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GPU ist die Abkürzung für "Graphics Processing Unit" und bezeichnet den Prozessor, also die zentrale Recheneinheit auf einer Grafikkarte. Einige Hersteller bezeichnen ihre Prozessoren auch mit "VPU (Visual Processing Unit)". Eine GPU erfüllt ähnliche Aufgaben wie eine CPU (Prozessor) im Computer. Allerdings ist eine GPU speziell für die Berechnung und die Verarbeitung von Text und Grafik ausgelegt und unterstützt somit die CPU im Computer.

Wo werden GPUs verbaut?

ATI Logo

GPUs werden im Gegensatz zu CPUs nicht einzeln an Endverbraucher verkauft. Eine GPU wird meistens auf einer Grafikkarte (Steckkarte) verarbeitet. Bei nicht so leistungsstarken Computern und Laptops wird die Elektronik und damit auch die GPU direkt auf der Hauptplatine (Mainboard) untergebracht.
Die großen GPU-Entwickler bieten meistens nur die GPU selber an, die von "Fremdherstellern" dann auf Grafikkarten und Hauptplatinen verbaut werden. Die Hersteller geben dafür ein so genanntes Referenzmodell raus, an das sich die Fremdhersteller dann mehr oder weniger halten (sollten).

 

Welche GPUs gibt es?

 

Es gibt heute zwei große Hersteller von GPUs: einmal die Firma AMD (ATI) und zum anderen die Firma nVidia. Beide Hersteller haben eine reichhaltige Palette an verschiedenen GPUs, von einfachen Versionen für Standardanwendungen bis hin zu Hochleistungs- GPUs für schnelle 3D-Grafik im Angebot. Neben diesen beiden großen GPU-Herstellern gibt es auch, wie bei den CPU-Herstellern, noch kleinere Firmen, die GPUs für spezielle Einsatzgebiete herstellen.

Wie alles begann …

nVidia Logo

Am Anfang übernahm die CPU auch die Berechnung für die Bildschirmausgabe. Das war auch problemlos möglich, da zur Computer-Anfangszeit noch nicht mit aufwendigen Grafiken gearbeitet wurde. Ein Computer musste in erster Linie Texte und Tabellen mit wenigen Farben oder sogar nur monochrom darstellen. Die Bildausgabe war demnach auch nicht besonders aufwendig. Später kamen dann die ersten reinen GPUs auf den Markt, die die CPU entlasten sollten. Auch diese GPUs waren noch nicht besonders aufwendig, hatten aber bereits wichtige Grafikfunktionen integriert. Mitte der 1990er Jahre kamen dann die ersten aufwendigen Computerspiele auf den Markt, die 3D-Grafik nutzten. Das konnten die GPUs zu dieser Zeit noch nicht. Daher wurden so genannte 3D-Beschleunigungskarten angeboten. Der größte Hersteller von diesen 3D-Beschleunigungskarten war die Firma "3dfx-Interactive". Diese Zusatzkarten mit dem Namen "Voodoo" wurden parallel zur vorhandenen Grafikkarte im PC eingesteckt und mit einer VGA-Brückenleitung mit dieser verbunden.
3D-Grafik, besonders bei Spielen, wurde in den nächsten Jahren immer aufwendiger. So entwickelten die GPU-Hersteller nach und nach auch eigene GPUs mit integrierter Verarbeitung von 3D-Grafik. nVidia z.B. kaufte Ende 2000 die Firma 3dfx-Interactive auf und hatte somit die nötige Technik gleich für eigene GPUs.

 

Was kann eine heutige GPU?

 

Eine heutige GPU ist oft physikalisch gesehen aufwendiger als eine aktuelle CPU aufgebaut. So besitzen aktuelle GPUs bereits über 950 Millionen Transistoren und sind in der 55 nm Technologie hergestellt. Das spiegelt sich auch im Preis wieder. Eine aktuelle Hochleistungsgrafikkarte kann heute genau so teuer sein, wie der Rest des Computers. Eine aktuelle GPU kann alle anfallenden Grafikberechnungen sehr schnell erledigen. Normale 2D-Darstellung wird meist gar nicht mehr erwähnt, dass ist bereits Standard. Die Firmen werben oft nur mit den 3D-Eigenschaften einer Grafikkarte, da diese für die Berechnung aufwendiger Grafiken am wichtigsten sind. Bei aktuellen GPUs spricht man daher meist nur von Renderpipes, Antialiasing, Pixelfüllrate, Texelfüllrate, Vertexeinheit und Pixelshader.

 

Was hat es mit dem Grafikspeicher auf sich?

 

Am Anfang war der Grafikspeicher eher nebensächlich. Die ersten GPUs nutzten einfach den vorhandenen Computerspeicher mit. Da die Grafikleistung zu dieser Zeit ja sowieso nicht hoch war konnte man so zwei Probleme auf einmal lösen. Denn zu dieser Zeit war RAM-Speicher noch sehr teuer. Mit der Steigerung der Grafikleistung musste aber auch für eine entsprechende Speicherlösung gesorgt werden. Bald dauerte es einfach zu lange auf den Computerspeicher zuzugreifen. So setzte man auf den Grafikkarten eigenen Speicher ein, der direkt von der GPU angesprochen wurde und niedrigere Zugriffszeiten als der normale Computerspeicher hatte. Da RAM aber immer noch teuer war beschränkte man sich auf möglicht wenig Speicher um zumindest einen kleinen Zwischenspeicher (Cache) zu haben. Die ersten Grafikkarten kamen mit gerade mal 4 KB Speicher aus.
Parallel mit der Leistung stieg auch der Bedarf an Grafikspeicher. Außerdem stieg auch die Geschwindigkeit der GPUs. Heutige aktuelle Grafikkarten haben bereits zwischen 256 MB und 2 GB schnellen Grafikspeicher um überhaupt alle Berechnungen in Echtzeit durchführen zu können.
Das trifft natürlich nur für aktuelle Hochleistungsgrafikkarten zu. Natürlich gibt es auch heute noch günstigere Lösungen. Einfache 2D-Grafikkarten oder Grafikhardware in tragbaren Computern (Laptops) kommen auch heute noch mit weniger Speicher (32-64 MB) aus, beziehungsweise nutzen den Computer Speicher mit. Auch Grafikprozessoren auf Hauptplatinen nutzen meist "nur" den Standard RAM-Arbeitsspeicher mit. Mit dieser Grafikhardware laufen dann natürlich keine aktuellen 3D-Spiele.

 

Welche Anschlussart haben Grafikkarten?

 

Wie schon erwähnt sind einfache Grafiklösungen fest auf der Hauptplatine integriert. Dazu sollte man nur greifen, wenn der PC für einfache Aufgaben, wie z.B. Textverarbeitung oder Internet genutzt wird. In tragbaren Computern (Laptops) ist die Grafikhardware heute fast immer fest eingebaut und lässt sich auch nicht austauschen. Daher sollte man sich hier vor dem Kauf genau überlegen welche Grafikleistung man benötigt. Es wird aber auch bei Laptops bereits an einer auswechselbaren Lösung gearbeitet.
Am häufigsten werden GPUs aber auf steckbaren Grafikkarten für die "großen" Computer verbaut. Diese können je nach Verwendungszweck selber ausgetauscht und so der benötigten Leistung angepasst werden.
Dabei ist nur der Anschluss zu beachten, dieser muss mit dem zur Verfügung stehenden Steckplatz im Computer übereinstimmen. Heute werden dafür meist der PCIe (PCI-Express) Steckplatz oder auch "PEG" (PCI-Express for Graphics) genannt, verwendet. Vereinzelt sind auch noch Grafikkarten mit dem Vorgänger-Anschluss, dem AGP Steckplatz erhältlich. Vor dem AGP-Anschluss gab es noch weitere Anschlussarten, wie PCI, ISA und VESA-Local Bus. Grafikkarten mit diesen Anschlüssen gibt es heute aber so gut wie nirgends mehr zu kaufen, vor allem aktuelle GPUs werden auf solchen Grafikkarten nicht mehr verbaut.
Eine weitere Überlegung vor dem Kauf einer Grafikkarte ist das Netzteil im Computer! Aktuelle Grafikkarten haben einen recht hohen Strombedarf. Dieser ist oft höher als der über den Steckplatz zur Verfügung gestellte Strom. Daher haben aktuelle Grafikkarten meist einen zusätzlichen Stromanschluss, der direkt vom Computernetzteil eingespeist werden muss. Dementsprechend muss das Netzteil im Computer auch  groß genug dimensioniert sein. 2009 benötigt z.B. die aktuelle Grafikkarte von AMD (ATI Radeon HD 4890 CF) unter Volllast beim spielen fast 480 Watt Leistung! Selbst günstigere Modelle, wie die "ATI Radeon HD 4670" oder die "nVidia GeForce 9600 GT" benötigen unter Volllast noch immer über 200 Watt!

Was sind "X2" GPUs?

Genau so wie bei den CPUs werden inzwischen auch GPUs mit mehreren Rechenkernen hergestellt. Man spricht also von einer "X2" GPU wenn in einem "Gehäuse" zwei GPUs integriert sind. Eine solche GPU ist theoretisch also doppelt so schnell wie eine GPU mit nur einem Rechenkern. Allerdings stimmt das nicht ganz, da sich eine X2 GPU immer einige Bereiche teilen muss.
Man sollte aber auch bedenken, dass eine X2 GPU auch mehr Leistung als eine Standard GPU braucht. Möchte man eine Grafikkarte mit einer X2 GPU verwenden, sollte man auch das Netzteil im Computer entsprechend groß auslegen.

 

Brauche ich wirklich eine hohe Grafikleistung?

 

Diese Frage muss jeder für sich beantworten. Es kommt hier besonders darauf an, was mit dem Computer gemacht werden soll. Für Text-, Foto und Videobearbeitung reicht eine ältere und günstigere Grafikkarte vollkommen aus. Auch ältere und grafisch nicht so aufwendige Spiele laufen mit diesen Grafikkarten meist problemlos. Sollen aber aufwendige 3D-Grafiken bearbeitet werden, oder sollen aktuelle 3D-Spiele auf dem PC laufen wird schon eine gute Grafikkarte benötigt. Nur damit macht es auch Spaß zu spielen. Bei älteren Karten muss man Abstriche bei der Grafik machen und das Bild ruckelt häufig.

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Letzte Aktualisierung: 25.02.2017
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