Was ist integrierte grafik?

Die moderne Computergrafik mit hochauflösenden Videos und detailliertem 3D-Rendering in Videospielen und professionellen Anwendungen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Eine CPU kann zwar Grafiken erstellen ("rendern"), doch fehlt ihr die richtige Architektur, um dies schnell und effizient zu tun.

Deshalb gibt es Grafikprozessoren (GPUs), die von Grund auf so konstruiert sind, dass sie genau die Art von Mathematik beherrschen, die man braucht, um die korrekten Werte von Millionen von Pixeln Dutzende oder Hunderte Male pro Sekunde zu berechnen. Ein Grafikprozessor befindet sich in fast jedem Computer, vom PC bis zum Smartphone.

Die einzigen Computer, die keine GPUs haben, sind in der Regel "Headless"-Server, die ferngesteuert werden und nur Arbeiten erledigen, die für CPUs geeignet sind. Aber auch das ändert sich, denn GPUs werden jetzt auch für andere Aufgaben als die Grafik verwendet. Jeder Computer, der heutzutage Ausgaben auf einem Bildschirm tätigt, verfügt mit ziemlicher Sicherheit über einen speziellen Grafikprozessor.

Auf dem Datenblatt eines Laptops oder Desktop-Computers wird oft angegeben, dass der Computer mit einer "integrierten" oder "dedizierten" Grafikkarte ausgestattet ist. Zwischen diesen beiden Ansätzen zur Integration eines Grafikprozessors in einen Computer gibt es einen großen Unterschied.

Ein dedizierter Grafikprozessor ist wie ein eigener, in sich geschlossener Computer, mit einem eigenen, unabhängigen Prozessorpaket und einer separaten Kühllösung. Dedizierte Grafikprozessoren haben auch ihre eigene Hardware für die Energieverwaltung und den Speicher.

In einem Desktop-Computer befinden sich dedizierte Grafikprozessoren auf einer eigenen Platine, die als Grafikkarte bezeichnet wird. Die Karte wird in die Hauptplatine des Computers eingesteckt und benötigt oft mehr Strom als über den Kartensteckplatz bereitgestellt werden kann. Daher kann sie über eigene Stromanschlüsse mit der Stromversorgung des Computers verbunden sein.

Dedizierte Grafikkarten in Laptops werden manchmal als herausnehmbares Paket geliefert, wie z. B. die (inzwischen eingestellten) MXM Laptop-GPU-Module. Üblicher ist es, dass sie direkt auf die Hauptplatine gelötet werden, aber immer noch als von der CPU getrennte Komponenten mit eigener Kühlung, eigenem Speicher und eigener Stromversorgung.

Ein integrierter Grafikprozessor hingegen muss sich alles mit der CPU teilen. Aus diesem Grund wird sie oft als Onboard-GPU bezeichnet. Sie befindet sich im selben Prozessorgehäuse, wird durch denselben Kühlkörper und Wärmeverteiler gekühlt und nutzt denselben Systemspeicher wie die CPU. Die Hauptplatine stellt die Hardware für die Bildschirmausgabe bereit, die den Anschluss eines Monitors ermöglicht, aber das gesamte "Gehirn" des Grafikprozessors befindet sich im Gehäuse der CPU.

Fast alle Computer-CPUs verfügen heute über einen integrierten Grafikprozessor, mit Ausnahme von High-End-CPUs. Das Modell mit integriertem Grafikprozessor ist aus mehreren Gründen der am häufigsten verwendete Grafikprozessortyp.

Der erste ist der Kostenfaktor. Es ist nicht besonders kostspielig, einen Grafikprozessor in das Silizium einer CPU einzubauen. Durch die Integration eines Grafikprozessors in jede CPU werden die Kosten in anderen Teilen des Systems weitaus stärker gesenkt als die Kosten für den Grafikprozessor selbst erhöht. Daher sind Systeme, die einen integrierten Grafikprozessor verwenden, deutlich billiger als solche mit einer dedizierten Lösung.

Der zweite Grund ist die Komplexität, die vor allem bei Laptops eine Rolle spielt, bei denen es auf jeden Kubikmillimeter an Volumen ankommt. Die Integration des Grafikprozessors in das CPU-Gehäuse bedeutet, dass Laptops sehr viel kleiner sein können, da man keine zusätzliche Hardware zur Kühlung, Stromversorgung und zum Anschluss eines völlig separaten Chip-Pakets benötigt.

Die dritte Säule des integrierten GPU-Designs ist die Stromeffizienz. Es ist viel einfacher, die Leistungsaufnahme eines einzelnen integrierten Chips zu steuern als die Anforderungen von zwei separaten Chips auszugleichen. Da der Grafikprozessor und die CPU eng miteinander verbunden sind, können sie sicherstellen, dass sie in die TDP (Thermal Design Power) des CPU-Gehäuses passen.

Laptops mit dedizierten Grafikprozessoren verfügen in der Regel auch über integrierte Grafikprozessoren. Das Betriebssystem schaltet dynamisch zwischen den beiden um, je nachdem, welche Anwendung Sie gerade verwenden, was bedeutet, dass Sie nicht durch die Verwendung eines Hochleistungs-Grafikprozessors bei der Bearbeitung von Tabellenkalkulationen Strom verbrauchen.

Dedizierte Karten haben ein weitaus größeres Leistungspotenzial als integrierte.

Die physische Größe einer dedizierten GPU kann größer sein, sie hat ein viel größeres Energiebudget und erreicht im sicheren Betrieb höhere Temperaturen. Außerdem hat sie Zugriff auf einen speziellen Hochleistungsspeicher, der für Grafikanwendungen entwickelt wurde.

Lange Zeit waren integrierte Grafikprozessoren gleichbedeutend mit schlechter Leistung, am besten geeignet für einfache Produktivitätsaufgaben und begrenzte Multimedia-Anwendungen.

Seitdem die GPU-Technologie jedoch die integrierte Grafikleistung verbessert hat, sind die meisten Benutzer, einschließlich Gelegenheitsspieler, nicht mehr auf dedizierte GPUs angewiesen, allerdings mit dem Vorbehalt, dass dedizierte GPUs heute immer noch viel schneller sind als integrierte.

Eine andere Art von integrierter GPU kann in SoCs oder System-on-a-Chip-Geräten enthalten sein. Bei SoCs sind nicht nur CPU und GPU in einem Gehäuse integriert, sondern auch der Systemspeicher und oft sogar der Speicher.

Da SoCs mit Blick auf bestimmte Gesamtleistungsziele entwickelt werden, können die darin enthaltenen GPUs sehr groß sein. Der Apple M1 SoC hat beispielsweise mehr Grafikleistung als eine Playstation 4, wobei die CPU immer noch mit den CPUs von High-End-Laptops mithalten kann.

Moderne Computerspielkonsolen vereinen Hochleistungs-CPUs und -GPUs in einem Gehäuse, sind aber so konzipiert, dass sie die dadurch entstehende enorme Wärmeentwicklung von Grund auf ableiten können.

Wenn die Leistung das Wichtigste für Sie ist, wenn es um die Grafik geht, sollten Sie einen Desktop-Computer mit dedizierter Grafikkarte kaufen. Wenn Akkulaufzeit, Kosten, Wärme und Geräuschentwicklung für Sie am wichtigsten sind, ist eine integrierte Lösung wahrscheinlich das Richtige für Sie.

Desktop-Benutzer haben die Möglichkeit, einen dedizierten Grafikprozessor in ihr System einzubauen, vorausgesetzt, Ihr Motherboard verfügt über den richtigen Steckplatz und Ihr Netzteil und Gehäuse sind dafür geeignet. Sie können also den integrierten Grafikprozessor auf Ihrer CPU ausprobieren, um zu sehen, ob er für Ihre Bedürfnisse ausreicht.

Letztendlich ist es am wichtigsten, dass Sie sich über die Leistungsfähigkeit des integrierten Grafikprozessors Ihrer zukünftigen CPU informieren. Sie werden vielleicht überrascht sein, wie viel Leistung in diesem winzigen Prozessor steckt.