Trends und Technologien: Grafikkarten

Gliederung der Seminararbeit

1. Vorab S.3

2. Einführung in das Thema S. 3

3. Prinzipielle Aufgaben und Funktionen einer Grafikkarte S. 4
3.1 Aufgaben und Funktionen
3.2 Aufbau einer ausgewählten Consumer-Grafikkarte
3.1.1 Der Grafik-Chip
3.1.2 Der Bildspeicher
3.1.3 Der RAMDAC
3.1.4 Der AGP-BUS
3.3 Der Grafik-Treiber und der VGA-Standard
3.4 API-Schnittstellen und deren Rolle
3.4.1 Direct3D
3.4.2 OpenGL
3.4.3 Glide

4. Anforderungen an eine Grafikkarte bei verschiedenen Anwendungen S. 12
4.1 Home-Office
4.2 Entertainment und Multimedia-Anwendungen
4.3 Workstation und CAD

5. Leistungsmerkmale moderner Grafikkarten S. 16
5.1 Atlantis Radeon 9100 und Atlantis 9700 Radeon Pro UE
5.2 3D-Leistungen der Karten
5.2.1 Grundlagen 3D-Grafik
5.2.2 3D-Pipeline
5.3 Schnittstellen
5.2.1 VGA Analog
5.2.2 Digitale Schnittstelle
5.2.3 TV-Ausgang (S-Video, Cinch)

6. Positionierung der Anbieter S. 22
6.1 Marktdaten
6.2 NVidia und ATI

7. Trends und Weiterentwicklungen S. 26
7.1 Trend 1: ATI und NVidia sind ganz vorn
7.2 Trend 2: DirectX 9.0
7.3 Trend 3: “Cinematic Computing“

8. Glossar S. 29

9. Literaturverzeichnis und Quellenangabe S. 32

1. Vorab

Diese Seminararbeit hat Trends und Technologien im Bereich Grafikkarten zum Thema. Vor dem Hintergrund immer schneller fortschreitender technologischer Entwicklungen im Home-PC-Markt und dem Einzug grafisch komplexer Computerspiele wie „Gothic 2“ (2003) oder „Unreal Tournament 2003“ (2002) wachsen die Anforderungen an die Darstellungsqualität auf dem Monitor zu Hause. Dank der 3D-Spieleindustrie geht die Entwicklung der Grafikkarten stetig voran1. In den nachfolgenden Kapiteln möchte ich die technologischen Grundlagen erläutern, Begrifflichkeiten und die Anforderungen an Grafikkarten für unterschiedliche Anwendergruppen durchleuchten. Ich werde in dieser Seminararbeit nicht auf die Historie der Grafikkarten eingehen, da diese den vorgesehenen Rahmen sprengen würde. Ausklammern möchte ich ebenso OnBoard-Grafikkarten, die auf dem Mainboard angebracht sind und separate TV- und Video-Karten. Der Blick ruht außerdem auf dem PC und nicht auf dem Mac. In meinen Ausführungen werde ich größtenteils versuchen, auf die Angabe von technischen Werten und Zahlen zu verzichten, da sich diese innerhalb geringer Zeit aufgrund des lebendigen Marktes sehr schnell wieder ändern. Der „Redaktionsschluss“ für die Seminararbeit fällt auf den 14. Mai 2003. Aktuelle Entwicklungen auf der E3 können also leider nicht mehr berücksichtigt werden.

2. Einführung in das Thema

Der Benutzer kommuniziert über seinen Monitor, egal ob CRT oder LCD, mit dem PC-System. Der Monitor erhält die benötigten Signale von der Grafikkarte. Die Daten gehen von der Karte aus und werden für den Benutzer auf dem Monitor sichtbar gemacht. Immer mehr Prozesse werden in der Grafikkarte durchgeführt und diese entlastet hierdurch den Prozessor2. Die Anforderungen an Grafikkarten sind fortwährend gestiegen und ebenso die Komplexität der Aufgaben. Zu klären wird es sein, worin genau die o.g. Komplexität der Aufgaben besteht, wo die Verbesserungen liegen, die immer wieder neu angekündigt werden und wem diese Verbesserungen überhaupt dienlich sind. Die Branchengrößen und führenden Chiphersteller NVidia und ATI wetteifern ständig um die „Performance-Krone“ und versorgen den Markt mit einer Fülle von Angeboten. Die Seminararbeit will versuchen, etwas Klarheit in den Dschungel der Begriffe und Technologien zu bringen.

3. Prinzipielle Aufgaben und Funktionen einer Grafikkarte

3.1 Aufgaben und Funktionen

Das Grafik-System, das auch den Monitor einschließt, ist eine der wichtigsten Komponenten des Computers. Die Grafikkarte kann zusammen mit dem Monitor, als Schnittstelle zwischen Mensch und Computer betrachtet werden1. Die Grafikkarte ist ein Peripheriegerät des Computers und wird, sofern nicht OnBoard mit dem Mainboard integriert, als Steckkarte in einen freien Slot, meist dem AGP-Slot, auf das Mainboard gesteckt. Sie entlastet den Hauptprozessor des Computers, indem der Grafikchip nicht nur für einfache Schriften und Farben, sondern auch für die Berechnung aufwendiger 3D-Grafiken zuständig ist2. Es können vier Grundaufgaben einer Grafikkarte festgehalten werden3: 1 - Durch den hier angezeigten PCI-Bus (“Peripheral Component Interconnect“) werden die Daten zum Grafik-Chipsatz geleitet. 2 - Der Grafik-Chipsatz schreibt die Daten in den Bildspeicher. 3 - Der Bildspeicher leitet die benötigten Daten an den RAMDAC weiter, der die Daten analogisiert. 4 - Weiterleitung der analogen Daten an den Monitor.

3.2 Aufbau einer ausgewählten Consumer-Grafikkarte

Wesentliche Bestandteile einer Grafikkarte (Bsp. hier: ELSA Winner II)4: 1 - Grafik-Chip, hier durch Kühlkörper verdeckt (Chip z.B. von ATI oder NVidia). 2 - Bild- oder Videospeicher (SDRAM, DDR-RAM, DDR-II-RAM). 3 - Schnittstellen (Monitor u.a.) 4 - RAMDAC. 5 - AGP-Interface. Folgende Größen sind entscheidende Qualitätskriterien für eine Grafikkarte1: - die Leistungsfähigkeit des Grafik-Chips, - Größe und Art des Bildspeichers, - die Leistungsfähigkeit des RAMDACs und - das Interface (PCI, AGP). Die auf dem Markt angebotenen Grafikkarten unterscheiden sich zudem in der maximal unterstützten Bildschirmauflösung, der dabei erzielten Farbtiefe und der gelieferten Bildwiederholfrequenz2. 

3.2.1 Der Grafik-Chip

[...]

1 Vgl. Görnt, Andy (2000), 3D-Grafikkarten - 3D-Grafik, 3D-Chip, Transformation & Lightning.
2 Vgl. Niklas, Christoph (1999-2002), Die Grafikkarte.
1 Vgl. Müller, Christian (o.A.), Grafikkarten, S. 3.
2 Vgl. Müller, Christian (o.A.), Grafikkarten, S. 6.
3 ebenda, S. 11.
4 Vgl. Niklas, Christoph (1999-2002), Die Grafikkarte.