Verstehen Sie, was GPU ist und was sie auf Ihrem PC tut

Erläuterung der Grafikverarbeitungseinheit

Computergrafiken sind ein wesentlicher Bestandteil jedes modernen Computersystems, selbst bei leichten Laptops. Aber was ist GPU? lass uns verstehen

Wenn Sie über den Kauf eines Gaming-Computers oder Gaming-Notebooks nachdenken, möchten Sie, dass Ihr Gerät die besten Spiele mit maximaler Grafikleistung ausführen kann. Sie wollen die besten Spiele und die besten Auflösungen und alles, was Sie wollen, um das Beste aus Ihrem Spiel herauszuholen. Und dafür braucht man ein gutes Mainboard, einen guten Prozessor und eine gute GPU. GPU steht für Graphic Processing Unit (''Central Processing Unit'') und ist der Teil des PCs, der für die angezeigten Bilder auf dem Bildschirm verantwortlich ist.

Kurzum: Es ist Ihre Grafikkarte!

Wenn Sie Ihren Computer nur für die Grundlagen verwenden – das Surfen im Internet oder die Verwendung von Office-Software und Desktop-Anwendungen – müssen Sie nicht viel mehr über GPU wissen. Es ist der Teil des PCs, der für das, was Sie auf dem Monitor sehen, verantwortlich ist, und das war's. Für die Projektion auf den Bildschirm ist keine Grafikkarte erforderlich.

Was ist GPU?
Minecraft so zu spielen ist nicht für jede GPU

Für Gamer oder alle, die Arbeiten ausführen, die durch eine GPU beschleunigt werden können, z. B. 3D-Rendering, Videocodierung usw., erledigt die GPU jedoch viel mehr Arbeit. Diese Leute müssen viel mehr aus ihrer GPU herausholen. Aber um besser zu verstehen, wie es funktioniert und was es tut, lassen Sie uns einen Pinselstrich über diese Technologie geben, die für moderne Spiele und mit immer fortschrittlicheren Grafiken immer wichtiger wird.

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Was ist GPU?

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Mittelerde: Schatten des Krieges (Bild über Steam)

Wenn wir uns eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU oder Prozessor) als das „logische Denken des Siliziumhirns“ eines Computers vorstellen, dann ist die Grafikverarbeitungseinheit (GPU oder Grafikkarte) seine kreative Seite und hilft, den grafischen Benutzer zu transformieren Benutzeroberflächen in optisch ansprechenden Symbolen und Designs, statt unzähliger schwarzer und weißer Linien, ähnlich dem Matrix-Code.

Während viele CPUs mit einer eingebauten GPU ausgestattet sind, um sicherzustellen, dass Windows auf einem angeschlossenen Bildschirm angezeigt werden kann, gibt es eine Vielzahl grafikintensiverer Aufgaben wie Video-Rendering und computergestütztes Design (CAD), die oft ein dediziertes oder diskrete GPU, meist in Form einer Grafikkarte.

Bei letzterem sind Nvidia und AMD die beiden führenden Hersteller dedizierter Hardware, während Intels eigene Iris Plus- und UHD-integrierte GPUs bei Laptops ohne dedizierte Grafik viel Lichtarbeit einschränken. Auf der mobilen Seite bieten Unternehmen wie Qualcomm und MediaTek leichte GPUs für mobile Geräte, obwohl sie oft in System-on-a-Chip-Designs (SoC) erhältlich sind, bei denen sich die GPU auf demselben Chip wie die CPU und andere wichtige Chipsätze für mobile Komponenten befindet .

Es kann leicht sein, sich eine GPU als etwas vorzustellen, an dem nur Leute interessiert sind, die sich für PC-Gamer-Spiele interessieren oder mit schweren Videos arbeiten, aber eine GPU bietet viel mehr als nur schöne Grafiken.

Komponenten einer Grafikkarte

Hier sind die wichtigsten Komponenten einer Grafikkarte.

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GPU (Grafikprozessor)

Die Grafikprozessoreinheit oder allgemein als GPU bekannt ist das Herz der Grafikkarte. Es ist die Hauptkomponente der Grafikkarte, in der die gesamte Grafikverarbeitung stattfindet. Im Gegensatz zu einer CPU mit nur 2 bis 16 Kernen besteht ein GPU-Prozessor aus Hunderten oder Tausenden kleiner Kerne oder Einheiten, die parallel arbeiten, um komplexe Grafikoperationen auszuführen. 

Speicher

Im Speicher werden alle komplexen Texturen und andere grafische Informationen gespeichert. Die GPU holt Texturen aus dem Speicher, verarbeitet sie, sendet sie zurück an den RAM und sendet sie dann an RAMDAC und dann an den LCD-Bildschirm oder Monitor. RAMDAC ist ein Digital-Analog-Random-Access-Memory-Konverter, der das Bild in ein analoges Signal umwandelt und es über ein Videokabel an Ihren Monitor oder LCD-Bildschirm sendet.

Interne Schnittstelle

Die interne Schnittstelle ist diejenige, über die Ihre Grafikkarte mit dem Motherboard verbunden ist. Ältere Grafikkarten verwenden die AGP-Schnittstelle (Accelerated Graphics Port) zum Anschluss an das Motherboard, aber jetzt wurde sie durch eine viel schnellere und effizientere PCI Express 2.0 x16-Schnittstelle ersetzt. Das Motherboard muss auch über den PCI Express x16 Slot verfügen, sonst können Sie die Karte nicht verwenden. Einige Motherboards verfügen über zwei nebeneinander liegende PCI-Express-x16-Steckplätze, sodass Sie im SLI- oder Crossfire-Modus angeschlossene Grafikkarten verwenden können, um die Leistung zu steigern.

Kühlkörper und Lüfter

Kühlkörper und Lüfter bilden den Kühlteil der Grafikkarte, der verwendet wird, um die Temperatur von GPU und RAM (bei einigen Karten) zu senken. Der Kühlkörper ist ein passives Kühlgerät aus Kupfer oder Aluminium und dient hauptsächlich dazu, die Wärme der GPU aufzunehmen und an die Umgebung abzugeben. Ein Lüfter ist ein aktives Kühlgerät, das Luft über den Kühlkörper bläst, damit der Kühlkörper schneller abkühlt, damit er die Wärme schnell von den Komponenten abführen kann.

DVI-/HDMI-/VGA-Anschlüsse

Sie bilden die externe Schnittstelle der Grafikkarte. Sie dienen dazu, Ihren Monitor oder LCD-Bildschirm über ein entsprechendes Kabel mit Ihrer Grafikkarte zu verbinden. Low-End-Grafikkarten verfügen nur über VGA- und DVI-Anschlüsse (Digital Video Interface), während High-End-Grafikkarten über DVI und HDMI (High-Definition Multimedia Interface) verfügen. Sowohl DVI als auch HDMI sind digitale Schnittstellen, aber bei HDMI kann das Audio- oder Tonsignal darüber übertragen werden.

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Was macht eine GPU?

Der einfachste Weg, um zu verstehen, was eine GPU ist und was eine GPU tut, besteht darin, über Videospiele zu sprechen. In einem Spiel sehen wir vielleicht ein computergeneriertes Bild einer Person, einer Landschaft oder ein unverständlich detailliertes Modell eines 3D-Objekts. Was auch immer wir sehen, es ist alles der Grafikprozessoreinheit zu verdanken.

Videospiele sind komplexe Geräte, die viele parallele mathematische Berechnungen erfordern, um Bilder auf dem Bildschirm anzuzeigen. Eine GPU wurde entwickelt, um grafische Informationen zu verarbeiten, einschließlich der Geometrie, Farbe, Schattierung und Texturen eines Bildes. Sein RAM-Speicher ist auch darauf spezialisiert, eine große Menge an Informationen zu verarbeiten, die die GPU erreichen, und Videodaten, die als Framebuffer bekannt sind, gehen auf Ihren Bildschirm.

Die GPU erhält alle Anweisungen zum Zeichnen von Bildern auf dem CPU-Bildschirm und führt sie dann aus. Dieser Prozess, der von Anweisungen bis zum fertigen Bild führt, wird als Rendering- oder Grafikpipeline bezeichnet. Die Grundeinheit, um mit der Erstellung von 3D-Grafiken zu beginnen, ist das Polygon. Genauer gesagt Dreiecke. Fast alles, was Sie in einem typischen Videospiel sehen, beginnt als riesige Ansammlung von Dreiecken. Es können auch andere Formen verwendet werden, aber die überwiegende Mehrheit sind Dreiecke.

Diese Grundformen werden neben anderen Linien und Punkten als „primitiv“ bezeichnet. Sie sind so gebaut, dass sie erkennbare Objekte wie einen Tisch, einen Baum oder einen Zauberer mit einem Stab darstellen. Je mehr Polygone Sie für ein Objekt verwenden, desto detaillierter können Ihre fertigen Bilder werden. Ein Beispiel für Figuren mit wenigen Polygonen finden Sie im obigen Clip.

Jedes Objekt hat seinen eigenen Satz von Koordinaten, die in einer Szene definiert werden müssen. Wenn ein Mensch zum Beispiel ein Esszimmer zeichnet, würden wir unser eigenes „Urteil“ darüber verwenden, wo Tisch und Stühle sein sollten oder wie nah diese Gegenstände an der Wand sein sollten. Unser Verstand, unser kreativer Teil oder unsere „GPU“ haben all dies definiert und durch die Verarbeitungskapazität unserer „Hardware“, in diesem Fall unserer Mutter und eines Bleistifts, auf Papier oder „Bildschirm“ geschickt.

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Ein Computer kann diese „Urteile“ (noch) nicht alleine machen und braucht die richtigen Koordinaten, um die Tische und Stühle an die richtigen Stellen zu stellen. Sobald die Szene eingestellt ist, beginnt die GPU, die Perspektive basierend darauf herauszufinden, wo die „Kamera“ auf die Szene schaut. Eine Straßenschlacht sieht zum Beispiel ganz anders aus, wenn Ihr Charakter auf einem geparkten Bus steht und das Chaos betrachtet, anstatt verstohlene Blicke zu stehlen, während er hinter einem umgestürzten Taxi kauert. Auch hier ist eine Menge Mathematik im Gange, um die Blickwinkel herauszufinden.

Nach etwas mehr Verfeinerung erhalten die Bilder die Texturen, Schatten, Farben und Schatten, die alles zum Leben erwecken. All diese Grafikverarbeitung erfolgt mit ultrahohen Geschwindigkeiten und erfordert umfangreiche Berechnungen, weshalb in erster Linie eine separate Verarbeitungseinheit erforderlich ist. Wenn bei diesem Vorgang beispielsweise in Videospielen etwas schief geht, sieht man plötzlich ein Objekt in der Luft.

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Okay, es ist eine Welt voller Magie, aber ich denke, dieses Mammut sollte nicht dort sein

Die GPU ist speziell für diese Grafikverarbeitung gebaut, die viele parallele mathematische Berechnungen erfordert, die diese „Verpflichtung“ von der CPU nehmen und mehr Dinge gleichzeitig passieren lassen. Während die CPU viele andere Dinge berechnet, neue und andere Aufgaben auf dem Computer erledigt, kümmert sich die GPU speziell um den Grafikteil von Spielen und die Verarbeitung von 3D-Objekten und Videos.

Für die Grafik könnte man sich technisch auf eine CPU verlassen, aber das wäre nicht effizient und das Endergebnis wäre optisch nie so beeindruckend. Die CPU hat einfach nicht die Ressourcen, um die meisten Spiele alleine zu bewältigen und führt bereits ihr Betriebssystem, andere Programme und Prozesse im Hintergrund aus. Es hilft auch, das Spiel mit physikalischen Berechnungen, KI-Operationen und anderen Aufgaben auszuführen.

(Dieser stärkere Fokus auf Berechnungen und Paralleloperationen ist der Grund, warum Bitcoin-Miner Plattformen voller GPUs verwenden, um die Mathematik zu generieren, die zum Mining von Kryptowährungsmünzen erforderlich ist. CPUs hingegen sind nicht so spezialisiert und von allgemeinerem Nutzen.)

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Tom Petersen von nVidia erklären (untertitel einschalten)

Während GPUs in hochwertigen Videospielen im Allgemeinen mit realistischen Grafiken in Verbindung gebracht werden, werden sie auch in anderen Branchen verwendet.

In Geschäftsanwendungen wie AutoCAD bieten GPUs beispielsweise den Vorteil des Renderns von 3D-Modellen. Da diese Art von Software ständige Änderungen in kürzester Zeit erfordert, muss der PC, auf dem das Modell gerendert wird, den Bearbeitungsprozess unterstützen. In diesem Beispiel erleichtert eine GPU das Rendern von 3D-Modellen.

Eine weitere beliebte Verwendung von GPUs ist die Videobearbeitung. Dies ist sehr wichtig, wenn Sie mit großen Mengen hochauflösender Dateien wie 360°- oder 4K-Videos arbeiten. Es kann manchmal problematisch sein, diese Dateitypen für die meisten Standard-GPUs zu bearbeiten, weshalb eine High-End-GPU dank ihrer Fähigkeit, Videodateien mit einer angemessenen Geschwindigkeit zu transkodieren, sehr nützlich ist.

Darüber hinaus sind GPUs äußerst nützlich, wenn es darum geht, neuronale Netze zu erstellen und Machine-Learning-Funktionen zu verarbeiten. Dies ist eine weitere Aufgabe, die eine CPU aufgrund der großen Datenmenge, die an dem Prozess beteiligt ist, überfordern kann.

Was ist Raytracing?

Raytracing ist eine Rendering-Technik, die unglaublich realistische Lichteffekte erzeugen kann. Im Wesentlichen kann ein Algorithmus den Weg des Lichts verfolgen und dann simulieren, wie Licht mit den virtuellen Objekten interagiert, auf die es schließlich in der computergenerierten Welt trifft. Wir haben gesehen, dass die Lichteffekte im Spiel im Laufe der Jahre immer realistischer wurden, aber die Vorteile von Raytracing liegen weniger im Licht selbst als vielmehr darin, wie es mit der Welt interagiert. 

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Ray-Tracking ermöglicht dramatisch realistischere Schatten und Reflexionen sowie eine stark verbesserte Lichtdurchlässigkeit und Streuung. Der Algorithmus berücksichtigt, wo das Licht auftrifft und berechnet die Interaktion und Interaktion, ähnlich wie das menschliche Auge beispielsweise echtes Licht, Schatten und Reflexionen verarbeiten würde. Wie Licht auf Objekte in der Welt trifft, beeinflusst auch die Farben, die Sie sehen. 

Bei ausreichender Rechenleistung ist es möglich, unglaublich realistische CG-Bilder zu erstellen, die sich kaum vom echten Leben unterscheiden. Aber das ist das Problem: Selbst ein gut ausgestatteter Gaming-PC hat eine begrenzte Menge an GPU zum Arbeiten, geschweige denn eine moderne Spielekonsole.

Wer sind die größten GPU-Unternehmen?

Nvidia

Nvidia ist ein 1993 gegründetes US-amerikanisches Technologieunternehmen mit Sitz in Kalifornien, das GPUs für Spiele- und professionelle Märkte sowie System Units on a Chip (SoCs) für den mobilen Computer- und Automobilmarkt entwickelt. Seine primäre GPU-Reihe ist GeForce, die ein direkter Konkurrent von AMDs Radeon ist.

Zu den bekanntesten GPUs zählen die GeForce RTX 3080, die Nvidia Titan V und die Nvidia RTX A6000. Im Moment kann es aufgrund des weltweiten Mangels an Grafikkarten dank der hohen Nachfrage nach Bitcoin-Mining-Karten schwierig sein, eine Ihrer GPUs in die Finger zu bekommen, insbesondere Ihre GeForce RTX 3070-Karten.

Im Juli 2021 aktivierte Nvidia den angeblich schnellsten Supercomputer Großbritanniens, den Cambridge-1, das mehrere NVIDIA A100 Tensor Core-GPUs enthielt.

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AMD

Advanced Micro Devices, auch bekannt als AMD, wurde 1969 gegründet und ist ein weiteres US-amerikanisches Technologieunternehmen mit Sitz in Kalifornien. Es entwickelt Computerprozessoren und andere Produkte für den kommerziellen und Verbrauchermarkt. Ursprünglich stellte es Halbleiter her, bevor es 2008 diese Division auflöste, die dann in GlobalFoundries umgewandelt wurde.

Zu den Kernprodukten von AMD gehören Motherboard-Chipsätze, Mikroprozessoren, Grafikprozessoren und integrierte Prozessoren. Einige ihrer Produkte umfassen die AMD Radeon-Grafikserie und die Ryzen-Prozessorlinie.

Im März kündigte das Unternehmen an, die Ryzen 5000 Pro-Serie mobiler Prozessoren für dünne und leichte Business-Laptops auf den Markt zu bringen. Es besteht aus drei Chips: Ryzen 7 Pro 5850U, Ryzen 5 Pro 5650U und Ryzen 3 5450U. Der 5850 ist die höchste Spezifikation der drei, mit einem Achtkern-16-Thread-Design, 20 MB Cache und einer Basistaktfrequenz von 1,9 GHz bzw. 4,4 GHz. Laut AMD ist der Chip der einzige leistungsstarke Achtkernprozessor, der für dünne und leichte Laptops entwickelt wurde.

Dedizierte und integrierte GPUs

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Uma Dedizierte AMD Radeon GPU (Bild über AMD)

Es gibt zwei Haupttypen von GPUs, die Sie für einen modernen PC haben können: integriert e gewidmet. Grafikkarten sind in der Regel große, sperrige Docking-Komponenten für Desktop-PCs mit einem, zwei oder manchmal drei Lüftern. Diese Karten enthalten den eigentlichen Grafikprozessorchip sowie RAM-Speicher, um höhere Grafiklasten wie Videospiele zu bewältigen. Lüfter halten Komponenten kühl. Kurz gesagt: Es ist, als ob Sie einen Computer in Ihrem Computer haben.

Desktop-Grafikkarten sind einige der am einfachsten zu aktualisierenden Komponenten (wenn Sie das Geld haben, sie jederzeit zu kaufen). Stecken Sie die Karte einfach in einen PCIe x16-Slot, schließen Sie ein Kabel an das Netzteil an (falls erforderlich) und installieren Sie die Treiber.

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Verstehen Sie, was GPU ist und was sie auf Ihrem PC tut | d7075266 CPU-Core i7 8700 enthält UHD 630-Grafik von Intel-Image über Intel | verheiratete Spieletechnologie, Analyse | AMD, Hardware, Notebook, Nvidia, PC | was ist gpu
Core i7-8700 CPU enthält Intel UHD 630 Grafik (Bild über Intel)

Notebooks können auch dedizierte GPUs haben, aber statt eines großen Boards ist die dedizierte Notebook-GPU nur ein Chip, der auf dem Motherboard verlötet ist. Im Gegensatz zu denen auf einem Desktop sind sie nicht so einfach zu aktualisieren. Nur teurere Gaming-Computer haben normalerweise die Möglichkeit, eine Grafikkarte oder eine andere Komponente aufzurüsten.

Dann gibt es noch integrierte Grafikchips, die im Prozessor verbaut sind. Das haben nicht alle CPUs. AMDs Ryzen-Desktop-CPUs beispielsweise sind dafür bekannt, keine integrierte Grafik zu haben. Allerdings stellt das Unternehmen Desktop-Prozessoren mit integrierter Grafik her, sogenannte Accelerated Processing Units (APUs). Auch Intels Core-Desktop-Chips, deren Modellnummern auf ein „F“ enden, haben keine Grafik, ebenso wie CPUs der Core X-Serie mit Modellnummern, die auf ein „X“ enden. Da diese Prozessoren keine GPU haben, werden sie zu einem niedrigeren Preis verkauft.

Ein Prozessor ohne Grafik ist nur ein Problem für Desktops. Auch hier werden Notebooks als Bundle verkauft, benötigen also entweder eine dedizierte GPU oder eine im Prozessor integrierte Grafikkarte.

Moderne Prozessoren mit integrierter Grafik können überraschend leistungsstark sein. Einige sind in der Lage, ältere ausgewählte AAA-Titel mit angemessenen Bildraten abzuspielen, wenn die Grafikeinstellungen reduziert werden. Mit anderen Worten, Sie können die Spiele spielen, aber nicht mit hoher oder extremer Grafikqualität, aber Sie können das Spiel beruhigt genießen.

Diese Modelle sind eine wirtschaftliche Wahl für diejenigen, die sich die Grafikkarte ihrer Träume immer noch nicht leisten können. Wer jedoch ernsthaft arbeiten möchte, muss wissen, was eine GPU ist und damit eine separate GPU.

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Welche GPU brauchst du?

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(Bild über Alienware)

Jetzt kennen Sie die Grundlagen dessen, was die GPU ist, was sie tut und welche verschiedenen Typen es gibt. Woher wissen Sie also, welches Sie benötigen? Wenn Sie auf einem Desktop spielen, benötigen Sie eine Grafikkarte und es gibt eine ganze Welt von Testberichten, die Ihnen bei der Auswahl der besten helfen. Stellen Sie im Allgemeinen sicher, dass Sie einen erhalten. richtige Grafikkarte für die Auflösung Ihres Monitors, wie 1080p, 1440p oder 4K.

Spielfunktionen entwickeln sich ständig weiter und erfordern neue Hardware. Dies bedeutet, dass Grafikkarten schneller veralten als andere Komponenten. Desktop-Besitzer sollten etwas kaufen, das in den letzten zwei bis drei Jahren veröffentlicht wurde. Seien Sie beim Spielen auf einem Notebook sehr, sehr vorsichtig. Viele Gaming-Notebooks verfügen über dedizierte GPUs von bis zu zwei Generationen und kosten so viel (oder fast so viel) wie ein Notebook mit neuerer GPU.

Wenn Sie sich auf die Videobearbeitung für Enthusiasten konzentrieren, ist eine leistungsstarke CPU wichtiger, aber auch eine dedizierte Grafikkarte (auch wenn sie einige Generationen alt ist) wird ebenfalls benötigt. Für alle anderen reicht eine integrierte Grafik. Für das Streamen von Videos, einfache Webspiele oder sogar einfache Fotobearbeitung ist keine Grafikkarte erforderlich. Stellen Sie nur sicher, dass Ihre CPU tatsächlich über eine integrierte GPU verfügt. Andernfalls könnten Sie eine frustrierende Überraschung erleben, wenn Sie versuchen, diesen neuen Desktop zu starten.

Jetzt in den Kommentaren hinterlassen: Was sind die besten GPUs für Sie? Bevorzugen Sie Nvidia- oder AMD-GPUs? Benutzt du welche auf deinem PC? Kontaktieren Sie uns und nutzen Sie die Gelegenheit, mehr darüber zu erfahren Technologie auf unserer Website.

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Avatar von Paulo Fabris

Paulo Fabris ist seit TV Manchete Journalist, Autor, RPG-Spieler, Spieler, Cosplayer, Nerd und Fan von Anime.