Grafikkarte - die flinke Ansichtskarte des Computers

Die Grafikkarte dient im Computer der Bildschirmausgabe am Monitor. Die Anforderungen reichen dabei von monochromer Textwiedergabe für Systemmeldungen bis hin zu schnellen Videosequenzen oder 3D-Spielewelten. Als Bindeglied zwischen CPU und Monitor besitzt jede Grafikkarte dafür eine interne PC-Schnittstelle auf der Hauptplatine und mindestens einen externen Monitoranschluss. Da Grafikkarten eine schnelle Datenbus-Anbindung an CPU und Arbeitsspeicher des Computers benötigen, werden diese als interne PC-Steckkarten oder direkt als Onboard-Variante auf der Hauptplatine ausgeführt. Wesentliche Komponenten einer Grafikkarte sind der Grafikprozessor (GPU) und der Grafikspeicher (Video-RAM). Von diesen Komponenten hängt die Leistungsfähigkeit der Grafikkarte entscheidend ab. Einfache textbasierte PC-Systemausgaben kann jede Grafikkarte ohne Zusatzsoftware zuverlässig darstellen. Für die Grafik- und Videoausgabe wird jedoch ein spezifischer Treiber benötigt, der dem Betriebssystem eine Softwareschnittstelle (Grafik-API) zur Verfügung gestellt. Durch die Funktionen dieser Softwareschnittstelle wird eine effiziente Hardwarebeschleunigung für 2D und 3D bereitgestellt, die insbesondere bei professioneller Computergrafik, 3D-Spielen und Multimedia benötigt wird.

Komponenten einer Grafikkarte

Der Grafikprozessor (GPU - Graphic Processing Unit)

Die Aufgabe des Grafikprozessors ist es, den Hauptprozessor des Computers von den aufwändigen Berechnungen der Videodaten zu entlasten. Zudem unterstützt er je nach Leistungsklasse umfangreiche Zusatzfunktionen für 2D- und 3D-Grafik (z.B. Texturen). Leistungsfähige Grafikprozessoren müssen gekühlt werden und sind daher mit Kühlkörper und Lüfter ausgestattet.

Der Grafikspeicher

Im Grafikspeicher werden die Bilddaten und Berechnungswerte des Grafikprozessors zwischengespeichert. Er muss jederzeit verfügbar sein und schnelle Lese- und Schreibzugriffe ermöglichen. Einfache Grafikkarten (meist Onboard-Varianten) nutzen den Arbeitsspeicher des Computers mit, höherwertige Grafikkarten sind mit sehr schnellen eigenen Speicherbausteinen mit einer Kapazität von mehreren hundert Megabyte ausgestattet. Von der Speicherkapazität der Grafikkarte hängt die mögliche Bildwiederholrate und Farbtiefe der Bildschirmanzeige ab.

PC-Schnittstelle

Für den schnellen Datenaustausch mit dem Hauptprozessor und dem PC-Arbeitsspeicher benötigt die Grafikkarte eine interne PC-Schnittstelle mit hoher Datenrate. Je nach Leistungsklasse kommt dafür der allgemeine PCI-Bus, die auf Grafik ausgerichtete AGP-Schnittstelle oder aktuell PCI-Express mit Datentransferraten von bis zu 4 GB/Sekunde in Frage.

Signalausgänge

Der Signalausgang der Grafikkarte an den Monitor oder LCD- TV erfolgt mit einem für die Verbindung geeignetem Kabel. Je nach Modell der Grafikkarte kann die Übertragung sowie Steuerung der Karte von einer VGA, S-VHS, DVI, HDMI, UDI oder Display Port Schnittstelle ausgehen. Wichtig ist hierbei allerdings, dass die Schnittstellen von Grafikkarte und Monitor zusammenpassen (sowohl von der physischen Steckverbindung als auch von den elektrischen Signalpegeln). Folgende Signalausgänge können je nach Modell und Hersteller vorhanden sein:

VGA (Video Graphic Adapter): Dieser Standard ist der am meisten verwendete Standard für Computermonitore sowie LCD-TV-Geräte überhaupt. Mit dem VGA-Standard lassen sich Auflösungen bis 1024 x 768 Bildpunkten realisieren.

S-VHS: Der S-VHS oder Komponenten-Video Anschluss genannt, zählt mittlerweile als veraltet und wird dementsprechend kaum noch eingesetzt, um Signale zu übertragen.

DVI: DVI-Schnittstellen ermöglichen die Übertragung von analogen und digitalen Video-Signalen an die Grafikkarte. Der Anschluss eines Flachmildmonitors oder hochauflösenden TV-Gerätes über eine DVI-Schnittstelle gilt derweil noch als zukunftsweisend. 

HDMI: HDMI steht für High Definition Multimedia Inferface und überträgt sowohl Bild als auch Tonsignale zu den angeschlossen Endgeräten. Für eine sehr gute Bildwiedergabe mit hoher Auflösung ist die Verwendung eines digitalen Signalweges notwendig. Sind mehrere Signalausgänge an der Grafikkarte vorhanden, können damit auch mehrere Bildschirme angesteuert werden.

UDI: UDI ist ein Standard, der zudem abwertskompatibel zu DVU und HDMI ist. Er ermöglicht eine höhere Übertragungsbandbreite. Der Anschluss erfolgt hierbei mittels Adapters an die benötigten Endgeräte. Der große Vorteil der UDI-Steckverbindung ist die kompakte Bauform, eine hohe Übertragungsrate mit geringer Signal-Interferenz (EMI).

Display Port: Auch dieser Standard überträgt Audio- und Videosignale. Dabei ähnelt der Display Port Stecker einem herkömmlichen USB- Anschluss. Darüber hinaus, verfügt er über eine zusätzliche Verriegelung und ist deutlich stabiler als eine HDMI-Verbindung. Zum Anschluss an Fernseher oder Monitor, reicht dabei ein einfacher passiver Adapter. Die Version 1.1 des DisplayPort Standards konkurriert deshalb direkt mit den Videoschnittstellen DVI und HDMI.

Leistungsklassen von Grafikkarten

Onboard-Lösung für Büro-PC und preiswerte Heim-PC sowie Notebooks

Die Grafik wird bei der Onboard-Lösung im Chipsatz der Hauptplatine integriert. Der einfache Grafikprozessor unterstützt nur wenige oder keine 3D-Hardwarebeschleunigung. Oft wird auf eigenen Grafikspeicher verzichtet und der Hauptspeicher des Rechners mitgenutzt. Dadurch ergibt sich für die Onboard-Lösung allgemein eine geringe Leistungsfähigkeit, aber dafür auch ein besonders niedriger Stromverbrauch. Die Signalausgabe erfolgt analog über VGA oder digital über DVI.

Standard-Grafikkarten mit Grafikspeicher

Diese steckbaren Grafikkarten sind mit einem leistungsfähigen Grafikprozessor und eigenem Grafikspeicher ausgestattet. Bis zu mittleren Auflösungen wird eine hohe Bildwiederholrate und ein scharfes Bild erreicht. Die Ansteuerung von zwei Bildschirmen ist meist möglich, jedoch oft mit einigen Einschränkungen und Qualitätsverlust verbunden. Im beschränkten Umfang werden Hardwarebeschleunigung und Zusatzfunktionen unterstützt.

Spiele-Grafikkarten

Diese speziellen Grafikkarten sind mit einem besonders leistungsfähigen Grafikprozessor ausgestattet, besitzen ab 512 MByte Grafikspeicher und unterstützen insbesondere 3D-Grafikbeschleunigung. Der Prozessor muss gekühlt werden und benötigt daher in der Regel einen Kühler.

Grafikkarten für den professionellen Einsatz

Diese Karten sind auf die Erfordernisse ihres Einsatzzweckes optimiert, zum Beispiel CAD oder Grafik-Design. Sie haben sehr hohe Auflösungen bei hoher Bildwiederholrate, ermöglichen Mehrschirmbetrieb, Hardwarebeschleunigung und Kalibrierungsfunktionen. Diese Grafikkarten unterstützen meist die auf 3D-Grafik ausgerichtete Programmier-Schnittstelle OpenGL.

Hinweise zur Auswahl einer Grafikkarte

Wie so oft gibt es keine eindeutig beste Wahl. Besonders leistungsfähige Grafikkarten haben einen hohen Strombedarf und verursachen Lüftergeräusche, so dass sie in mobilen Systemen und Büroumgebungen wenig sinnvoll sind. In diesen Anwendungsbereichen ist oft die Onboard-Lösung oder eine Zusatzkarte ohne Lüfter ausreichend und die bessere Wahl. Wird mit hohen Auflösungen, Mehrschirmbetrieb, 3D-Grafik oder Videoanwendungen ein hoher Anspruch an die Leistungsfähigkeit gestellt, ist eine optimale Abstimmung von leistungsfähiger Grafikkarte mit dem passenden Monitor und nicht zuletzt einer schnellen internen PC-Schnittstelle notwendig. Bei diesen Anwendungen sollte der Prozessor und Arbeitsspeicher des Rechners durch eine hochwertige Grafikkarte mit ausreichendem Videospeicher von der Signalaufbereitung entlastet werden. Darüber hinaus sichert eine gute Abstimmung zwischen Grafikkarte und Monitor bezüglich Video-Schnittstelle und Anzeige-Modi eine qualitativ hochwertige Bildschirmausgabe.

Weitere Links zum Thema

Mit diesem Thema in Beziehung stehen auch die Suchbegriffe TV Karte, Videoschnittkarte und Soundkarte aus unserer Kategorie PC-Komponenten.