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Ratgeber: Grafikkarte

Es gibt Grafikkarten in allen möglichen Leistungsstufen und Ausstattungen auf dem Markt. Welche Grafikkarte man wirklich benötigt, hängt vom Einsatzgebiet des Rechners ab. Für den Einsatz im Büro sind die Anforderungen ganz andere als für den Einsatz als Spieleplattform.

Leistungsmerkmale

Je höher die Leistung, desto mehr Bilder pro Sekunde (fps) kann die Grafikkarte berechnen. Ein flüssiger Bewegungsablauf entsteht ab etwa 18 Bildern pro Sekunde, wobei höhere Werte noch deutlich sichtbar sind. Um Ruckeln bei komplexen Szenen zu vermeiden, sollte die Bildfrequenz zwischen 30 und 60 fps liegen. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind die Taktfrequenz, mit der Grafikchip, integrierte Shader-Einheiten und Speicher betrieben werden, die Anzahl  der Shader-Einheiten sowie die Breite der Speicheranbindung.

Taktfrequenz (Grafkprozessor/Speicher)

Je höher die Taktfrequenz, desto schneller kann der Grafikprozessor die Bilddaten verarbeiten. Die Taktfrequenz hängt vom jeweiligen Hersteller ab. Aus diesem Grund können Grafikkarten mit identischem Prozessor große Leistungsunterschiede aufweisen. Hier lohnt ein genauer Blick aufs Datenblatt.

Anzahl der Recheneinheiten (Stream-Prozessoren oder CUDA-Kerne)

Ein Grafikprozessor nutzt zur Berechnung von Licht, Schatten und speziellen Effekten (z.B. Wasserspiegelungen) eigene, parallel arbeitende Verarbeitungseinheiten. sogenannte Shader-Einheiten oder Stream-Prozessoren. Je mehr Shader-Einheiten zur Verfügung stehen, desto höher ist die Anzahl der Bilder pro Sekunde..  

Breite der Speicheranbindung/Typ des Grafikspeichers

Einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Leistung haben auch die Breite der Speicheranbindung und der Typ des verwendeten Grafikspeichers. Sie bestimmen den maximalen Datendurchsatz, also die Menge an Bilddaten, die pro Sekunde zwischen GPU und Grafikspeicher transportiert werden kann. Es werden aktuell vier Typen verbaut: GDDR5 (SGRAM Double Data Rate Type 5), GDDR5X, GDDR6 und eher selten HBM2 (High Bandwidth Memory). Mehr zum Thema DDR-Speicher gibt es hier.

GDDR5: bis zu 8 Gbit/s
GDDR5X: bis zu 12 Gbit/s
GDDR6: bis zu 16 Gbit/s
HBM2: 1,6 – 2,4 Gbit/s

Der maximale Datendurchsatz ergibt sich aus der Multiplikation des Datendurchsatzes des Speicherss mit der Anzahl der Leitungen. Die Breite der Speicheranbindung wird in Bit angegeben. Ein GDDR5-Speicher mit einer 512 Bit breiten Anbindung an die GPU hat z.B. einen maximal erreichbaren Datendurchsatz von 4.096 Bit/s oder 512 GB/s (8 x 512).
Quelle

Maximale Auflösung/Größe des Grafikspeichers

Die Auflösung gibt die Anzahl der Bildpunkte oder Pixel (Picture Elements) an, aus denen das Bild besteht. Je höher die Auflösung, desto feiner erscheint das Bild auf dem Bildschirm. Angegeben wird die Auflösung im folgenden Format: horizontale Anzahl Pixel x vertikale  Anzahl Pixel. Eine moderne Grafikkarte sollte mindestens die FullHD-Auflösung von 1.920 x 1.080 Pixeln unterstützen.
Je größer der Grafikspeicher, desto höher ist die maximal mögliche Auflösung. Ein zu knapp bemessener Speicher führt dazu, dass der Bildaufbau häufiger ins Stocken gerät und Texturen unscharf („matschig“) erscheinen. Aktuelle Grafikkarten besitzen zwischen 4 und 24 GB (Gigabyte, 1 GB  = 1000 MB) Grafikspeicher. Für die meisten Spiele sind in FullHD-Auflösung (1920×1080 Bildpunkte) 8 GB ausreichend. Mehr als 8 GB lohnen sich nur bei extrem hohen Auflösungen (4K, 3.840×2.160) oder Nutzung von Raytracing-Effekten.

Benchmarks

 

Eine genaue Einschätzung der Leistung ermöglichen sogenannte Benchmarks, die regelmäßig in Fachzeitschriften veröffentlicht werden. Das sind Leistungstests, in denen der Grafikprozessor verschiedene 3D-Szenen aus Spielen oder anderen Anwendungen in Echtzeit berechnen und darstellen muss. Dabei wird die Zahl der berechneten Bilder pro Sekunde (fps) ermittelt. Je größer die fps, desto besser wird die GPU bewertet.

Das 99. Perzentil

Bei einem typischen Leistungstest wird eine vorher festgelegte, in Echtzeit berechnete 3D-Szene (oft auch mehrere) auf dem Bildschirm angezeigt und innerhalb eines bestimmten Zeitraums der fps-Wert oder (eher selten) für jedes Einzelbild die Rechenzeit (engl. frametime) in ms ermittelt. Anschließend wird anhand der gesammelten fps- oder frametime-Werte ein Durchschnittswert emittelt. Nachteil dieser Methode ist, dass sich Messwerte, die deutlich vomn Großteil der ermittelten Werte abweichen, aber nur sehr selten auftreten, unverhältnismäßig stark auf das Ergebnis auswirken. Deshalb wird in Testberichten oft zusätzlich das 99. Perzentil angegeben. Der angegebene Wert besagt, dass 99% der (kleinsten) Messergebnisse unterhalb dieses Werts liegen, Ein 99.-Perzentil-Wert von 60 fps bedeutet z.B., dass 99% der gemessenen Bildraten unterhalb von 60 fps befinden. Das 50. Perzentil wird übrigens auch als Medianwert bezeichnet.

Nützliche Links:

Ausstattung

AusstattungsmerkmalBüro-PCMedien -PCFreizeit-PCSpiele-PC
APIs
- DirectX 12
- Vulkan
- OpenGL
Anschlüsse
- HDMI2.0a2.02.0a
- DisplayPort1.21.41.31.4
Technologien. (optional)
- Hoher Dynamikumfang (HDR)
- Automatische Synchronisation (G-Sync/FreeSync)
- Zusammenschaltung von 2 GPUs (SLI/Multi-GPU)
- Multi-Bildschirm-Betrieb
- VR-Brille

APIs

Eine Programmierschnittstelle (API) stellt Softwareentwicklern Funktionsbibliotheken und andere nützliche Werkzeuge zur Verfügung, die den Zugriff ihres Programms auf ein bestimmtes Software- (z.B. Windows) oder Hardware-System (z.B. Grafikkarte) ermöglichen.

  • DirectX ist eine Sammlung von APIs für Windows, die von Programmen mit Zugriff auf Grafik- und Soundkarte genutzt wird (vor allem PC-Spielen). Obwohl noch viele Anwendungen DirectX 11 verwenden, sollte man darauf achten, dass die Grafikkarte den aktuellen Standard DirectX 12 unterstützt.
  • OpenGL (Open Graphics Language) ist eine offene API für 3D-Grafikprogramme, die nicht nur für Windows, sondern auch für andere Systeme wie macOS oder Linux verfügbar ist. Im Vergleich zu DirectX gibt es nur wenige aktuelle Titel, die OpenGL nutzen. Eine Liste mit unterstützen Titeln gibt es hier. Wenn man kein Windows besitzt, ist es jedoch die einzige Möglichkeit, in den Genuss eines Spiels zu kommen.
  • Vulkan ist ebenfalls eine plattformunabhängige API, die hardwarenäher und damit leistungsfähiger als OpenGL sein soll. Das Spieleangebot ist noch sehr überschaubar.

Anschlüsse

  • HDMI ist die Standard-Schnittstelle für alle Geräte aus dem Bereich der Unterhaltungselektronik. Wenn man Fernseher oder Beamer an den PC anschließen will, muss man darauf achten, dass die Grafikkarte einen entsprechenden Ausgang hat. Über Adapter können problemlos DVI-und DisplayPort-Geräte betrieben werden. Die Kabellänge darf bis 15 m betragen. Für Film- und Spiele-Enthusiasten wichtig: HDMI 2.0 unterstützt Auflösungen bis zu 3840 x 2160 Pixel (Ultra-HD/4K) bei 60 Hz Bildwiederholungsrate, Version 2.0a zusätzlich HDR10 (High Dynamic Range 10 Bit).
  • DisplayPort (DP) gehört mittlerweile zur Standardausstattung. Praktisch: Wenn man mehr als 2 Bildschirme gleichzeitig verwenden möchte, kann man sie auch hintereinander an einen einzigen DisplayPort anschließen. Einzige Voraussetzung ist, dass die Bildschirme zwischen dem ersten und letzten Gerät jeweils eine DisplayPort-Out-Buchse besitzen. Es gibt Adapter für HDMI- und  DVI- Geräte. Die maximale Kabellänge beträgt 10 m. Wenn man AMD FreeSync nutzen möchte, sollte man darauf achten, dass die Grafikkarte einen DP-1.2a-Anschluss hat.
  • USB Typ C: Einige neuere Grafikkarten verfügen auch über eine USB-Typ-C-Buchse, die in Zukunft als einheitliche Schnittstelle (Virtual Link) für VR-Brillen dienen soll. Diese benötigen aktuell neben einem HDMI-1.3-Anschluss noch zusätzlich einen USB-Anschluss.

Optionale Technologien

  • HDR steht für engl. „High Dynamic Range“ (Hoher Dynamikumfang) und verbessert die Darstellung von Bildern mit extremen Helligkeitsunterschieden. Es gibt derzeit zwei konkurrierende Standards: HDR10 und Dolby Vision. Sie erhöhen den Wertebereich des RGB-Modells von 8 Bit/Farbe auf 10 bzw. 14 Bit (Dolby Vision), um so die Wiedergabe sehr heller und dunkler Farbtöne zu verbessern. Aktuelle AMD-Grafikprozessoren unterstützen beide Standards, NVidia nur das gängigere HDR10. Da es noch sehr wenige Fernseher mit HDMI-2.0a-Anschluss gibt, kann man darauf auch verzichten. (Quelle)
  • AMD FreeSync und NVidia G-Sync sind Verfahren zur Sychronisation des Bildaufbaus von Grafikkarte und Bildschirm. Vor allem bei schnelleren Grafikkarten kommt es häufiger vor, dass der Grafikprozessor bereits das nächste Bild liefert, obwohl der Bildschirm mit dem Aufbau des aktuellen Bildes noch nicht fertig ist. Dadurch entstehen machmal Halbbilder, die nicht mehr zusammenpassen. Dieser Effekt wird als Tearing bezeichnet. Bei aktiviertem Free- bzw. G-Sync wird die Bildwiederholungsrate (Bilder pro Sekunde, gemessen in Hz) des Monitors immer automatisch an die aktuelle Bildrate der Grafikkarte angepasst. Das hat vor allem bei Spielen den positiven Effekt, dass zum einen Bewegungen gleichmäßiger und flüssiger dargestellt werden, und zum anderen die Verzögerung bei der Steuerung verringert wird. Nachteil: Man benötigt auch einen Bildschirm, der das entsprechende Verfahren unterstützt. (Quelle)
  • AMD Multi-GPU/NVidia SLI: Um die Bildrate (Bilder pro Sekunde) zu erhöhen, können zwei Grafikkarten miteinander verbunden werden. Dabei berechnet Karte 1 die geraden Bilder und Karte 2 die ungeraden Bilder. Da man zwei Karten mit demselben Grafikchip benötigt, ist eine solche Konfiguration sehr kostspielig und wirklich nur für Enthusiasten gedacht.
  • Spielen mit VR-Brille (Virtual Reality): Beim Spielen mit VR-Brille wird das Bild auf leicht gekrümmte Linsen projiziert, um so dem Träger das Gefühl zu geben, sich mitten im Geschehen zu befinden. VR-Spiele kommen dank leistungsfähiger Grafikprozessoren immer mehr in Mode, obwohl die unterstützen Brillen Oculus Rift und HTC Vive, auch als „Head Mounted Display“ bezeichnet, noch sehr teuer sind. Das Spiel muss nicht nur VR -fähig sein, sondern muss auch die Steuergeräte (Controller) unterstützen. Außerdem muss die Grafikkarte so schnell sein, dass sie bei einer Auflösung von 2160 x 1200 Punkten mindestens 90 Bilder pro Sekunde liefern kann. (Quelle)

Weitere Merkmale

Belegte Slots / Länge

Wenn man einen neuen PC selbst konfigurieren oder ein bestehendes System aufrüsten möchte, sollte man besonders bei kompakten Gehäusen (z.B. Mini-ITX) auf die Länge der Karte und die Anzahl der belegten Steckplätze (engl. slots) achten. Im Gegensatz zu anderen Steckkarten benötigen moderne Grafikkarten ein eigenes Kühlsystem. Sie belegen deshalb mindestens 2 Steckplätze auf der Hauptplatine, sehr leistungsfähige Modelle 2,5 oder sogar 3. Einige Mini-ITX-Gehäuse unterstützen allerdings nur 2-Slot-Designs.

Ein weiterer Faktor, der die Auswahl der möglichen Karten einschränkt, ist deren Länge. Sie reicht von 16 cm bei Einsteigermodellen bis hin zu mehr als 30 cm bei einigen Oberklasse-Modellen. Ein Großteil der angebotenen Kompaktgehäuse bietet Platz für Platinen mit einer Länge von bis zu 32 cm. Es gibt aber auch Ausnahmen. Bevor man zu einem besonders leistungsstarken Top-Modell greift, sollte man deshalb vorher besser im Datenblatt des Gehäuses nachsehen oder selbst messen.

Maximale Leistungsaufnahme

Ein weiteres, besonders bei Grafikkarten zu beachtendes Merkmal ist die benötigte elektrische Leistung in Watt. Sie sind die Komponente mit dem größten Stromverbrauch. Die von der PCI-Express-Schnittstelle (PCI Express for Graphics) zur Verfügung gestellte Leistungsaufnahme von 75 W reicht für den Betrieb moderner Grafikkarten nicht aus. Deshalb verfügen diese über zusätzliche Stromanschlüsse mit einer Leistung von bis zu 300 W (2x 8-Pin-Stecker), so dass sich in der Summe eine Maximalleistung von 375 W ergibt. Man sollte darauf achten, dass das Netzteil des Rechners die entsprechende Leistung liefern kann. Je nach Leistungsklasse sollte man allein für die Grafikkarte zwischen 300 und 500 W einplanen.
Die maximale Leistung ist übrigens nicht zu verwechseln mit dem TDP (Thermal Design Power), der die reine Verlustleistung der Karte angibt und als Richtwert bei der Dimensionierung des Kühlsystems dient. Die tatsächliche Leistungsaufnahme ist meist sehr viel höher.

Ausführung des Kühlsystems

 Je nach Hersteller gibt es unterschiedliche Ausführungen des Kühlsystems:

  • Radiallüfter: Ein Radiallüfter, auch Blower- oder DHE-Lüfter (DHE steht für Direct Heat Exhaust, auf deutsch „direkte Wärmeabführung“) befördert einen Großteil der Wärme direkt über die Lüftungsschlitze auf der Rückseite der Karte nach außen. Gut geeignet für kompakte PCs mit zu wenig Platz für eine ausreichende Gehäusedurchlüftung. Da ein einzelner Lüfter für die entsprechende Kühlleistung eine höhere Drehzahl benötigt, ist diese Art der Kühlung oft relativ laut. Sie wird in der Regel bei Referenzmodellen eingesetzt.
  • 2 Axiallüfter, horizontale Kühllamellen: Ein Teil der Wärme wird direkt nach außen transportiert, der andere Teil durch die horizontalen Lamellen im Gehäuse verwirbelt. Deutlich leiser als DHE-Lüfter, auch aufgrund des größeren Rotor-Durchmessers. Problematisch ist allerdings die verstärkte Wärmeentwicklung im Inneren des PCs, die sich bei schlechter Gehäusedurchlüftung auf andere Komponenten wie CPU, Arbeitsspeicher oder SSD negativ auswirken kann.
  • 3 Axiallüfter, vertikale Kühllamellen: Die gesamte Wärme wird im Gehäuse verwirbelt und die abgekühlte Luft erneut angesaugt. Sehr effizientes Kühlkonzept, setzt aber eine gute Durchlüftung des Gehäuses voraus. Häufigste Lösung bei herstellerspezifischen Modellen.
  • Vakuum-Dampf-Kammer (Vapor Chamber): Eine Vakuum-Dampf-Kammer ist im Grunde ein flaches Wärmerohr (heat pipe), das direkt über dem Grafikchip angeordnet und mit einer Flüssigkeit (z.B. Wasser oder Ammoniak) gefüllt ist. Im heißen Bereich, dem Verdampfer, geht diese in den gasförmigen Zustand über. Der heiße Dampf strömt dann in den kalten Bereich, den Kondensator, wo er abkühlt und dabei wieder den flüssigen Zustand erreicht. Anschließend wird der flüssige Anteil durch die Kapillarkräfte wieder in den Verdampfer zurück transportiert. Ein zusätzlicher Lüfter steuert den Wärmetransport. Eine leise und effiziente Lösung, die aber viel Platz benötigt. Der einzige Grafikkartenhersteller, der auf diese Art der Kühlung zurückgreift, ist Sapphire mit der Vapor-X-Serie.

Integrierte Grafikeinheit

Einige PC-Prozessoren von Intel und AMD besitzen einen eigenen Grafikprozessor. Wenn Sie Ihren PC nur im Büro einsetzen und kein zusätzliches Geld für eine separate Grafikkarte ausgeben möchten, reicht dieser völlig aus. Auch die ruckelfreie Wiedergabe von UltraHD-Videos (3.840 x 2.160) ist problemlos möglich. Bei der Verwendung einer integrierten GPU ist allerdings zu beachten, dass diese einen Teil des Arbeitsspeichers als Grafikspeicher beansprucht.

Für Spiele ist die Leistung der integrierten Grafik einer Desktop-CPU völlig unzureichend. Selbst die schnellste Grafikeinheit erreicht gerade einmal ein Viertel der Leistung einer aktuellen Mittelklasse-Grafikkarte.  ist Die Vega-Grafikeinheiten sieht es etwas besser aus: Die Leistung liegt im Bereich einer mittlerweile zehn Jahre alten Nvidia Geforce GTX 660 Ti und reicht immerhin für Spiele mit geringen grafischen Anforderungen wie Fortnite oder CS:GO. Eine nützliche Funktion der integrierten Intel-Grafik ist QuickSync, welche die Umwandlung von Videodateien beschleunigt.

Intel

Ab den Core-i-Prozessoren der 9. Generation besitzen alle Modelle ohne F-Suffix eine integrierte Grafikeinheit.

GrafikeinheitCPU-ModelleMax. Taktfrequenz (MHz)Recheneinheiten (EUs)Leistung (Vergleich: Nvidia Geforce RTX 3050)*
Intel UHD-Grafik 770Intel Core i9-12900(K/KS), i7-12700(K), i5-12600(K), i5-12500, 1.55032936 (14,5%)
Intel UHD-Grafik 750Intel Core i9-11900(K), i7-11700(K), i5-11600(K), i5-115001.30032762 (12%)
Intel UHD-Grafik 730Intel Core i5-12400, i3-12300, i3-121001.45024746 (11,6%)

AMD

GrafikeinheitCPU-ModelleMax. Taktfrequenz (MHz)Recheneinheiten (Shader)Leistung (Vergleich: Nvidia Geforce RTX 3050)*
Radeon Vega 7Ryzen 5 4600G/5600G1.9007 (448)1415 (21,9%)
Radeon Vega 8Ryzen 7 5700G2.0008 (512)1621 (25,1%)

*3DMark Time Spy Durchschnittswert

Aktuelle Empfehlungen

PreisModell(e)maximale AuflösungRaytracingLeistung*
300 - 499 €Nvidia Geforce RTX 3050
Nvidia Geforce RTX 2060 12GB
AMD Radeon RX 6600
1920x1080 (FullHD)6447
8095
9464
500 - 699 €Nvidia Geforce RTX 3060 Ti
AMD Radeon RX 6700 XT
2560x1440 (WQHD)11013
11865
700 - 1000 €-3840x2160 (UHD)-
über 1000 €Nvidia Geforce RTX 3080
Radeon RX 6800 XT
3840x2160 (UHD)16009
16837