Leitfaden: Grafikkarten


Auch wenn sich viele Forumsbenutzer selten dazu durchringen, Leitfäden und ähnliches vollständig durchzulesen, mache ich mir hier an der Stelle mal die Mühe das Thema Grafikkarten systematisch durchzukauen...
Bevor ich anfange die Tasten durchzuhauen, möchte ich darauf hinweisen, dass ich diesen Text weder aus dem Internet rauskopiert, noch Textstellen aus irgendwelchen Büchern übernommen habe... Meine Informationen beziehe ich nur häppchenweise von diversen Internetseiten und wandle sie aus dem Fachjargon in verständliches Deutsch um...
Wie man so schön sagt: Ohne Fleiß keinen Preis!
Natürlich wird es Fehler geben und mit eurer Hilfe, kann man sicher noch das eine oder andere verbessern! Ich bin nicht nur für konstruktive Kritik offen, ich wünsche sie mir sogar!


Inhaltsverzeichnis:













Anmerkung:
Geht es euch nur darum, für euch die beste Karte zu finden, reicht Punkt 4. Bei Punkt 3 sollte man zumindest die Unterthemen Netzteil und PC-Konfiguration überfliegen, das erspart spätere Komplikationen.

Auch wenn es viele vielleicht gar nicht interessiert, erst mal einen Teil Fachwissen:

Grundsätzlich kann man sagen: Grafikkarten sind die Dolmetscher zwischen Computer und Benutzer, denn ohne sie, könnte der Computer nicht mitteilen, was er sagen möchte und umgekehrt, kann der Benutzer den Computer nicht verstehen...
Grafikkarten sind über eine sogenannte Hardwareschnittstelle mit dem Motherboard verbunden.
Die 3 wichtigsten Schnittstellen, sind AGP, PCI und PCI-Express. PCI-Express ist hier die beste Schnittstelle, die ein Motherboard haben kann, da sie von allen dreien die höchste Datenübertragungsrate bietet. Die Schnittstelle ist eine Zweigstelle, für den Datentransport. Hier bekommt die Grafikkarte ihre Befehle und Informationen vom Grafikprozessor, die sie braucht, um eine Grafik / ein Bild / einen Text / usw. auf dem Monitor darzustellen. Die Daten gelangen als erstes zum Grafikspeicher, der sie untersucht, eigene Daten hinzugibt und verbessert. Er entscheidet auch, was als nächstes mit dem Datenpacket passieren soll und gibt es dann weiter. Hier kommt jetzt der RAMDAC ins Spiel. Er bekommt ein, jetzt zwar ausgearbeitetes "Datenblatt", muss es aber trotzdem noch einmal in "analoge Signale" umwandeln, damit die Daten als fertige Pixel auf dem Bildschirm dargestellt werden können. Diese "analogen Signale" werden weiter an sogenannte Renderer weitergegeben (Pixel-Shader, Vertex-Shader, Geometry-Shader und Unified-Shader). Sie lesen aus den gegebenen Informationen ab, wie die Pixel auszusehen haben und setzen sie in die Tat um, indem sie jedes Pixel mit seiner Farbe, Helligkeit und Schattierung ausstatten.
Und fertig ist das Bild!

Hier die einzelnen Komponenten einer Grafikkarte etwas detailierter erklärt:

Grafikprozessor:

Ein Grafikprozessor (GPU) macht im Prinzip das Gleiche, wie ein Hauptprozessor (CPU): Er rechnet! Um genau zu sein: Er berechnet Informationen, die zur Bildschirmausgabe wichtig sind und stattet die einzelnen Komponenten der Grafikkarte mit diesen Befehlen / Informationen aus.
Jetzt könnte man natürlich fragen: Warum muss eine Grafikkarte einen eigenen Prozessor haben, wenn diese Aufgabe nicht auch der Hauptprozessor übernehmen kann?
Ganz einfach: Um ihn zu entlasten! Grafiken zu berechnen, ist sehr zeitaufwändig. Um diese Zeit einzusparen, bringt man einfach einen Prozessor ins Spiel, der nur diese Aufgabe übernimmt.
In der Zeit kann der Hauptprozessor dann andere Aufgaben erledigen.

Grafikspeicher:

Genau wie der Grafikprozessor den Hauptprozessor entlastet, entlastet der Grafikspeicher den Arbeitsspeicher.
Und genau wie der Grafikkarte die Aufgabe zukommt, sich nur mit Grafiken zu beschäftigen, fällt dem Grafikspeicher die Aufgabe zu, für die "gröbere" Feinarbeit in der Grafikdarstellung zu sorgen. Genaue Datenkontrolle, Verbesserung von Fehlern und hinzugeben von fehlenden Informationen, zusätzlich zu den Informationen und Befehlen des Grafikprozessors, ist sein Job. Je größer der Grafikspeicher ist, desto mehr Informationen kann er auf einmal aufnehmen, was einen schnelleren Austausch zwischen GPU und ihm bedeutet. Je schneller dieser Austausch vonstatten geht, desto schneller kommt eine Grafik / ein Bild / ein Text / usw. auf den Monitor.

RAMDAC:

Der RAMDAC sorgt dafür, dass die Informationen des Grafikspeichers in "analoge Signale" umgewandelt werden. Nur mit solchen können die Renderer, die im Endeffekt dafür verantwortlich sind, dass der Monitor Bilder ausspuckt, etwas anfangen. Er arbeitet mit einer gewissen Frequenz, die, je höher sie ist, schneller Informationen an die Renderer weiterleitet.

Pixel-Pipelines:

Wie der Name eigentlich schon sagt:
Pixel = Pixel
Pipeline = Weg
-> Pixelweg
Um genau zu sein, ist eine Pixelpipeline ein Weg in der Grafkkarte (Grafikchip), der "gegangen werden muss", um ein Pixel zu berechnen...

Pixel-Shader:

Pixel = Pixel
Shader = Schattierer
-> Pixelschattierer
Der Pixel-Shader, oder zu deutsch "Pixelschattierer" ist für die Details und die "Specialeffects" bei der Grafikdarstellung zuständig. So sorgt er bspw. für Licht, Schatten, Spiegelungen, realistische Farben, usw...
Kurz zusammengefasst: Er sorgt für einen Teil der 3D-Effekte.

Vertex-Shader:

Vertex = Punkt/Knoten
Shader = Schattierer
-> Punktschattierer
Der Vertex-Shader sorgt für die Feinarbeit bei geometrischen Berechnungen, sowie die dynamischen Veränderungen von Objekten. Kombiniert mit dem Pixel-Shader lässt er beispielsweise Wasser realistisch aussehen. Der Pixelshader sorgt für die Lichtspiegelung, wenn bspw. die Sonne auf das Wasser fällt und der Vertex-Shader lässt es so aussehen, wie wenn es fließt.

Geometry-Shader:

Geometry = Geometrie
Shader = Schattierer
-> Geometrieschattierer
Der Geometry-Shader ist eigentlich nur eine Verbesserung des Vertex-Shaders. Nachdem der Vertex-Shader seine eigenen Daten berechnet hat, gibt er diese Informationen an den "Geometrieschattierer" weiter. Dieser prüft die Informationen noch einmal und gibt weitere Details hinzu, welche für eine noch realistischere Darstellung sorgen sollen.

Als wäre das alles nicht genug, gibt es noch eine vierte Shaderart, nämlich den

Unified Shader:

Unified = vereinigt
Shader = Schattierer
-> vereinigter Schattierer
Auch hier sagt eigentlich der Name schon alles aus. Der Unified Shader, also der "vereinigte Schattierer", vereinigt alle drei Shaderarten. Mit ihm bekommt jeder Shader die Möglichkeit, alle Aufgaben der anderen Shadertypen zu übernehmen! Der Grafiktreiber der Karte kann nun selber entscheiden, welcher Shader welche Aufgabe übernehmen soll.
-> Leistungssteigerung

AA:

AA (Antialising) = Kantenglättung
Ein Monitor hat eine bestimmte Auflösung, die beispielsweise bei 1600 x 1200 Bildpunkten liegt. Die beiden Zahlen stellen die Pixelanzahl in der Bildschirmlänge und Breite dar. Pixel sind das Kleinste, was sich auf einer Bildschirmfläche darstellen lassen, auch PC-Monitore bilden da keine Außnahme!

In diesem Bild (oben) ist ein mathematisch unterteiltes Raster zu sehen. Jedes Kästchen steht für ein Pixel. Allerdings sind manche Kästchen nur teilweise gefüllt. In der Realität ein Ding des Unmöglichkeit, da Pixel keine zwei verschiedenen Farben annehmen können. Wie schafft man es also, ein grafisches Objekt in so einem Raster darzustellen, ohne dass es komplett anders aussieht?

Etwa so?
Stimmt! Normalerweise würde ein Rechteck, wie es im ersten Bild dargestellt wird, so aussehen. Dass kann aber nicht die Lösung sein, denn man möchte ja ein Rechteck bekommen und keine Treppe. Hier die Auflösung:

Man gibt die überschüssige Farbe eines Pixels an ein Anderes ab. So wird der Farbübergang "weicher" dargestellt und für das Auge wirkt es so, als hätte man ein scharfes Bild vor sich.

AF:

AF (Anisotropes Filtern) = Texturfilterung
Genau wie Antialising, wird Anisotropes Filtern eingesetzt, um Farbübergänge "weicher" darstellen zu können. Der klare Vorteil bei Anisotropem Filtern, ist, dass man ein Pixel nicht nur "von oben" (wenn man gerade auf den Bildschirm schaut und die Fläche "als ganzes" betrachtet), sondern auch "von der Seite" anschauen kann. Wenn vorher nur die "Oberfläche" des Pixels berücksichtigt wurde (2D) wird es jetzt als 3D-Objekt angesehen und dementsprechend von "oben" und "von der Seite" gerendert.
In Kombination mit Antialising kann man die Übergänge bei bspw. einem Felsen in den Boden fast nicht mehr erkennen.
Allerdings ist diese Anwendung sehr, sehr zeitaufwändig, was die Leistung einer Grafikkarte ordentlich bremst.

DirectX:

DirectX ist eine vom Microsoft stammende Darstellung von grafischen 3D Inhalten in Spiele oder unter Windows. Momentan ist DX 10.1 "die neuste" Version. Momentan können nur ATi/AMD Karten DX10.1 Inhalte darstellen, Grafikkarten von NVIDIA beherrschen nur DX10. Allerdings ist dieses vermeintliche neue Feature zu verschmerzen, da nur wenige Spiele DX10.1 unterstützen bzw. es grafisch kaum auffällt.

Mit Windows 7 wird ein neuer Standard eingeführt, es handelt sich dabei um DX11.

Open GL:

Open GL ist eine unabhängige Schnittstelle zur Entwicklung von 3D Grafiken, ähnlich dem Prinzip von DirectX. Es findet auch Verwendung CAD Anwendungen. Die aktuellste Version ist Open GL 3.1

Cuda

Cuda wurde von NVIDA entwickelt und ermöglicht die Beschleunigung wissenschaftlicher und technischer Berechnungen durch die Grafikkarte. Dazu gehören u.a. folding@home, SETI@home oder Badaboom. Programme mir einer Unterstützung von Cuda können die Grafikkarte zur Berechnung bestimmter Teile nutzen und die Geschwindigkeit erhöht sich merklich. In wie weit sich CUDA entwickeln wird, ist momentan nicht vorherzusehen. Momentan ist CUDA nur mit NVIDIA-Karten kompatibel.

Ein weiterer Teil von Cuda ist PhsyX, mehr dazu siehe den nächsten Absatz.

PhysX

PhysX ermöglicht die Berechnung von sogenannten Physik-Effekten mithilfe Grafikkarte anstelle der Berechnung durch die CPU. Die Methode wurde von Ageia entwickelt und benötigte Anfangs eine separate PPU (eine Art ältere Grafikkarte) zur Berechnung. 2008 hat NVIDIA die Firma übernommen und bietet inzwischen für sämtlich Grafikkarte ab der 8xxx Serie die Unterstützung von PhysX an.

Die Technik wird momentan von relativ wenigen Spielen genutzt, es sind aber einige in Entwicklung. In wie weit sich PhysX durchsetzen wird, ist schwer zu sagen. Für Besitzer einer entsprechenden NVIDIA Grafikkarte ist es jedoch ein kleiner Vorteil, da Karten von ATi/AMD die Technik nicht beherrschen.

Vor einiger Zeit bestand seitens NVIDIA die Möglichkeit, dass auch ATi Grafikkarten PhysX berechnen könnten. ATi hat allerdings auf eine Übernahme der Technologie verzichtet und will mit Havok ein entsprechendes Gegenstück schaffen. Mehr zu Havok nach dem Absatz ATi Steam.

ATi Steam

Ist eine Gegentechnologie zu Cuda und arbeitet nur mit ATi Grafikkarten zusammen. Im Unterschied zu Cuda steckt Steam noch in den Kinderschuhen, momentan können z.B. spezielle Videos durch den ATi Video Converter mit Hilfe der Grafikkarten in ein anderes Format konvertiert werden.

Havok

Havok funktioniert ähnlich wie PhysX und dient zur Berechnung von Physik-Effekten in Spielen. Die Firma wurde 2007 von Intel übernommen und arbeitet ebenfalls mit AMD/ATi zusammen. Die Engine kann sowohl von der CPU als auch der GPU berechnet werden, momentan werden erste Demos mit Havok-Unterstützung von ATi Grafikkarten veröffentlicht.

Lassen wir das Lexikon nun hinter uns und kommen zum interessanteren Teil:

>>nach Leistung<<

• es werden nur Grafikkarten berücksichtigt, die mit einer GPU oder internem SLI/ CF arbeiten (Dualchip Grafikkarten). SLI/ CF Gespanne aus zwei oder drei Grafikkarten werden nicht übernommen
• Overclocking wird ebenfalls nicht berücksichtigt
• bei Modellen mit 256MB und 512MB sind nur Modelle mit 512MB gelistet, da 512MB heutzutage für einen Gamer PC Pflicht sind. Für Office-Computer reichen auch 256MB oder weniger.

Rang 1: Nvidia Geforce GTX 295

Rang 2: ATI Radeon HD4870 X2

Rang 3: Nvidia Geforce GTX 285

Rang 4: Nvidia Geforce GTX 275

Rang 5: Nvidia Geforce GTX 280

Rang 6: ATI Radeon HD4890

Rang 7: Nvidia Geforce GTX 260 55nm

Rang 8: Nvidia Geforce GTX 260 216 Shader

Rang 9: ATi Radeon HD4870 1GB

Rang 10: Nvidia Geforce GTX 260 192 Shader

Rang 11: ATi Radeon HD4870 512MB

Rang 12: ATI Radeon HD3870 X2

Rang 13: Nvidia Geforce GTS 250

Rang 14: ATi Radeon HD4770

Rang 15: ATI Radeon HD4850

Rang 16:Nvidia Geforce 9800GTX+

Rang 17: Nvidia Geforce 8800 Ultra

Rang 18: Nvidia Geforce 8800 GTS (G92)

Rang 19: ATI Radeon HD4830

Rang 20: Nvidia Geforce 8800 GTX

Rang 21: Nvidia Geforce 9800 GT

Rang 22: Nvidia Geforce 8800 GT

Rang 23: ATI Radeon HD3870/ Nvidia Geforce 9600 GT

Rang 24: ATI Radeon HD4670 512MB

Rang 25: ATI Radeon HD 2900 XT

Rang 26: Nvidia Geforce 8800 GTS (640MB)

Rang 27: ATI Radeon HD3850 512MB

Rang 28: ATI Radeon HD2900 Pro

Rang 29: Nvidia GeForce 7950 GX2

Rang 30: Nvidia Geforce 8800 GS