Worauf sollte man beim Kauf einer Grafikkarte achten?

Leistung des Grafikprozessors

Je höher die Leistung des Grafikprozessors (Graphics Processing Unit), 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 Leistungsmerkmale sind die Taktfrequenz, mit der Grafikchip, integrierte Shader-Einheiten und Speicher betrieben werden, die Anzahl der Shader-Einheiten, die Breite der Speicheranbindung sowie die Größe des Speichers.

Wie kann man die Leistung ermitteln?

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:

• Futuremark 3DMark
• Gamestar Grafikkarten-Rangliste 2022
• PassMark Software Videocard Benchmarks
• PCGames Hardware: Grafikkarten-Benchmark 2022

Ausstattung

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.

Quellen:

PC Games Hardware, Heft 10/19, S. 23
https://www.it-business.de/sapphire-stellt-vapor-x-grafikkarten-serie-vor-a-176976/

Reicht die integrierte Grafikeinheit für meine Bedürfnisse nicht völlig aus?

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.

AMD

*3DMark Time Spy Durchschnittswert

Aktuelle Empfehlungen

*3DMark Time Spy Durchschnittswert (Quelle), Stand: 11/2022

Quellen:
https://www.pcgameshardware.de/Grafikkarten-Grafikkarte-97980/Specials/Grafikkarten-Test-Bestenliste-Radeon-und-Geforce-678322/