Eigenschaften einer Grafikkarte: komplettes Tutorial

Der Prozess des erstmaligen Zusammenbauens eines PCs unsererseits ist eine Arbeit, die über das Zusammensetzen der Teile hinausgeht, sondern auch darin besteht, die geeigneten auszuwählen. Aufgrund der kontinuierlichen Release-Kadenz finden wir in Geschäften mit Grafikkarten verschiedener Generationen und unter dem gleichen Preis. So kann der Endbenutzer ohne Wissen eine schlechtere Spezifikation finden, wenn er dasselbe bezahlt hat.

Aus diesem Grund ist es notwendig, vor dem Kauf zu wissen, was die Eigenschaften einer Grafikkarte bedeuten, um zu wissen, ob sie das ist, was wir brauchen.

Modelle

Eine Möglichkeit, eine Grafikkarte zu identifizieren, ist das Modell, das sie ist. Damit können wir wissen, ob wir es mit einem Spitzenmodell innerhalb seiner Generation oder einem anderen mit bescheideneren Spezifikationen zu tun haben.

AMD

Wenn unser GPU beträgt AMD dann müssen wir nach denen suchen, die als RX beginnen, und sehr alte Modelle mit Akronymen wie R9, R7 verwerfen. Und ja, falls Sie es nicht wussten, das Akronym RX steht für R10, aber AMD hat den Namen aus Marketinggründen beibehalten. Das nächste, was Sie sehen werden, sind 3 Zahlen, wenn Sie zwischen einer mit einer GPU mit GCN-Architektur oder 4 Zahlen für RDNA liegen, letztere sind in den Spezifikationen besser und im Fall des RX 6 × 00 haben Sie DirectX 12 Ultimative Unterstützung.

Was die zweite Zahl betrifft, die Marke, in der sich die Grafikkarte befindet, so ist eine RX 6900 besser als eine RX 6800, die gleichzeitig bessere Eigenschaften hat als eine RX 6700. Zum Abschluss finden Sie XT-Modelle, das sind etwas bessere Spezifikationen.

NVIDIA

Falls Ihre GPUs von . sind NVIDIA, wenn Sie eine aktuelle Grafikkarte haben möchten, müssen Sie nach einer suchen, die mit den Initialen RTX statt GTX beginnt, da Sie so die volle Unterstützung für DirectX 12 Ultimate haben. Bei der vierstelligen Zahl geben die ersten beiden die Generation an und sie wächst um zehn. Eine RTX 30 × 0 wird also einer fortschrittlicheren Generation angehören als eine RTX 20.

Die letzten beiden Zahlen geben den Bereich an, zu dem es gehört, und damit die Leistung innerhalb derselben Architektur. Die RTX 3090 ist also leistungsstärker als die RTX 3080. Von Zeit zu Zeit veröffentlicht NVIDIA Ti-Modelle mit besseren Spezifikationen als normale Modelle und veröffentlicht nach einiger Zeit auch oft Überarbeitungen, die den Nachnamen SUPER erhalten.

Die GPU und ihre Funktionen

Im Zentrum der Grafikkarte befindet sich eine komplexe Hardware, die wir als GPU oder Graphical Processing Unit, eine Grafikverarbeitungseinheit, kennen und die dafür verantwortlich ist, die Szenen zu generieren, die auf Ihrem Monitor im Videospeicher oder VRAM erscheinen, die die umgibt. Das Ende des Prozesses ist das Senden dieses Bildes an den Monitor, damit unsere Augen es sehen können, und dies geschieht mehrere Dutzend Mal pro Sekunde.

GPUs sind heute Hardwarekomponenten, deren Architektur eine Komplexitätsebene auf der Ebene eines zentralen Prozessors oder . aufweist CPU, jedoch ist es für den Kauf nicht notwendig, alle Eigenschaften der Grafikkarte zu kennen. Andererseits wird der Begriff auch oft verwendet, um über die gesamte Grafikhardware zu sprechen, was zu Verwirrung führt, obwohl diese Hardware ohne die restlichen Elemente, die sie umgeben, nicht funktionieren kann.

GPU-Architektur

Mit Architektur beziehen wir uns auf die sie umgebenden Elemente und deren Verteilung. Die Erklärung ist so einfach, dass fortschrittlichere Architekturen das Hinzufügen neuer visueller Fähigkeiten, höherer Leistung im Modus mit höherer Auflösung oder höherer Geschwindigkeiten beim Spielen unserer Lieblingsspiele ermöglichen.

Sowohl AMD, NVIDIA und Intel mit jeder neuen Architektur verbessern Sie die Spezifikationen der vorherigen. Da es sich bei Intel bei ARC Alchemist um seine erste dedizierte Grafikkarte handelt, ist dies keine Verwechslung, bei NVIDIA und AMD hingegen sind in den letzten Jahren mehrere Generationen von Grafikkarten aufgetaucht.

Außerdem ist der Name der Grafikarchitektur nicht mit dem kommerziellen Namen der Grafikkarte identisch, weshalb bestimmte Grafikkarten oft nicht nach dem Namen der Verpackung, sondern nach ihrer Architektur erwähnt werden. Auf die gleiche Weise können wir auch die Architektur der GPU sehen, wenn wir uns den Siebdruck auf ihrer Kapselung ansehen, zumindest im Fall von NVIDIA.

Größe

Da nicht jeder den gleichen Monitor oder das gleiche Budget und nicht die gleichen Anforderungen innerhalb derselben GPU-Architektur hat, werden mehrere Modelle in Form unterschiedlicher Chips auf den Markt gebracht. Wie unterscheiden sich diese? Nun, in wichtigen Punkten wie:

• Die Schnittstelle zum Videospeicher und damit die damit verbundene Bandbreite und den Videospeicher insgesamt. Denken Sie daran, dass Sie mehr VRAM-Chips anschließen können, je mehr Bandbreite Sie haben. Ein guter Weg, um zu sehen, ob eine Grafikkarte niedriger ist als eine andere, ist die Größe des Speichers um die GPU herum.
• Die Menge an Verarbeitungseinheiten innerhalb der GPU , es ist offensichtlich, dass je weniger Platz im Inneren des Chips Platz findet, desto weniger Platz kann darin platziert werden, und dies wirkt sich auf die geringere Rechenleistung aus.

Alle GPUs innerhalb derselben Architektur haben trotz unterschiedlicher Größen alle gemeinsamen Elemente, die sie definieren, jedoch auf unterschiedlichen Leistungsstufen. Die Tatsache, dass ein Modell eine GPU-Größe und weniger Speicher hat als ein anderes, bedeutet auch eine Preisspanne für alle Bedürfnisse.

Shader-Einheiten und „Kerne“

Eine Marketing-Falle, die Hersteller von Grafikkarten ausführen, besteht darin, 32-Bit-Gleitkomma-Recheneinheiten als Kerne zu bezeichnen. Realistisch gesehen ist ein Kernel die kleinste Einheit, die einen vollständigen Befehl in einem Programm ausführen kann, sodass eine Ausführungseinheit, die nur ein Teil des Kernels ist, nicht als Kernel an sich betrachtet werden kann.

Shader-Einheiten werden im Fall von AMD je nach Architektur als Compute Units oder Workgroup Processors bezeichnet, stattdessen verwendet NVIDIA seit einiger Zeit den Begriff Streaming Multiprocessors oder SM. Wenn sie jedoch in ihren Spezifikationen von Kernen sprechen, beziehen sie sich im Allgemeinen auf Einheiten, die arithmetische 32-Bit-Gleitkommaberechnungen durchführen können, unter dem Namen CUDA, NVIDIA oder Stream Processors, AMD-Kerne.

Da sich diese Recheneinheiten innerhalb der Shader-Einheiten befinden, bedeutet die Tatsache, dass eine GPU mehr CUDA-Kerne oder mehr Stream-Prozessoren hat, dass sie leistungsfähiger ist als eine andere mit weniger.

GPU-Taktraten

In den Eigenschaften der Grafikkarte finden Sie verschiedene Taktraten, die die GPU zu bestimmten Zeiten erreichen kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die GPU die meiste Zeit relativ niedrig taktet, um möglichst wenig zu verbrauchen, keine Wärme zu erzeugen und die Lüfter ihres Kühlsystems nicht einzuschalten.

Wenn wir jedoch eine grafikintensive Anwendung starten, z. B. das Rendern einer 3D-Szene mit Blender oder beim Spielen eines Videospiels, wird sie mit der in den Spezifikationen angegebenen Basistaktfrequenz gestartet, sodass Ihre Systemkühlung startet und die GPU arbeitet die ganze Zeit auf dieser Frequenz, zumindest bis wir sie brauchen.

In einigen Konfigurationen bleibt die Grafikkarte ruhend, da die CPU normalerweise eine integrierte GPU für einfache Funktionen wie das Verschieben der . enthält Windows Desktop.

Frequenz erhöhen

Bei einigen GPUs werden Sie eine höhere Taktrate sehen, dies ist die Boost-Frequenz, die genauso funktioniert wie bei einer CPU. Für eine begrenzte Zeit wird die Taktrate erhöht, um das Rendern der Szene zu beschleunigen oder die erforderlichen Berechnungen so schnell wie möglich durchzuführen. Die Boost-Frequenz ist jedoch nicht lange zu erreichen, denn je höher der Verbrauch, desto mehr Temperatur wird freigesetzt und das ist auf Dauer gefährlich für die GPU. Bei AMD-Modellen gibt es eine leichtere Boost-Frequenz namens Game Clock, die eine längere Zeitdauer hat, da sie nicht so stark ansteigt wie die von Boost.

Viele Hersteller verwenden bei der Angabe ihrer technischen Spezifikationen die Geschwindigkeitsraten aus der Boost-Frequenz, als ob diese die ganze Zeit aktiv wäre. Eine solche Leistung kann zwar erreicht werden, jedoch nur vorübergehend.

Feste Funktionseinheiten

Sie werden so genannt, weil sie immer die gleiche Funktion ausführen, also nicht programmierbar, sondern zu 100% fest eingestellt sind. Die Funktion dieser Einheiten besteht darin, beim rekursiven Rendern einer Szene eine Reihe von Prozessen auszuführen, die in jedem Frame kontinuierlich wiederholt werden.

Füllrate und Texturierung

Die Füllrate ist die Anzahl der Pixel, die eine GPU in den Videospeicher schreibt, um den Frame darüber zu erstellen. Dies stimmt nicht mit denen überein, die an den Bildschirm gesendet werden, da aufgrund der Art und Weise, wie eine 3D-Szene erzeugt wird, ein Pixel im VRAM mehrmals geschrieben werden kann. Dazu wird eine Art von Einheit namens ROPS verwendet, Raster Outputs, die das bereits verarbeitete Pixel empfangen und in den Videospeicher kopieren.

Die Texturierungsrate hingegen hat mit Textureinheiten zu tun und sie funktionieren umgekehrt. Während der ROPS in den Speicher schreibt, liest die Textureinheit aus den gespeicherten Texturabbildungen des VRAM, um den Basisfarbwert dieses Pixels in diesem bestimmten Objekt zu kennen.

Die Füllrate wird in Pixel pro Sekunde gelesen, während die Texturierungsrate in Texel pro Sekunde gelesen wird. Begleitet von einem Buchstaben vor dem Begriff, wobei M für Millionen und G für Milliarden steht.

Die Power in den Funktionen einer Grafikkarte

Die gängigste Methode zur Darstellung der Rechenleistung einer GPU ist die Anzahl der 32-Bit-Gleitkommaoperationen, die sie ausführen kann. Nun, in Wirklichkeit ist es nicht so, da wir über die Geschwindigkeit sprechen, die zum Zeitpunkt der Ausführung eines vollständigen Befehls erreicht wird, dh der Addition mit Multiplikation oder FMA, die aus zwei Operationen pro Taktzyklus besteht.

Wie wird also die Rechenleistung berechnet? Nun, ganz einfach, mit folgender Formel:

Taktgeschwindigkeit * Anzahl der Compute Units oder Stream Multiprocessing * CUDA-Kerne oder Stream-Prozessoren pro Einheit * 2 = FP32-Rechenleistung.

Als vereinfachteste Form:

Taktrate * CUDA-Kerne oder Stream-Prozessoren pro Einheit über die gesamte GPU * 2 = FP32-Rechenleistung.

Auflösung

Ein weiteres Merkmal einer Grafikkarte, das wir uns ansehen müssen, ist die unterstützte Zielauflösung. Auf der Ebene des Verschiebens von Desktop-Anwendungen kann jede GPU sie problemlos verschieben, aber in Bezug auf Spiele ist es anders und wir stellen fest, dass es bei jedem anders ist Architektur werden diese entsprechend der Auflösung verteilt, für die sie bestimmt sind.

Aktuell gibt es die High-End für 4K und damit eine Auflösung von 3840 x 2160 Pixeln, die Mittelklasse ist QHD mit 1440p Auflösung und zum Schluss das Low-End in Full HD oder 1080p. In jedem Bereich verdoppelt sich quasi die zum Rendern benötigte Leistung, aber in Wirklichkeit ist dies nicht der Fall und heute sind Low-End-Karten eher bereit, Szenen in Full HD zu bewegen als High-End-Karten, solche mit vierfacher Auflösung.

Der VRAM einer Grafikkarte und seine Eigenschaften

VRAM ist der Speicher, den die GPU zum Arbeiten verwendet, es ist ein lokaler Typ und liegt daher im Allgemeinen außerhalb der Reichweite der CPU. Das heißt, es kann nicht vom zentralen Prozessor des PCs zum Ausführen von Programmen verwendet werden, und daher bedeutet das Hinzufügen von mehr VRAM über die Grafikkarte keine Erweiterung des RAM Speicher des Systems.

Derzeit gibt es zwei Arten von VRAM-Speicher, die wir in den Eigenschaften einer Grafikkarte finden können. Auf der einen Seite die DDR, wo sie bereits in der sechsten Generation sind und eine Form von mehreren Chips haben, die auf derselben Platine wie die GPU montiert sind. Die andere Art von VRAM, die wir haben, ist der HBM, der dadurch identifiziert werden kann, dass er auf einer kleinen Basis, die wir Interposer nennen, auf der GPU montiert ist und sich über der Kartenplatte befindet.

Aufgrund der Spezifikationen beider Arten von Videospeichern finden wir sie in verschiedenen Märkten, derzeit sind GDDR5, GDDR6 und GDDR6X die gebräuchlichsten auf dem heimischen Markt und HBM2-Grafikkartenspeicher für viel professionellere Umgebungen.

VRAM-Bandbreite

Wenn wir einen Speicher vom Typ GDDR haben, müssen wir die Anzahl der Chips in der Grafikkarte zählen und sie mit 32 multiplizieren, um die Anzahl der Datenpins zwischen dem VRAM und der GPU herauszufinden. Nur die einseitigen, da die Möglichkeit besteht, dass sich zwei Speicherchips eine Schnittstelle teilen. Das ist bei der RTX 3090 Ti der Fall, die 24 Speicherchips hat, aber nur 384 Busbit, 12 mal 32 Bit. Für den Fall, dass wir einen HBM-Speicher haben, zählen wir die Anzahl der Chips und multiplizieren sie mit 1024.

Der zweite Punkt besteht darin, die Speicherspezifikationen in Gbit/s zu betrachten. Dies ist die Informationsmenge, die in Bits pro Sekunde gemessen wird, nicht in Bytes, die in einer Sekunde für jeden Daten-Pin übertragen werden. Um die Bandbreite des VRAM zu haben, müssen wir also nur die Gbit / s mit der Zahl multiplizieren, die Sie zuvor erhalten haben.

Da GPUs Prozessoren sind, deren Leistung vom Datendurchsatz abhängt, bedeutet eine geringere Bandbreite bei einem Modell mit derselben GPU im Vergleich zu einem anderen eine geringere Leistung.

Menge an VRAM-Speicher

Das letzte, was wir wissen müssen, ist die Speicherkapazität des Video-RAMs, der derzeit am häufigsten verwendete Speicher ist GDDR6, der Chips mit 1 oder 2 GB Kapazität haben kann. Bei PCs ist es nicht normal, asymmetrische Konfigurationen von Chips in der Kapazität zu sehen, daher kann eine Grafikkarte mit 8 Speicherchips 8 GB oder 16 GB haben. Auf der anderen Seite zählen im Gegensatz zum Interface die GDDR6-Chips auf beiden Seiten, um die Kapazität zu erhalten.

Beim HBM-Speicher besteht jeder Chip aus mehreren gestapelten und zusammengebauten Speichern, daher sollten Sie sich die Spezifikationen für die verfügbare Speichergröße ansehen.

Weitere Features einer Grafikkarte

Abgesehen von der GPU und dem Videospeicher gibt es bei einer Grafikkarte noch weitere Eigenschaften, die wir nicht übersehen sollten und daher ebenfalls wichtig sind.

PCI Express

Die Grafikkarten werden über die 16-Pin-PCI-Express-Schnittstelle mit dem PC verbunden, die die Kommunikation zwischen dem und dem Rest des PCs, insbesondere mit der CPU und dem RAM des Systems, ermöglicht. Trotz der Tatsache, dass der Steckverbinder in seiner Form verallgemeinert ist, erscheinen mit zunehmender Geschwindigkeit neue Versionen des Standards. Wenn Sie also eine Grafikkarte mit PCI Express 4.0-Schnittstelle kaufen und Ihre Hauptplatine einen 3.0-Typ unterstützt, können Sie ihn verwenden, verlieren jedoch an Leistung, da nicht genügend Bandbreite für die Kommunikation zur Verfügung steht.

Die Unterstützung der einen oder anderen Version des PCI-Express-Standards hilft uns auch, das Alter einer Grafikkarte gegenüber einer anderen zu markieren, also behalte dieses Detail im Hinterkopf, damit du keine veraltete Grafikkarte in ihren Spezifikationen bekommst.

Traineranspiel

Grafikkarten benötigen zum Betrieb Strom und der PCI-Express-Port kann bis zu 75 W Leistung liefern. Es gibt jedoch Grafikkarten, die zusätzliche Leistung benötigen, um zu funktionieren und die normalerweise über einen zusätzlichen Anschluss verfügen, der ihnen zusätzliche Leistung neben der von der Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung stellt. Der 6-Pin-Anschluss kann 75 W zusätzliche Leistung liefern, der 8-Pin 150 W.

Einige Grafikkarten haben einen 12-Pin-Anschluss, der einer GPU bis zu 500 W zusätzliche Leistung zuführen und die Grenze von 375 W überschreiten kann um zu wissen, ob sie einer Grafikkarte mit High-End-Spezifikationen gegenüberstehen oder nicht.

Videoausgänge

Eine Grafikkarte muss die von ihr erstellten Bilder an den Monitor senden, jedoch haben nicht alle Grafikkarten Videoausgänge und obwohl dies zu einem Widerspruch führen kann, ist dies in Wirklichkeit nicht der Fall, da es Grafikkarten gibt, deren Spezifikationen sie nicht sehen Videoausgänge haben, weil sie für wissenschaftliche Berechnungen oder Bergbau verwendet werden.

Die am häufigsten verwendeten Videoausgänge sind heute HDMI und DisplayPort. Wenn Sie also eine Grafikkarte mit DVI- oder VGA-Ausgängen haben, zeigt dies, dass Sie es mit einem sehr alten Modell zu tun haben und daher nicht die Mindestanforderungen erfüllen. Dies geschieht normalerweise nicht, aber achten Sie darauf, dass sie Sie nicht in dieser Hinsicht belasten.