidung zum Neukauf meist sehr schwierig wird. Viele wollen eine Grafikkarte, die "zukunftssicher" ist. Das dies jedoch in keinem Fall gesichert ist, ist klar. Denn nirgendwo bewegt sich so viel so schnell wie im Bereich der Technik und der Computerhardware. Was heute noch High-End ist, kann morgen schon veraltet sein. Deshalb gilt:

Der Kauf einer Grafikkarte sollte immer daran festgemacht werden, ob man bestimmte Spiele nicht mehr in der gewünschten Schnelligkeit oder Grafikqualität spielen kann. Deswegen sind Käufe für die Zukunft oder für kommende Spiele eher ein Witz. Benötigt man die Leistung jetzt, muss man auch jetzt kaufen. Wartet man zu lange, so könnte schon wieder die nächste Generation vor der Tür stehen - Ein nie endener Kreislauf, dessen man sich ständig bewusst sein muss.

Wie viel VRAM benötige ich?

Die Spiele-Industrie stellt immer grafikintensivere Spiele her, die von der Hardware immer mehr abverlangen. Dies setzt natürlich leistungsstarke Grafikkarten und Prozessoren voraus. Auch die kurzzeitig benötigen, eingelagerten Dateien in den VRAM werden dadurch natürlich immer größer, da die Texturen an immer mehr wirklichkeitsnaherer Qualität angrenzen.
Heutzutage werden deshalb inzwischen auf Grafikkarten als Standard 1024 MB bzw. 2048 MB Speicher verbaut. 512 MB, der frühere Standard, ist kaum noch anzutreffen. Man muss deshalb abwägen, wie viel man benötigt, für das Spiel, das man spielen will.

Referenzdesign oder etwas Spezielles?

Die bekannten Grafikkarten-Firmen AMD und Nvidia geben für ihre Grafikkarten zum sehr großen Teil ein gewisses Referenzdesign vor. Dieses darf, bei Erlaubnis, abgeändert werden, was zumeist zum Vorteil der Kunden hinausläuft.
Zunächst einmal wird ein gewisses Platinendesign vorgegeben und die zugehörigen Bauteile, die benutzt werden sollten. Außerdem wird auch von den Firmen ein Referenzkühler vorgegeben, der genutzt wird. Sobald die Firmen die Freigabe geben, das Referenzdesign abzuändern, beginnen die Hersteller der Grafikkarten meist damit, veränderte Kühllösungen auf die Grafikkarten zu montieren. Diese sollen für ein noch kühleres und leiseres Arbeiten verhelfen. Doch leider wird dieses Ziel nicht selten verfehlt, wodurch man doch wieder auf das Referenzdesign zurückgreift.
Doch es gibt auch Hersteller, die die Änderungen auch auf dem Platinenbereich ausweiten und qualitativ hochwertigere Komponenten verbauen, die teilweise zum Sinken des Stromverbrauchs führen und auch die Temperatur durch weniger Abwärme mindern. Manchmal wird auch die Platinengröße angepasst, wodurch die Kompatibilität zu kleineren Gehäusen gewährleistet wird.
Insgesamt lässt sich hier sagen:

Vom Referenzdesign abgeänderte Platinen und Kühllösungen können, müssen aber nicht immer vom Vorteil sein. Man sollte sich daher beim Kauf einer Grafikkarte vorher immer mithilfe von Tests über die Vor- und Nachteile der Änderungen informieren.

Grafikkarten-Empfehlungen

Empfehlungen zum Kauf einer Grafikkarten befinden sich in unserem Artikel Kaufempfehlung für Grafikkarten - Ratgeber.

Schlusswort

Zum Schluss lässt sich sagen, dass Grafikkarten einer der Knackpunkte im Bereich der Hardware sind, bei dessen Kauf genau abgewogen werden muss, was man braucht, inwiefern ein besseres Design nützt oder nicht und welchen Preis man bereit ist zu zahlen. Dieses FAQ hat den Bereich nur angeschnitten und bewusst keine direkten Kaufempfehlungen ausgesprochen. Bei Fragen steht die Hardware Reports-Redaktion jederzeit zur Verfügung.
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