Grafikkarten

Wer hat die Grafikkarte erfunden?

Den Ruhm des ersten Computers in Serienproduktion mit Grafikkarte sicherte sich 1977 der Apple II. Erstmals konnten die Grafikfähigkeiten, damals noch fester Bestandteil der Hauptplatine, optional durch Steckkarten erweitert werden (80-Zeichenkarte).

Im Jahr 1981 stellte IBM seinen PC mit MDA (Monochrome Display Adapter) zur einfarbigen Textdarstellung vor. Anschließend folgten die Standards CGA, EGA, schließlich MCGA und VGA 1987. Der VGA-Modus ist bis heute der letzte einheitliche Standard, auf dem alle Grafikkarten im Notfall von der Software anzusprechen sind (640 x 480 Punkte, 16 Farben).

Aufbau und Funktionsweise von Grafikkarten

Mechanische und elektronische Bauteile:

• Steckkarten Hauptplatine mit Slotblech
• Grafikprozessor, Bus-Interface, Controller
• Speicher
• Kühlkörper und Lüfter
• Abdeckungen

Ausgänge am Slotblech:

• VGA
• TV-out
• DVI/Display Port

Schematische Funktionsweise jeder Grafikkarte

Bidirektional mit dem Bus-Interface sind der Speichercontroller und die GPU (Graphic Prozessing Unit) verbunden. Beide Bauteile greifen ihrerseits auf den Video- und Grafikspeicher zu. Verarbeitete Daten leitet die GPU über das RAM DAC (wandelt digitalen Bildspeicher in analoge Signale) oder direkt zum Video-out-Controller weiter.

Grundsätzlich dürfen Grafikkarten ein fester Bestandteil der Computerhauptplatine sein. Mehr Flexibilität und bedarfsgerechtere Lösungen bieten Grafikkarten als Steckkarte, wie zum Beispiel AGP (Accelerated Graphics Port), PCI (Peripheral Component Interconnect) oder PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express).

Aufgaben der Grafikkarte

Zentrale Aufgabe jeder Grafikkarte ist die Erstellung und Übermittlung des Bildsignals für den angeschlossenen Bildschirm. Daten empfängt die Grafikkarte vom Hauptprozessor (CPU) des Rechners. Zur Entlastung der CPU übernimmt die GPU eine Vielzahl der Rechenaufgaben und wird zum Herzstück jeder Grafikkarte.

Leistungssteigernd wirkt sich die Zusammenarbeit mehrerer GPU's auf einer Grafikkarte sowie der Einsatz neuester GDDR5 - Chips aus. Höchstleistungen fordern der Grafikkarte beispielsweise das Gaming und hochwertige Anwendungsprogramme ab.

Wie produziert die Grafikkarte das Bild?

Für die spätere Darstellung auf dem Monitor setzt die Anwendungssoftware innerhalb des Programmcodes das Ausgangssignal. Abgearbeitete Befehle zur Bilddarstellung leitet die Software an das Betriebssystem weiter. An dieser Stelle übernehmen beispielsweise die Betriebssystem-Schnittstellen DirektX, oder OpenGL die weitere Datenverarbeitung. Sie leiten die Informationen an einen Übersetzer weiter. Grafikkartentreiber übersetzen die eingehenden Informationen als Schnittstelle zwischen der tatsächlichen Hardware und Software.

Entscheidend für die Geschwindigkeit des erstmaligen Bildaufbaus sind die Rechenleistung der GPU sowie die Bereitstellung möglichst vieler paralleler Datenpipelines. Je mehr parallele Pipelines in Verbindung zu Shadern (notwendig für grafische Effekte) arbeiten, umso effizienter gestaltet sich der Bildaufbau. Nach erfolgtem Bildaufbau vergisst die Grafikkarte alle gewonnenen Daten und schafft so die Kapazität für Neuberechnungen. Bei sich verändernden Bildfolgen bleiben die geladenen Vertex-Buffer, Texturen und Shader erhalten. Sie bieten der GPU das Erinnerungsvermögen zum schnelleren Bildaufbau, da nur neue Daten ergänzt werden.

Anwendungsgebiete von Grafikkarten

Jedes Gerät mit modernem Display verfügt über eine mehr oder weniger anspruchsvolle Grafikkarte. Bei den meisten Geräten des täglichen Gebrauchs reichen on Board Chips zur Aufgabenerfüllung. Erst bei Geräten, die hochauflösende Grafiken in möglichst schneller Folge anzeigen, wird die Wahl der passenden Grafikkarte zum Thema.

Bei sehr kleinen Geräten, die eine Nachrüstung mit Steckkarten kaum zulassen, liegt das Augenmerk auf dem on Board Chipsatz. Üblicherweise erfüllen on Board Grafikchips die Funktionalität einer externen Grafikkarte für Einsteiger. Nutzer von Komplettsystemen bietet der Grafikkartenaustausch die Chance, bestehende Systeme länger der aktuellen Technik anzupassen.

Anbindung der Grafikkarte an das Computersystem

Unabhängig davon, ob ein Computer mit on Board-Technologie oder einer externen Grafikkarte ausgestattet ist, bietet sich die Chance zur Systemanpassung. Entscheidend ist nur, dass ein freier oder freiwerdender Steckplatz - AGP, PCI oder PCIe - vorhanden ist.

Besonders einfach gestaltet es sich, die vorhandene externe Grafikkarte zu ersetzen. Befestigt ist die Karte nur mit einer Schraube am Slotblech und (optional modellabhängig) einem kleinen Kunststoff-Klipp. Eventuell verbundene Kabel stellen die Stromversorgung zum optional vorhandenen Lüfter her. Das 'OUT and IN' nimmt, ohne Treiberinstallation und Systemoptimierung, nur wenige Minuten in Anspruch.

Etwas anspruchsvoller kann es sein, ein System mit einer on Board Grafikkarte nachzurüsten. Moderne Motherboards erkennen die externe Grafikkarte von allein oder per Software 'klick'. Ältere Modelle erwarten, dass ein Jumper (Brücke) gesetzt oder geöffnet wird.

Die Entscheidung - PCI Express, AGP oder PCI - für die neue Grafikkarte, trifft der vorhandene Slot auf der Hauptplatine des Computers. Über die spätere Leistungsfähigkeit entscheiden der Chipsatz, die gewünschten Stärken und nicht zuletzt der Preis.

Monitor oder Fernseher anschließen - VGA, DVI, HDMI

Gewöhnliche Monitore bieten die Auswahl zwischen VGA- und DVI-Anschluss. Anschlussoptionen für den Fernsehapparat über VGA gewährleisten einfache Adaptersysteme, üblicherweise durch erneute Wandlung des analogen Signals.

Zeitgemäße Grafikkarten erlauben optional die analoge und digitale Datenübergabe. Seit 2015 unterstützen Unternehmen wie AMD, Dell, Intel Corporation, Lenovo, Samsung und LG Electronics die VGA-Displayschnittstelle nicht mehr. Standardverbindung zum Monitor ist inzwischen DVI. Einen großen Verlust durch den Wegfall von VGA müssen Endnutzer nicht fürchten. Wer sich einmal die Mühe macht und den DVI-Anschluss mit dem Monitor verbindet, kehrt VGA fast automatisch den Rücken. So deutlich ist der Qualitätsunterschied.

Mit dem Standard-HDMI-Anschluss an der Grafikkarte wird der Computer mit dem LCD-Fernseher endgültig verschmelzen. Ton und Bildübertragung erfolgen über ein Kabel. Der PC mausert sich vom Arbeits- und Gaming-Gerät zum vielseitigen Entertainment-Center.

Grafikkarten und Software

Grafikkarten sichern die Informationsübergabe durch Software Schnittstellen. Aktuell sind dafür Microsofts DirectX-12, AMDs Mantle-API, OpenGL-Vulkan sowie Apples Metal zuständig.

Aktuelle Treiber übersetzen die Informationen nur so, dass die jeweilige Grafikkartenversion möglichst einen maßgeschneiderten Datenzugang erhält.

Kaufberatung - Grafikkarten der verschiedenen Preisklassen

Nur bei wenigen Produkten prägen die Preise die Leistung so deutlich wie bei Grafikkarten.

Einsteigermodelle

Aktuelle Einsteigermodelle entsprechen nicht selten den Mittelklasse- oder sogar Spitzenmodellen der Vorjahre. Günstige Grafikkarten zum Einstieg überzeugen durch ausgereifte Treiber und geringeren Energiebedarf. Sie enttäuschen bei modernen Softwareanwendungen, vorwiegend im Gaming, die auf neueste Technologie ausgelegt wurden.

Die Preise für Einsteigermodelle liegen im Bereich von 50-75 Euro. Sie sind in der Regel mit 512 MB Speicherkapazität ausgestattet und arbeiten mit bis zu 160 Shadern (DDR2, DDR3, GDDR5).

Grafikkarten der Mittelklasse

Grafikkarten der mittleren Preisklasse sind gute Allrounder. Sogar moderne Spiele laufen ruckelfrei, wenn auch nicht immer mit höchster Detailauflösung. Diesem kleinen Nachteil steht der Vorteil guter Energieeffizienz gegenüber. Der kleine Schritt zur Performance-Grafikkarte lohnt sich für Spieler, die für ihr ungetrübtes Spielvergnügen einen deutlich höheren Energiebedarf akzeptieren.

Bis zu etwa 300 Euro kann eine Grafikkarte der Mittelklasse kosten. Ihre Speicherkapazität beträgt 1-2 GB. Bis zu 2.000 Shader sorgen für den Datenfluss (DDR3, GDDR5).

High-End-Grafikkarten

High-End-Grafikkarten nutzen jedes Angebot der Spielsoftware aus, die Grafik schneller und detailgenauer abzubilden. Lohnenswert ist der Einsatz von High-End-Grafikkarten in Systemen, bei denen ökonomische Gesichtspunkte nicht federführend für die Ausgestaltung sind. Vorprogrammiert ist zusätzlicher Energiebedarf zur Wärmeabführung, eventuell sogar ein separates Netzteil.

Wichtig: Auf einer veralteten technologischen Basis aufgesetzt oder bei der Nutzung älterer Software, kann die High-End-Grafikkarte ihre Leistung nicht voll entfalten.

Ein Preis von bis zu 1.000 Euro ist für eine High-End-Grafikkarte keine Seltenheit, deshalb ist ein Preisvergleich immer zu empfehlen. Mindestens 4 GB Speicherkapazität (aktuelles High-End sind 12 GB GDDR5) und mindestens 4.000 Shader garantieren beste Grafikperformance. Vorausgesetzt: Software und Komplettsystem befinden sich ebenfalls auf dem High-End-Level.

Hersteller von Grafikkarten

Einen Platz unter den Marktführern der Branche können sich vor allem Hersteller wie Asus, Zotac, Gigabyte, MSI und Sapphire sichern.