Wissenswertes zu Gaming Grafikkarten

Aussehen ist nicht alles, heißt es so schön. Auf die inneren Werte komme es an. Dabei schließen die beiden Qualitäten einander gar nicht aus, jedenfalls im Gaming. Ganz im Gegenteil, ohne die richtigen inneren Werte in Gigahertz und -byte sehen auch die schönsten Spiele alt aus. Die richtige Gaming-Grafikkarte lässt die Polygone in Bestform über den Bildschirm tanzen, egal ob packendes Fantasy-Epos oder rasanter Multiplayer-Shooter.

Was sind Gaming-Grafikkarten?

Grafikkarten sind Hardware-Komponenten für Computer, durch die grafische Daten verarbeitet werden. Das Erzeugen von Bildern aus Rohdaten wird „Rendering”, übersetzt: Bildsynthese, genannt. Grafikkarten bestehen in gängiger Form aus einer PC-Erweiterungskarte mit einzelnen Bauteilen für unterschiedliche Funktionen, darunter ein Prozessor, ein Arbeitsspeicher, Kühllösungen und Schnittstellen für den Anschluss von Monitoren. Über einen Bus (meist PCI, PCIe oder AGP) werden sie auf das Mainboard des Computers gesteckt und so mit dem System verbunden. Dadurch kann er größere Mengen von Grafikdaten verarbeiten, zum Beispiel bei der Ausgabe von Videos in Full HD.

Da Spiele grafisch noch anspruchsvoller sind als hochauflösende Filme und Serien, bieten Hersteller Grafikkarten an, die speziell für Games optimiert sind. Gaming Grafikkarten verfügen nicht nur über genügend Kapazität zur Bewältigung der großen Datenmengen. Ihre Architektur unterstützt Technologien, durch die Spiele besser dargestellt werden können, zum Beispiel Programmierschnittstellen für Spezifikationen zur Entwicklung von 3D-Animationen.

Was ist die Funktion von Grafikkarten?

Computer müssen einen Teil ihrer Rechenleistung darauf verwenden, Daten grafisch zu interpretieren und für die visuelle Ausgabe über ein Display aufzubereiten. Schließlich müssen die errechneten Informationen in Form von Worten und Bildern verständlich dargestellt werden. Die meisten beziehungsweise wichtigsten Rechenprozesse eines Computers finden normalerweise in der zentralen Recheneinheit, kurz CPU (englisch: „Central Processing Unit”) statt. Sie steuert alle essentiellen Prozesse und Anwendungen, die ein Rechner durchführt. Ein solcher Hauptprozessor besteht heutzutage auch bei Computern abseits des High-End-Segments aus mehreren Rechenkernen, die von der CPU geforderte Arbeit untereinander aufteilen. Je nach Anzahl der vorhandenen Kerne werden Hauptprozessoren unterschiedlich bezeichnet. Im Falle von zwei Kernen ist zum Beispiel von einem Dual-Core-Prozessor die Rede, bei vier Kernen von einem Quad-Core-Prozessor und so weiter. Je mehr Kerne zur Verfügung stehen, desto mehr kann ein Prozessor gegebenenfalls leisten.

Moderne CPUs mit mehreren Kernen können grafisch weniger anspruchsvolle Anwendungen wie Benutzeroberflächen, Textprogramme oder ein Browserfenster daher meist selbst problemlos durchführen. Allerdings priorisiert die CPU Prozesse nach Dringlichkeit und Umsetzbarkeit. Wenn zu viele Berechnungen auf einmal durchgeführt werden, erhalten für das System wichtige Anwendungen Vorrang gegenüber der Berechnung von grafischen Elementen. Das hat zur Folge, dass es zu Einbrüchen bei der Auflösung oder anderen Darstellungsfehlern kommen kann. Bei der Anzeige von Bewegtbildern wie Videos oder Spielen können Ruckler auftreten oder das sogenannte „Tearing” (englisch: „Reißen”), wenn der Aufbau der Einzelbilder einer Abfolge nicht mit der Bildwiederholfrequenz der angeschlossenen Monitore synchronisiert werden. Durch den unerwünschten Effekt werden Frames teilweise zeitgleich angezeigt, wodurch sie zerrissen erscheinen.

Um eine Überlastung der CPU zu vermeiden, wird die Verarbeitung von Grafikdaten in vielen Computern hauptsächlich oder vollständig auf eine Grafikkarte ausgelagert. Diese Art der Auslagerung wird als Hardwarebeschleunigung bezeichnet. Grafikkarten ähneln in Funktionsweise und Aufbau dem Hauptprozessor und anhängenden Komponenten: Vereinfacht ausgedrückt greift ein Prozessor der Grafikkarte, die Graphics Processing Unit (englisch: „Graphics Processing Unit”) oder GPU, auf einen Arbeitsspeicher (VRAM) zu, der Daten und Programme zwischenspeichert, um Anwendungen durchzuführen.

Die Komponenten einer Grafikkarte sind besonders für grafische Informationssätze ausgelegt. Die GPU unterliegt in puncto Leistung zwar in vielen Gesichtspunkten einer CPU auf ähnlichem Niveau. Dadurch ist sie nicht imstande, genauso komplexe Aufgaben zu lösen wie Hauptprozessoren. Grafikdaten sind vergleichsweise simpel zu errechnen. Computerspielgrafik besteht zum Beispiel aus Millionen kleinster geometrischer Formen, sogenannten Polygonen. Die technische Herausforderung besteht in der riesigen Menge der zeitgleich zu bewältigenden einfachen Aufgaben. Graphics Processing Units verfügen daher über weitaus mehr als für Central Processing Unit übliche Rechenkerne. Sie ermöglichen es Grafikkarten, die sehr viel größeren Mengen von einfachen grafischen Daten zu verarbeiten.

Ein spezieller Chip, ein sogenannter Random Access Memory Digital/Analog Converter (RAMDAC), wandelt die von der GPU auf dem Arbeitsspeicher abgelegten, digitalen Daten anschließend in analoge Bildsignale für angeschlossene Monitore um. Über standardmäßige Schnittstellen wie HDMI 2.0 oder DisplayPort 1.4 werden die Signale an die Displays ausgegeben.

Was unterscheidet Gaming-Grafikkarten von anderen Grafikkarten?

Grafikkarten sind zwar bereits spezialisierter als CPUs, indem sie für die Verarbeitung von Grafikdaten ausgelegt sind. Grafikdaten sind aber nicht gleich Grafikdaten. Unterschiedliche Programme sind nötig, um unterschiedliche Inhalte darzustellen, sei es ein HD-Video, ein durch CAD („computer-aided design”, englisch: „rechnerunterstütztes Konstruieren”) entworfenes Flugzeugbauteil oder eben Gaming. Hersteller bieten verschiedene Grafikkarten an, die für den Einsatz in diesen Arbeitsfeldern optimiert sind, zum Beispiel durch entsprechende „Shader” und „APIs”.

„Shader” sind die Programme, mit deren Hilfe die Prozessorkerne der GPU jeweils verschiedene Aspekte des Renderings durchführt. In Gaming Grafikkarten finden sich zum Beispiel Vertex-Shader und Fragment-Shader. Vertex-Shader manipulieren die Eckpunkte der zur Erstellung einer Grafik zusammengesetzten einfachen geometrischen Formen. Durch die Veränderung der Formen erzeugen sie Dynamik und Bewegungen, zum Beispiel Wellenbewegungen von Wasser. Fragment-Shader erzeugen hingegen unter anderem die Farbe und Belichtung eines Teilfragments, um Materialeigenschaften realistisch darzustellen.

API steht für „Application Programming Interface”, zu Deutsch „Programmierschnittstelle”. Programmierschnittstellen sind hinterlegte Programmteile, die von anderen Programmen dafür genutzt werden, auf Datenbanken oder Hardware-Komponenten zuzugreifen. Im übertragenen Sinne geben sie Programmen wie der Engine eines Computerspiels Abkürzungen und Trampelpfade vor, damit sie schneller auf die für sie relevante Komponenten zugreifen können. Unterschiedliche Hersteller bieten unterschiedliche Programmierschnittstellen an, die teilweise ähnliche Funktionen erfüllen.

Besonders wichtig für moderne Games sind Schnittstellen für das Erstellen von 3D-Grafik (in seltenen Fällen auch 2D-Grafik, zum Beispiel für Remakes). Typisch für Windows, das mit Abstand am meisten genutzte Betriebssystem für Gaming-PCs, ist zum Beispiel die Programmierschnittstelle „Direct3D” aus der Sammlung „DirectX”. Mit ihrer Hilfe können Spiel-Engines direkter auf einzelne, zu einem gegebenen Zeitpunkt benötigte Funktionen einer Gaming Grafikkarte zugreifen. Ein Beispiel für eine solche Funktion ist etwa das sogenannte „Z-Buffering”. Bei dem auch „Tiefenpuffer” genannten Verfahren wird ermittelt, welche Objekte einer dreidimensionalen Computergrafik aus der Betrachterperspektive (also der Z-Achse) sichtbar und welche verdeckt sind. Erkennt das Z-Buffering etwa, dass ein Auto in einem Game hinter einem Haus verschwindet, muss keine Leistung darauf verwendet werden, das Auto weiterhin zu animieren. Eine Alternative zu Direct3D und DirectX ist die plattformübergreifende Open-Source-Software OpenGL beziehungsweise ihr Nachfolger Vulkan.

Worauf ist bei dem Kauf einer Gaming Grafikkarte zu beachten?

Aufgrund der mit dem Mainboard vergleichbaren Bauweise gelten für Grafikkarten in vielerlei Hinsicht ähnliche Kaufkriterien wie für einen PC. Wichtiges Qualitätsmerkmal einer Gaming Grafikkarte ist neben der Prozessorkernzahl zum Beispiel die Taktfrequenz der GPU, also wie viele Berechnungen der Prozessor pro Sekunde durchführen kann. Je höher der angegebene Wert in Megahertz (MHz) ist, desto höher fällt die Taktung aus. Dieser Wert ist vom Boost-Takt zu unterscheiden. Durch einen Umweg sind einige moderne Grafikkarten dazu imstande, den Prozessortakt der GPU bei hoher Belastung gegebenenfalls deutlich zu erhöhen, also zu übertakten. Das ist möglich, weil viele ältere Programme nicht für Prozessoren mit mehreren Kernen ausgelegt sind. Sie beanspruchen nur einen Kern, während der Rest in einen Energiesparmodus übergeht. Dadurch kommt es zu einer deutlich geringeren Wärmeentwicklung, die entscheidender Faktor für die Begrenzung der möglichen Taktung ist. Der Prozessor dazu befähigter Grafikkarten kann den Takt des beanspruchten Kerns in dem Fall erhöhen, bis die höchstmögliche Temperatur erreicht ist. Eine GPU mit niedrigerer Basistaktung ist unter Umständen also schneller als eine GPU mit höherer Basistaktung, wenn sie übertakten kann.

Eine andere ausschlaggebende Spezifikation ist der Arbeitsspeicher. Dabei ist zum einen die Kapazität des Speichers zu beachten, also die maximale Datenmenge, die er zu einem bestimmten Zeitpunkt speichern kann. Für aktuelle AAA-Titel sind mindestens 6 GB oder 8 GB RAM empfehlenswert, nach obenhin ist bei High-End-Grafikkarten noch mehr möglich. Zum anderen spielt die Datenübertragungsrate eine große Rolle für die Leistungsfähigkeit eines Arbeitsspeichers. Fast jede Grafikkarte nutzt zur Übertragung der gespeicherten Daten die sogenannte Graphics Double Data Rate, kurz GDDR. Allerdings verfügt nicht jede Grafikkarte über die neueste und leistungsstärkste Version des Verfahrens, GDDR6. Je nach Anforderung ist ein Arbeitsspeicher, der über 6 GB GDDR 6 RAM verfügt, womöglich besser als ein Arbeitsspeicher, der über 8 GB GDDR 5 RAM verfügt.

Zu guter Letzt sind Zahl und Aktualität der Peripherieschnittstellen zu beachten. Viele Gamer zocken mit mindestens zwei, wenn nicht sogar drei oder mehr hochauflösenden Bildschirmen. Um sie mit dem System verbinden zu können, benötigt die Grafikkarte genügend Anschlussmöglichkeiten. Darüber hinaus sollten die Anschlusstypen über eine möglichst hohe Datenrate verfügen, damit Bilder in Full HD oder 4K angezeigt werden können. Hier bieten sich HDMI 2.0 beziehungsweise DisplayPort 1.4 und neuere Versionen an.

Welche Gaming-Grafikkarten gibt es?

Grob ist zwischen internen und externen Grafikkarten zu unterscheiden. Interne Grafikkarten sind klassischerweise innerhalb des Gehäuses eines PCs über eine Schnittstelle wie PCIe 3.0 x16 direkt mit dem Mainboard verbunden. Diese Lösung eignet sich jedoch nicht für jeden Computer. Anders als Gaming-PCs und Desktop-Computer im Allgemeinen verfügen viele Laptops und All-in-One-PCs nicht über den nötigen Platz für eine integrierte Grafikkarte. Ihre Bauweise macht es zudem schwer, weitere Hardware-Komponenten fest darin zu verbauen. Durch externe Gaming Grafikkarten lässt sich ihre Grafikleistung dennoch erhöhen. Solche Grafikkarten werden meist über USB und HDMI oder einen anderen Monitor-Anschluss zwischen Computer und Display geschaltet.

Außerdem werden Grafikkarten häufig anhand ihres Prozessors in zwei Lager aufgeteilt. Die beiden Hersteller NVIDIA und AMD teilen den Markt für GPUs quasi untereinander auf. Es gibt natürlich noch andere Anbieter, aber fast alle gängigen Grafikkarten verfügen einen Chipsatz der Marktführer AMD und NVIDIA. Neben Chips für Dritthersteller bieten die beiden auch selbst eine Reihe von Gaming Grafikkarten in verschieden Preis- und Leistungssegmenten an. Die Sortimente der angebotenen Modelle ändern sich natürlich fortlaufend. Es ist dementsprechend schwer langfristig zu sagen, ob eine AMD- oder NVIDIA-Grafikkarte in einem bestimmten Segment qualitativ die Nase vorne hat, geschweige denn, wessen Grafikkarten grundsätzlich besser sind. Ob sich ein Modell von NVIDIA oder von AMD besser eignet, hängt von oftmals von persönlicher Präferenz und der Kompatibilität mit den vorhandenen Komponenten ab.

Aktuelle AMD-Grafikkarten für Gaming laufen alle unter dem Produktnamen Radeon. Am unteren Ende des Leistungsspektrums finden sich aktuell Modelle beziehungsweise Einsteiger-Grafikkarten mit der Prozessorarchitektur Polaris, zum Beispiel die AMD Radeon RX 550, Radeon RX 560 und Radeon RX 570. Aufgrund ihrer Spezifikationen eignen sie sich eher für Bildschirmauflösungen von 720p oder niedriger und unterstützen anspruchsvollere Technologien wie Virtual Reality nicht. Natürlich sind sie dafür deutlich günstiger als Modelle, die technisch mehr zu bieten haben. Auf der anderen Seite des Spektrums befinden sich High-End-Modelle wie die Radeon VII. Mit der neueren Vega-Architektur, einem Basistakt von 1400 MHZ, 16 GB Arbeitsspeicher und PCIe 3.0 x16 Bus lassen sich Blockbuster flüssig in 4K ausspielen. Kompromisse zwischen High-End und Low-End finden sich bei AMD mit den Modellen Radeon RX 590 oder Radeon RX Vega 56.

Grafikkarten zur Darstellung von PC-Spielen aus dem Hause NVIDIA laufen unter dem Namen GeForce. Die aktuelle Generation von GeForce-Grafikkarten ist wiederum in zwei Kategorien unterteilt, GeForce GTX und GeForce RTX. Die ersten Modelle mit dem Kürzel GTX hat NVIDIA bereits 2014 auf den Markt gebracht. Diese Karten, zum Beispiel die GeForce GTX 1050 oder die GeForce GTX 1070, verfügen über Grafikchips der Nvidia-GeForce-10-Serie nach Pascal-Architektur. Im Laufe der Zeit hat NVIDIA eine etwas aufgestockte Version zu jeder von ihnen veröffentlicht, erkennbar an dem Kürzel „Ti” (bei Drittanbietern auch ”Ti Gaming”) im Modellnamen. Dank erweiterter Spezifikationen wie erhöhtem RAM leisten sie mehr als die ursprünglichen Varianten. Dadurch ermöglichen viele von ihnen trotz ihres verhältnismäßig niedrigen Preises PC-Gaming bei Full-HD-Auflösung. Für ein garantiert flüssiges Spielerlebnis in 1080p ist jedoch NVIDIAs Mittelklasse um die GeForce-16-Serie empfehlenswert. Karten von GeForce GTX, die zu der 16-Serie gehören, sind die ersten Grafikkarten mit Turing-Architektur, dem Nachfolger der Pascal-Prozessoren. Spätere Varianten, beispielsweise die GeForce GTX 1660 Ti, unterstützen sogar eine Bildschirmauflösung von 1440p und Virtual-Reality-Games.

GeForce RTX bezeichnet NVIDIAs aktuelle Spitzenmodelle außerhalb des Premiumsektors (TITAN RTX, TITAN V und TITAN Xp). Die Serie GeForce RTX besteht aus den Modellen GeForce RTX 2060, GeForce RTX 2070 und GeForce RTX 2080. Darüber hinaus sind wie bei den Modellen der Reihe GeForce GTX 16 höherklassige Variationen erhältlich, zum Beispiel die GeForce RTX 2060 SUPER und GeForce RTX 2080 Ti. Alle Modelle des Typs NVIDIA GeForce GTX enthalten Prozessoren mit Turing-Architektur. Der wesentliche Unterschied zur 16er-Serie besteht darin, dass RTX das sogenannte Raytracing unterstützt. Raytracing ist eine einfacher zu implementierende und flexiblere Variante des Z-Bufferings. Grafikkarten, die Raytracing unterstützen, ermöglichen dadurch eine höhere Bildqualität. Außerdem sind GeForce RTX 2080 und Co die ersten Grafikkarten von NVIDIA, die über GDDR6 RAM verfügen.

Unser Praxistipp: Mit Kühlung mehr aus der Gaming-Grafikkarte herausholen

Nicht nur für den Boost-Takt spielt Hitzeentwicklung eine Rolle. Prozessoren, egal ob CPU oder GPU, benötigen bestimmte Umgebungstemperaturen, um optimal zu funktionieren. Wird es zu warm im Gehäuse, kann es schlimmstenfalls zu dauerhaften Schäden kommen. Vorher greifen in der Regel zwar Sicherheitsprotokolle. Aber die führen zu Leistungsdrosselungen oder einer Notausschaltung, egal ob ein Match gerade auf der Kippe steht oder der Highscore in greifbarer Nähe ist. Wer eine leistungsstärkere Gaming-Grafikkarte kauft, sollte sich entsprechend Gedanken über Kühllösungen machen.

FAQ - häufig gestellte Fragen zu Gaming-Grafikkarten

Kann ich eine neue Gaming-Grafikkarte in meinen alten PC einbauen?

Als einzelne PC-Komponente eignen sich Gaming Grafikkarten ideal, um ein älteres System aufzurüsten, ohne gleich in ein neues PC-System investieren zu müssen. Allerdings ist dabei auf die Kompatibilität zu achten. Nicht jede Grafikkarte ist mit jedem PC kompatibel, angefangen mit der Verbindung. Ohne die richtige Schnittstelle lässt sich eine Grafikkarte nicht mit dem Mainboard verbinden. Der am weitesten verbreitete Schnittstellenstandard, um Peripherie wie Grafikkarten mit dem Chipsatz eines Hauptprozessors zu verbinden, ist der sogenannte „Peripheral Component Interconnect Express“, abgekürzt PCI Express, PCIe oder PCI-E. Es gibt allerdings unterschiedliche Versionen, abhängig von der Zahl der Signalspuren zur Datenübertragung. PCIe x16 Stecker verfügen über 16 Lanes mit je zwei Spuren. Um sie mit einem Mainboard zu verbinden, muss dessen Steckplatz ebenfalls über 16 Lanes verfügen. Andersherum sind Slots abwärtskompatibel. Ein PCIe x1 Stecker kann also auf einen x16 Slot gesteckt werden. Darüber hinaus spielen Faktoren wie Größe des Mainboards und eine ausreichende Stromversorgung eine Rolle.

Lässt eine leistungsfähigere Gaming-Grafikkarte jedes Spiel besser aussehen?

Prinzipiell ist es für jedes grafisch anspruchsvolle Spiel förderlich, wenn es auf eine Grafikkarte mit größerem Speicher, mehr Bandbreite und schnellerer GPU zugreifen kann. Der Teufel steckt wie so oft im Detail. Viele Technologien und Programmlösungen, mit denen Hersteller ihre Grafikkarten und -chips bewerben, kommen nur dann zur Geltung, wenn sie durch die Spiele beziehungsweise andere Hardware-Komponenten unterstützt werden. Sowohl NVIDIA als auch AMD haben zum Beispiel Technologien entwickelt, um Tearing zu verhindern. NVIDIAs Lösung heißt „G-Sync“, AMDs Lösung „FreeSync”. Sie funktionieren aber nur mit bestimmten Monitoren, die darauf ausgelegt sind, von beiden oder einer der beiden Technologien Gebrauch zu machen.

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