PCI Express Grafikarte

Ratgeber PCI Express Grafikkarten

Moderne 3D-Shooter und Actionspiele verlangen Ihrem Computer einiges an Rechenleistung ab.
Doch mit einem hochgetakteten, aktuellen Prozessor ist es meist nicht getan. Um die atemberaubenden 3D-Landschaften und Effekte der modernen Computerspiele zu berechnen und auch standesgemäß in hoher Auflösung ruckelfrei auf Ihrem Bildschirm wiederzugeben, benötigen Sie eine leistungsstarke Grafikkarte. Für den Heimanwender-Bereich nutzen aktuell alle käuflich erwerbbaren Grafikkarten den PCI-Express-Steckplatz, kurz PCIe, als standardisierte Schnittstelle für die Kommunikation zwischen der Grafikkarte und der Hauptplatine Ihres Computers. Doch selbst wenn sie Ihren Computer nur für Office-Anwendungen benutzen, ist ein PCI-Express-Grafikadapter aufgrund der Kompatibilität unerlässlich. Der folgende Ratgeber gibt Ihnen eine Übersicht über die wichtigsten Punkte, die Sie beim Kauf einer PCIe-Grafikkarte beachten sollten, unabhängig davon, ob Sie ihren Computer überwiegend für Office-Anwendungen benutzen oder High-End-Spiele der neuesten Generation ruckelfrei genießen möchten.

PCI Express Grafikkarten – Allgemeines
Die PCI Express Schnittstelle ist als Standard für die Datenübertragung zwischen der Hauptplatine und der Grafikkarte bei Heimcomputern seit 2005 üblich. Ältere Grafikarten und Hauptplatinen nutzten noch die PCI oder AGP-Schnittstelle. Der Vorteil von PCI-Express gegenüber den alten PCI und AGP Schnittstellen ist vor allem die deutlich höhere Taktung und die höhere Datenübertragungsrate. So können durch die PCI-Express Schnittstelle aktuell bis zu 4.000 Megabyte pro Sekunde übertragen werden. Die höhere Taktung und der höhere Datendurchsatz gegenüber den älteren Schnittstellen sind nötig, um den gestiegenen Hardware-Anforderungen aktueller 3D-Anwendungen und Spiele zu genügen. Die Schnittstellen sind untereinander nicht kompatibel.

Beim Kauf einer PCIe Grafikkarte sollten Sie deshalb unbedingt darauf achten, dass Ihre Hauptplatinen auch einen PCIe – Steckplatz besitzen. Informationen darüber, ob Ihre Hauptplatine einen PCIe – Steckplatz besitzt, finden Sie in der beiliegenden Bedienungsanleitung. Erfahrene und sachkundige Anwender können dies auch durch einen Blick auf ihre Hauptplatine herausfinden. Der PCIe – Steckplatz kann unterschiedliche Längen von entweder 25, 39, 56, oder 89 Millimeter besitzen. Die verschiedenen Längen der Steckplätze sind für die unterschiedlichen Anwendungen der Steckkarte konzipiert, da diese variierende Datenraten verursachen. Der 89 Millimeter lange PCIe x16 Slot wird hierbei als Nachfolger der alten AGP-Schnittstelle überwiegend für den Anschluss der Grafikkarte verwendet.

Aufgrund der mechanischen Länge des Steckplatzes müssen Sie beim Kauf darauf achten, dass auch nur eine PCI-Express x16 Grafikkarte in diesem Steckplatz verwendet werden kann. Der kürzeste PCI Express-Steckplatz mit der Bezeichnung PCI Express x1 wird dagegen meist als Nachfolger des alten PCI-Steckplatzes als Schnittstelle zu Erweiterungskarten wie Netzwerkkarten oder TV-Karten genutzt. Seltener werden jedoch auch für diesen Steckplatz PCI Express x1 Grafikkarten angeboten. Diese Grafikkarten werden meist in Systemen mit niedriger Leistungsaufnahme und niedrigen Anforderungen an Datendurchsatz und an eine hohe Taktung genutzt. Die Datenübertragungsrate ist bei x16-Steckplätzen 16-mal höher als bei x1-Steckplätzen, weshalb aktuelle leistungsfähige PCI-Express Grafikadapter überwiegend für PCIe x16 Steckplätze erhältlich sind.

Der Grafikprozessor
Der Grafikprozessor, auch GPU genannt, ist das eigentliche Herzstück einer jeden Grafikkarte. Grafikprozessoren sind speziell auf Grafikberechnungen ausgelegte Prozessoren und in einem Heimcomputer für die Berechnung des am Bildschirm ausgegebenen Bildes verantwortlich. Die Leistungsfähigkeit eines Grafikprozessors lässt sich an seiner Taktrate ablesen. Diese gibt die Anzahl der Berechnungen pro Sekunde an. Grundsätzlich gilt: Je höher die Taktrate, desto schneller der Prozessor. Taktraten aktueller Grafikprozessoren von Nvidia oder Radeon liegen im Gigahertzbereich.

Über die Taktrate lassen sich auch die verschiedenen am Markt erhältlichen Modelle im Bezug auf die Geschwindigkeit gut miteinander vergleichen. Ebenfalls erhältlich sind PCIe Grafikkarten mit mehreren Grafikprozessoren, sogenannte Multi-GPU Karten. Bei diesen Modellen teilen sich die Grafikprozessoren die Grafikberechnungen und können so die gleiche Leistung mit einer geringeren Taktrate erzielen, beziehungsweise bei gleicher Taktrate mehr Berechnungen durchführen.

Der Grafikspeicher
Ebenfalls maßgebend für die Leistung einer PCI Express Grafikkarte ist die Größe und die Geschwindigkeit des auf der Grafikkarte verbauten Grafikspeichers. Im Grafikspeicher werden die vom Grafikprozessor fertig berechneten Bilder zwischengespeichert, bevor sie vom Bildschirm ausgegeben werden. So kann der Grafikprozessor die entsprechenden Berechnungen durchführen. Bei grafikintensiven 3D-Spielen und Anwendungen werden im Grafikspeicher zusätzlich die für die 3D-Berechnungen benötigten Objektdaten und Texturen abgespeichert, um den Berechnungsprozess des Prozessors zu beschleunigen. Je größer der Grafikspeicher ausgelegt ist, desto mehr Bilder und Objektdaten können abgespeichert werden. Doch nicht nur die Größe des Speichers hat Einfluss auf die Leistungsfähigkeit. Die Taktrate gibt an, mit welcher Geschwindigkeit die Informationen gespeichert und weitergegeben werden können. Beim Grafikspeicher gilt analog zum Grafikprozessor: Je höher die Taktung, desto schneller der Grafikspeicher. Der Grafikspeicher aktueller High-End-Grafikkarten beträgt um die 6.000 Mhz.

Die Kühlung des Grafikprozessors
Hohe Taktraten der Grafikprozessoren und Speichermodule haben als Nebeneffekt eine hohe Wärmeentwicklung zur Folge. Um einer Überhitzung der teuren Chips vorzubeugen, sollte die Kühlung der Grafikkarte ausreichend dimensioniert sein und mit der Geschwindigkeit und dementsprechend mit dem Einsatzzweck der Grafikkarte harmonisieren. Gängige PCIe Grafikkarten nutzen hierfür großvolumige Kühlkörper aus Aluminium oder die teureren Modelle aus Kupfer. Bei PCI Express Grafikadaptern mit niedrigen Taktraten, die für Office-Anwendungen und einfache Spiele in aller Regel ausreichen, genügt allein der ausreichend dimensionierte, als Passiv-Kühlung ausgelegte Kühlkörper, um den Grafikprozessor und den Grafikspeicher vor dem Hitzetod zu bewahren.

Bei aufwendigeren und höher getakteten PCIe Grafikkarten müssen aufgrund der größeren Wärmeentwicklung die Kühlkörper aktiv gekühlt werden. Hierbei versorgen ein oder mehrere Lüftungspropeller die Kühlkörper beständig mit Frischluft und verringern somit die Betriebstemperatur. Eine Ausnahme bilden Wasserkühlungen im Grafikkartenbereich. Diese sind zwar äußerst effizient, jedoch sehr wartungsaufwendig und teuer. Oft werden diese Kühlungssysteme nur zum Nachrüsten angeboten und sind für den durchschnittlichen Anwendungsbereich einer PCIe-Grafikkarte nicht notwendig.

Die Kühlsysteme der verschiedenen Grafikkarten sind gerade bei höher getakteten Modellen so angesetzt, dass die Bauhöhe eines Steckplatzes überschritten wird. Aus diesem Grund können angrenzende Steckplätze auf einer Hauptplatine oft nicht mehr genutzt werden. Bei der Auswahl eines Modells sollte ebenfalls darauf geachtet werden, dass die Wärmeentwicklung gerade von teuren und hochgetakteten PCIe Grafikkarten die Temperatur im gesamten Computergehäuse signifikant erhöht.

Eine ausreichende Stromversorgung sicherstellen…
PCI-Express Steckplätze besitzen eine integrierte Stromversorgung. Diese versorgt angeschlossene Steckkarten mit bis zu 75 Watt. Aktuelle High-End-Grafikkarten benötigen jedoch durch die große Abwärme und die groß dimensionierten Kühlsysteme oft mehr als die vom Steckplatz maximal abgegebenen 75 Watt. Um die Leistungsaufnahme dieser PCIe Grafikkarten sicherzustellen, wird ein so genannter PCI express power supply connector benötigt. Dieser versorgt die Grafikkarte über das Netzteil des Computers mit ausreichend Strom und ist in den meisten Fällen im Lieferumfang der Grafikkarten enthalten. Es sollte hierbei jedoch beachtet werden, dass für den Betrieb eines leistungsfähigen PCI Express Grafikadapters das Computernetzteil entsprechend dimensioniert sein sollte. Nicht selten fordert ein leistungsfähiges Modell bis zu 200 Watt zusätzlich vom Netzteil.

Fazit
Das Angebot an PCIe Grafikkarten ist vielfältig. Bei der Wahl der geeigneten Karte sollte besonders auf den richtigen Steckplatz des Arbeitsspeichers, ausreichend Platz für die Kühlung der Grafikkarte und ein großzügig dimensioniertes Netzteil geachtet werden, um einen einwandfreien und korrekten Betrieb der Grafikkarte zu gewährleisten. Grundsätzlich gilt, dass die Geschwindigkeit und Leistungsfähigkeit der Modelle mit steigender Taktrate und Speichergröße zunimmt. Um die PCIe Grafikkarte für aktuelle 3D-Spiele zu nutzen, sollten die Anforderungen der jeweiligen Spiele berücksichtigt werden. Für Office-Anwendungen sind auch einfache, günstige Karten mit niedrig getakteten Prozessoren und passiven Kühlsystemen ausreichend.