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Grafikkarte

Was ist das überhaupt?

Eine Grafikkarte (oder ein Grafikchip) steuert in einem Computer jede Art der Grafikausgabe. Nachdem die anzuzeigenden Daten vom Prozessor berechnet und an die Grafikkarte weitergeleitet wurden, werden sie dort entsprechend umgerechnet und aufbereitet, so dass der Monitor am Ende alles als erkennbares Bild wiedergeben kann. Der Monitor wird immer direkt mit der Grafikkarte verbunden.

Grafikkarten werden entweder als PC-Erweiterungskarten (über die Bussysteme PCI, AGP oder PCI Express, früher auch ISA oder VLB) mit der Hauptplatine verbunden oder sind im Chipsatz auf der Hauptplatine enthalten. Mittlerweile ist die Integration so weit vorangeschritten, dass bereits in Hauptprozessoren Bestandteile für die Grafikausgabe vorhanden sind.

Woraus besteht eine Grafikkarte?

Der Grafikspeicher

Der Grafikspeicher dient zur Ablage der im Grafikprozessor (GPU) verarbeiteten Daten sowie als Zwischenspeicher („Framebuffer“) für Bilder, die später auf dem Computer-Bildschirm ausgegeben werden sollen. Heute werden ausschließlich Grafikkarten mit sehr viel mehr Speicher gebaut als zur reinen Bildspeicherung notwendig wäre. Beim Rendern dreidimensionaler Grafiken werden hier zusätzlich zum Framebuffer die Daten der Objekte, beispielsweise Größe, Form und Position, sowie die Texturen, die auf die Oberfläche der Objekte gelegt werden, gespeichert. Besonders die immer höher auflösenden Texturen haben für einen starken Anstieg der Speichergröße bei aktuellen Grafikkarten gesorgt.

Bei Onboard-Lösungen wird meist der Hauptspeicher des Systems als Grafikspeicher genutzt, das wird als Shared Memory bezeichnet. Der Zugriff erfolgt über das jeweilige Bussystem und ist deshalb langsamer als direkt angebundener Speicher.

Der Grafikprozessor (GPU)

Der Grafikprozessor ist ein eigenständiger Prozessor und dient ausschließlich zur Berechnung der Bildschirmausgabe. Die Abkürzung GPU steht hierbei für Graphics Processing Unit. Der Grafikprozessor ist dabei einzig auf die Berechnung von Grafiken spezialisiert und optimiert und kommt hauptsächlich auf Grafikkarten für Computer und Spielkonsolen sowie in Smartphones zum Einsatz. Zusätzlich gibt er die berechneten Grafiken an ein oder mehrere Displays aus.

Um die Leistung immer weiter zu steigern, sind bei High-End Geräten durchaus auch mehrere GPUs auf einer Grafikkarte, bzw. auch mehrere Grafikkarten pro PC verbaut.

Die Kühlung

Aufgrund der hohen thermischen Verlustleistung durch die zunehmende Komplexität von Grafikprozessoren und Grafikspeicher sind ähnlich aufwendige Kühllösungen wie bei Prozessorkühlern notwendig. Grafikkarten verbrauchen heutzutage bis zu 250 Watt (TDP) Leistung, die vollständig als Wärmeenergie abgeführt werden muss. Um dies zu bewerkstelligen, gibt es mehrere Konzepte:

aktive Luftkühlung – die thermische Energie wird über einen Kühlkörper an die Umgebungsluft abgegeben, welche durch Lüfter umgewälzt wird. Das ist die einfachste und preiswerteste Variante, große Wärmemengen abzuführen, verursacht allerdings auch Störgeräusche.

passive Luftkühlung – durch einen Kühlkörper wird die thermische Energie durch Konvektion an die Umgebungsluft abgegeben. Das ist nur bei geringen Leistungen oder mit sehr großen Kühlkörpern möglich. Oft werden auf beiden Seiten der Grafikkarte großflächige Kühlkörper angebracht, welche mit einer Heatpipe verbunden sind. Problematisch hierbei ist das hohe Gewicht des Kühlkörpers, welches zu einer hohen mechanischen Belastung des Steckplatzes führt.

Wasserkühlung – wie auch für CPUs manchmal eine Wasserkühlung eingesetzt wird, kann auch die Grafikkarte in einen (bzw. den gleichen) Kreislauf eingebunden werden. Die thermische Energie wird dann an das Wasser im Kreislauf und von dort über einen Radiator an die Umgebungsluft abgegeben. Das ermöglicht einen Transport von großen Wärmemengen, ist aber auch die aufwendigste und teuerste Kühllösung.

Sonderfall Notebook

Für Notebooks gibt es dagegen aufgrund der beengten Platzverhältnisse meistens externe Erweiterungsboxen, in die eine Grafikkarte gesteckt werden kann. In Dockingstationen kann ebenfalls eine eigene Grafikeinheit verbaut sein.

Fast alle heute produzierten Grafikprozessoren für Personal Computer stammen von AMD, Intel oder Nvidia. Die Integration auf Steckkarten liegt dagegen bis auf Sonder-und Referenzmodelle seit einiger Zeit bei anderen Herstellern.