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Grafikkarten – Entwicklung, Eigenheiten und Vorteile

Grafikkarten – Entwicklung, Eigenheiten und Vorteile

Gastbeitrag: Im Grunde will jeder moderne Mensch beim Blick auf den Bildschirm leuchtende Farben, präzise Konturen und eine kristallklare Optik. Diese Frage wird immer wichtiger, da sich alle Arten von „Screens“ bei Digitalkameras, Smartphones, Handys, Tablet-PCs, Desktop-PCs, Fernsehern, Notebooks und tendenziell mehr und mehr Geräten finden. Dabei lenken Grafikkarten die Wiedergabe der vom Prozessor bereitgestellten Daten.

So können sie nicht nur über einen Bildschirm, sondern auch mit jeder Art von Projektor oder Beamer für den User sichtbar werden. Wie haben sich die ersten und einfachen Grafikkarten zu modernen Formaten wie DDR-SDRAM, kurz DDR, entwickelt? Welche Eigenheiten kennzeichnen diesen wichtigen, aber vielen Menschen unbekannten Bestandteil moderner Geräte weltweit?

Grundsätzliche Eigenheiten

Grafikkarten sind einerseits als Erweiterungen für Personal-Computer erhältlich: Sie werden dann über Bussysteme mit der Hauptplatine verbunden. Letztere können verschiedener Art sein, wie etwa das AGP (Accelerated Graphics Port), ein System, das bei fehlendem Speicherplatz auf den normalen Arbeitsspeicher des Computers zugreift. PCI (Peripheral Component Interconnect) oder PCI Express sind häufig verwendete Bussysteme für die Grafikkarten.

Andererseits gibt es auch die Möglichkeit, dass die Grafikkarten auf der Hauptplatine integriert sind, sodass für sie keine Erweiterung notwendig ist. Sie sind dann Bestandteil des entsprechenden Chipsatzes. Heutzutage findet man bei großen Anbietern wie AMD schon in den Hauptprozessoren Elemente, die für die Grafikausgabe verantwortlich sind.

Heutzutage gibt es eine große Auswahl bei Grafikkarten. Generell sollte man auf renommierte Anbieter wie AMD, NVidia oder Intel achten. Qualitätskarten in verschiedensten Modellen sind bei großen Elektronikdienstleistern wie Arlt.com bereits ab etwa 30 Euro erhältlich. Doch leistungsstarke Grafikkarten wie beispielsweise die MSI 49290X Lightning, GEForce GTX 980 Windforce 3x oder andere können auch mit 400 bis 600 Euro zu Buche schlagen. Es ist demnach wichtig, für welche Zwecke man die Karten einsetzen will.

Grafikkarten – Entwicklung, Eigenheiten und Vorteile

 

Elemente von Grafikkarten

Insgesamt sind dabei einige Elemente allen Grafikkarten gemeinsam. Sie enthalten einen Grafikprozessor (Graphics Processing Unit), welcher mit dem Begriff GPU abgekürzt wird, seltener mit der Abkürzung VPU (Visual Processing Unit). Wie jeder Prozessor berechnet auch der GPU Daten, in diesem Fall solche zur Bildschirmpräsentation auf den eingangs genannten Endgeräten. Entweder befindet sich der Grafikprozessor mit auf der Hauptplatine. Diese mittlerweile seltener auftretende Version wird „onboard“ genannt. In der Regel ist die GPU auf einer mobilen Steckkarte – der oben erwähnten externen Grafikkarte. Dies hat den Vorteil, dass für einen Computer mehrere Karten zusätzlich gesteckt werden können. Meist sind die GPUs auf der Grafikkarte als viereckige, flache, dunkle Tafel mit dem Aufdruck des Herstellers angebracht.

Weiterhin findet man auf der Grafikkarte den sogenannten RAMDAC. Die englische Bezeichnung Random Access Memory Digital/Analog Converter zeigt an, dass durch diesen Chip die digitalen Signale des Speichers, also etwa Videos, in analoge Bildsignale für den Monitor transformiert werden. Dies bedeutet, dass der RAMDAC für Kathodenstrahlröhrenbildschirme alter Prägung (Fernseher mit Braunscher Röhre, Computerbildschirme, Oszilloskope) eingesetzt wird. Der RAMDAC beinhaltet Digital-Analog-Transformatoren sowie einen statischen Speicher. Der RAMDAC kann als externes Modul oder auf dem Grafikchip integriert auftreten.

Ein anderes Element ist der Video-RAM. Es handelt sich dabei nicht um den Grafikspeicher, obwohl der Begriff zuweilen so benutzt wird. Der Video-RAM ist ein Modul, welches fürs Auffrischen von Bildinhalten genutzt wird. Ein Vorteil davon ist, dass für ihn jedes Bus-System verwendet werden kann. Weiterhin findet man auf der Grafikkarte Anschlüsse für Peripheriegeräte, beispielsweise für den bereits erwähnten Monitor.

CUDA und „DDR“

CUDA bedeutet Compute Unified Device Architecture. Diese Programmiertechnik wird im Allgemeinen für technische oder wissenschaftliche Kalkulationen genutzt. Es handelt sich dabei insbesondere um parallelisierende Berechnungen, wie sie beispielsweise bei Simulationen von Erdbeben oder anderen geologischen Fragestellungen, die viele globale Faktoren beinhalten, eingesetzt werden. CUDA wurde von dem für seine Hardware weltbekannten Dienstleister NVidia entwickelt. Über eine Programmschnittstelle, die unter der Bezeichnung API (Application Programming Interface) geführt wird, können dabei Programmteile durch den GPU schneller als durch einen herkömmlichen CPU berechnet werden.

„DDR“ steht nicht nur für die untergegangene Deutsche Demokratische Republik. Es ist in der IT-Sprache eine wichtige Abkürzung für einen Halbleiterspeicher (Random Access Memory oder RAM). Daher lautet die vollständige Abkürzung auch DDR-SDRAM – Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory. Unterschieden nach der Anzahl der Kontakte existieren vier Versionen des DDR-SDRAM. Diese Varianten werden entweder ohne Zahl oder mit den Zahlen 2, 3 und 4 nach dem „DDR“ ausgedrückt. Die Speichertechnik setzte sich etwa 2002 weltweit durch. Wie die englische Bezeichnung verrät, überträgt ein Modul mit Double Data Rate etwa die doppelte Datenrate eines SDRAM. Die verschiedenen DDR-Versionen übertragen Daten ebenfalls verschieden schnell und besitzen eine verschieden große Anzahl von Kontakten, wobei sich bei den späteren DDR-Varianten die Anzahl der Kontakte vergrößerte, während deshalb ihre tatsächliche Größe verringert wurde.

Fazit

Insgesamt verhilft die neue Programmiersprache CUDA den NVidia-GeForce-Grafikkarten, rechenintensive Anwendungen wesentlich schneller zu bearbeiten. CPUs greifen normalerweise auf höchstens vier Prozessorkerne zu. Bei den GeForce-GPUs können aktuell bis zu 240 Kerne parallel die anfallenden Prozesse bearbeiten. Dies macht letztendlich deutlich, dass die neuste Generation der Grafikkarten nicht nur für Gamer interessant ist. Alle Anwender, die hohen grafischen Aufwand beruflich betreiben, wie Webdesigner, Cutter, Grafiker oder andere, profitieren von der Entwicklung. Die Schnelligkeit der GPUs wiederum entlastet den Hauptprozessor, so dass dort die Geschwindigkeit erhöht wird, etwa beim Surfen. Somit ist eine moderne Grafikkarte für alle, die privat oder beruflich rechenintensive Software jeder Art nutzen, empfehlenswert.

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