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Technische Begriffe und Erklärungen

DirectX

DirectX ist eine Sammlung von Schnittstellen (APIs) zur Programmierung von Multimedia-Anwendungen für die Windows-Plattform. Version 1.0 wurde bereits 1995 von Microsoft für das damals frisch erschienene Windows 95 veröffentlicht, um Entwicklern das Programmieren von Spielen für Windows zu erleichtern. Im Sommer 2015 erschien mit DirectX 12 die momentan aktuellste Version. DirectX 12 funktioniert nur mit Microsofts neuem Betriebssystem Windows 10.

Herstellungsverfahren

Das Herstellungsverfahren einer Grafikkarte ist entscheidend dafür, wie viele Transistoren auf einen Chip passen und damit letztendlich auch, wie leistungsstark dieser ist. Im Rahmen der technischen Entwicklung ist es deshalb das Ziel der Grafikkarten-Hersteller, die Strukturen auf ihren Chips möglichst immer weiter zu verkleinern, um so die Anzahl der Schaltkreise (Transistoren) je Flächeneinheit immer weiter erhöhen zu können.

IGPU

IGPU steht für Integrated Graphics Processing Unit, was mit integrierte Grafikeinheit ins Deutsche übersetzt wird. Früher waren GPU (Grafik-Einheit) und CPU (Prozessor) zwei separate Komponenten eines Computers. Der Computer besaß also einen klassischen Prozessor und der Grafikchip befand sich meistens auf einer zusätzlichen Grafikkarte. Die Fortschritte bei der Strukturbreite der Chips haben es heute möglich gemacht, beide Einheiten zu einer einzigen zu kombinieren. Dies ist mit einigen Vorteilen (z.B. Herstellungskosten, Stromverbrauch, Platzbedarf) aber auch Nachteilen (z.B. Listungsfähigkeit) verbunden. Viele moderne Prozessoren besitzen heute eine integrierte Grafikeinheit, so dass eine (meist deutlich leistungsfähigere) separate Grafikkarte nur noch für bestimmte Anwendungen und Nutzungsszenarien notwendig wird.

Maximale Temperatur

Wenn Grafikkarten ausgelastet werden, nehmen sie mehr Strom auf und erzeugen folglich auch mehr Abwärme. Damit kein technischer Defekt aufgrund von Überhitzung auftritt, muss eine Grafikkarte also stets gut gekühlt werden. Die Grafikkarten-Hersteller geben für ihre unterschiedlichen Grafikkarten jeweils an, welche Temperaturen diese vertragen ohne dadurch Schaden zu nehmen. In modernen Grafikkarten sind zudem diverse Sensoren integriert, die ihre Temperatur ständig überwachen und bei Bedarf Gegenmaßnahmen einleiten (zum Beispiel Herabsetzen der Taktfrequenz oder sogar automatisches Abschalten), um eine Überhitzung zu vermeiden.

OpenCL

Die Open Computing Language (OpenCL) ist eine offene Programmier-Schnittstelle für allgemeine Berechnungen auf technologisch unterschiedlichen (heterogenen) Systemen. OpenCL wurde ursprünglich von Apple entwickelt, um die Rechenleistung der Grafikchips von Grafikkarten auch für Nicht-Grafik-Anwendungen verfügbar zu machen und deren Ausführung dadurch zu beschleunigen. Version 1.0 von OpenCL erschien bereits am 28.08.2009 und wurde im November 2013 durch OpenCL 2.0 abgelöst. Momentan ist OpenCL 2.2 die aktuellste Version.

OpenGL

Die Open Graphics Library (OpenGL) ist eine Spezifikation einer plattformunabhängigen Schnittstelle (API) für die Programmierung von 2D- und 3D-Grafikanwendungen. Version 1.0 des Standards wurde ursprünglich bereits 1992 veröffentlicht. Alle Weiterentwicklungen werden seitdem von einem Ausschuss, der aus verschiedenen Firmen wie Apple, AMD, Intel, IBM oder Nvidia besteht, überwacht. Im Jahr 2014 ist mit OpenGL 4.5 die offiziell aktuellste Version erschienen.

Performance-Score

Der Performance-Score ist eine von Techsavvy.de entwickelte Kennzahl, um die Leistungsfähigkeit von Grafikkarten verschiedener Hersteller und verschiedener Hardware-Generationen vergleichbar zu machen. Der Performance-Score wird von uns berechnet und die maximal erzielbare Punktzahl (= aktuell beste Grafikkarte) beträgt stets 100 Punkte.

Pixel-Füllrate

Die Pixel-Füllrate einer Grafikkarte gibt an, wie viele Pixel sie pro Zeiteinheit berechnen und in den Grafikspeicher schreiben kann. Die Pixel-Füllrate ist von der Anzahl der ROPs und der Geschwindigkeit, mit der diese arbeiten, abhängig und wird in MPixel/s oder GPixel/s angegeben.

Pixel-Füllrate = Anzahl ROPs x Taktfrequenz

ROPs

ROP steht für Render Output Unit bzw. Raster Operations Pipeline. Die ROPs sind Bestandteil moderner Grafikkarten und verarbeiten die berechneten Daten aus dem Grafikspeicher der Grafikkarte und erzeugen am Ende daraus das fertige Bild, das dann an den Bildschirm geschickt wird.

Schnittstelle

Eine Grafikkarte ist über eine Datenleitung mit dem Mainboard des Computers verbunden. Diese Schnittstelle ist verantwortlich für den Datenaustausch zwischen dem Peripherie-Gerät Grafikkarte und dem Rest der Hardware eines Computers. Heute hat sich PCI-Express als Schnittstellen-Standard für Grafikkarten etabliert. Aktuell ist PCI-Express 3.0 die neueste Version dieses Standards zur Datenübertragung und ermöglicht Transferraten von bis zu 8 Gigatransfers/s (GT/s).

Shader-Einheiten

Um Grafiken, z.B. in Computer-Spielen, realistischer wirken zu lassen, wird mit 3D-Modellen und speziellen Effekten gearbeitet. Die Berechnung dieser 3D-Modelle bzw. Effekte ist sehr aufwändig und komplex, weshalb der Grafikchip bei modernen Grafikkarten bestimmte Hardware-Komponenten besitzt, die dafür da sind, die entsprechenden Berechnungen zu übernehmen. Diese als Shader bezeichneten Recheneinheiten sind extra für diese Aufgaben optimiert und sind deshalb entscheidend für die 3D-Leistung von Grafikkarten.

Shader-Leistung

Die Shader-Leistung einer Grafikkarte ist eine Kennzahl, die Leistungsfähigkeit ihrer Shader-Einheiten bewertet. Die Shader-Leistung ist von der Anzahl der Shader-Einheiten und der Geschwindigkeit, mit der diese arbeiten, abhängig und wird in GFLOPS (Giga Floating Point Operations Per Second) angegeben.

Shader-Model

Die Shader-Einheiten einer Grafikkarte sind zum Rendern der Grafikeffekte moderner Spiele nicht mehr wegzudenken. Im Laufe der Zeit haben sich die Fähigkeiten der Shader-Einheiten und wie man sie anhand der Programmier-Schnittstelle DirectX nutzen kann (= Shader-Model), immer weiter verändert. Pixel- und Vertex-Shader wurden mit Shader-Model 1.0 etabliert. Zusätzliche Geometrie-Shader kamen mit Shader-Model 4.0 hinzu. Momentan ist Shader-Model 5.0 aktuell, das zusätzlich noch Domain- und Hull-Shader eingeführt hat.

Speicher-Interface

Der Grafikspeicher und der Grafikchip einer Grafikkarte sind über ein Speicher-Interface miteinander verbunden. Die Breite dieses Speicher-Interfaces ist (neben dem Speichertakt) mitendscheidend fü den Datendurchsatz, der über diese Verbindung erzielt werden kann.

Speicherbandbreite

Die Speicherbandbreite gibt an, welche Datenmenge je Zeiteinheit zwischen Grafikprozessor und Grafikspeicher transferiert werden kann. Wie hoch die Datenmenge ist, ist von der eingesetzten Speichertechnologie, der Taktfrequenz des Speichers und der Breite des Speicher-Interfaces abhängig.

Speichertakt

Der Speichertakt einer Grafikkarte gibt an, wie schnell die Schaltkreise des Grafikspeichers arbeiten. Die Höhe des Speichertakts ist u.a. vom verwendeten Speichertyp abhängig.

Speichertyp

Grafikkarten besitzen einen Grafikspeicher zum Vorhalten der Daten, die vom Grafikchip berechnet werden. Inzwischen gibt es eine Vielzahl an verschiedenen Speichertypen, die auf Grafikkarten zum Einsatz kommen. Üblich sind heute spezielle Speichertypen für Grafikchips wie GDDR5 oder altbewährter DDR3-Speicher.

Taktfrequenz

Die Taktfrequenz einer Grafikkarte gibt an, wie schnell die Schaltkreise ihres Grafikchips arbeiten. Man unterscheidet bei der Taktfrequenz zwischen Basis-Taktfrequenz und Boost-Taktfrequenz.

Basis-Taktfrequenz

Die Basis-Taktfrequenz stellt sozusagen die Standard-Geschwindigkeit eines Grafikchips dar, mit der dieser auch unter Last arbeiten kann. Durch spezielle Stromsparmechanismen können manche Grafikkarten ihre Basis-Taktfrequenz bei geringer Auslastung eventuell noch weiter absenken, wodurch sie deutlich weniger Strom benötigen.

Boost-Taktfrequenz

Grafikchips, die mit einem sogenannten Turbo-Modus (Boost-Modus) ausgestattet sind, können ihre Basis-Taktfrequenz bei Bedarf noch etwas erhöhen, um so das letzte Quäntchen Leistung herauszukitzeln. Die so erzeugte Leistungssteigerung geht allerdings zu Lasten des Stromverbrauchs. Zudem erhöht sich normalerweise auch die Lautstärke der Grafikkarte, da im Turbo-Modus eine höhere Kühlleistung erforderlich wird.

TDP

TDP steht für Thermal Design Power und gibt die maximal benötigte Kühlleistung einer Grafikkarte an. Da der von der Grafikkarte aufgenommene elektrische Strom zu einem Großteil in Wärme umgewandelt wird, kann man anhand des TDP-Werts näherungsweise auf den maximalen Stromverbrauch einer Grafikkarte schließen. Ein niedriger TDP bedeutet üblicherweise einen niedrigen Stromverbrauch unter Last.

Textur-Füllrate

Die Textur-Füllrate einer Grafikkarte gibt an, wie viele Texturen sie pro Zeiteinheit berechnen und in den Grafikspeicher schreiben kann. Die Textur-Füllrate ist von der Anzahl der TMUs und der Geschwindigkeit, mit der diese arbeiten, abhängig und wird in MTexel/s oder GTexel/s angegeben.

Textur-Füllrate = Anazhl TMUs x Taktfrequenz

TMUs

TMU steht für Texture Mapping Unit. Die TMUs sind Bestandteil von modernen Grafikkarten und sind für das sogenannte Texture Mapping, also das Abbilden von 2D-Bildern auf den Oberflächen von 3D-Objekten (= Texturen), verantwortlich. Moderne Grafikkarten besitzen gleich mehrere TMUs, um so die Gesamtleistung in diesem Bereich zu steigern.

Vulkan

Bei Vulkan handelt es sich um eine quelloffene Schnittstelle (API) für die plattformunabhängige Programmierung von 2D- und 3D-Grafikanwendungen, die von der Khronos Group, einem Konsortium aus verschiedenen IT-Firmen (u.a. Apple, AMD, Intel, Google oder Nvidia), entwickelt. Vulkan stellt eine konzeptuelle Überarbeitung von OpenGL dar und wurde ursprünglich als Next Generation OpenGL (glNext) bezeichnet. Ziel des Projekts ist es, eine Schnittstelle zu schaffen, die eine hardwarenähere Grafikprogrammierung erlaubt, so dass die System-Ressourcen effizienter ausgenutzt werden können. Später wurde das Projekt in Vulkan umbenannt. Version 1.0 wurde Anfang 2016 veröffentlicht.

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