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GPUs sind in den vergangenen zehn Jahren nicht nur durch den Compute- und insbesondere den KI-Boom allgegenwärtig geworden, sondern haben sich in modernen Gaming-Systemen von reinen 3D-Rendering-Beschleunigern zu vielseitigen Rechenwerken entwickelt, die weit mehr als nur eine klassische Grafikpipeline abarbeiten. Raytracing-Effekte sowie KI-gestützte Rekonstruktion einzelner Effekte oder kompletter Frames gehören für viele Spieler inzwischen zum technischen Alltag und prägen die Darstellung moderner Spielewelten nachhaltig. Zentrale Fragen zur Funktionsweise von GPUs und Grafikkarten sollen in dieser FAQ beantwortet werden.
Aktuelle High-End-Modelle wie eine Radeon RX 9070 XT erreichen Rechenleistungen, die vor wenigen Jahren noch ausgewachsenen Großrechnern vorbehalten waren. Eine Ausgabe in 4K mit modernsten Grafik-Features stellt enorme Anforderungen an die verfügbare Rechenleistung, sodass zwischen den wachsenden Ansprüchen aktueller Spiele und den Möglichkeiten neuer Hardware-Generationen ein ständiges Wettrennen entbrennt. Mit aufwendigen Verfahren zur Lichtberechnung wie Path Tracing bewegt sich die Darstellung inzwischen auf einem Niveau, das ohne KI-Unterstützung mit aktueller Hardware nur schwer realisierbar wäre.
Doch was verbirgt sich eigentlich hinter einer Grafikkarte, warum gibt es sie in so unterschiedlichen Bauformen und was bedeuten Begriffe wie Compute Units, RT- und KI-Beschleuniger sowie GDDR-Speicher, PCI-Express, HDMI und DisplayPort? Wie funktioniert ein Raytracing genau, und welche Rolle spielt die KI-Unterstützung im Rendering der Frames? All diese Fragen wollen wir in dieser FAQ anhand von Radeon-Grafikkarten ausführlich klären.
Wir arbeiten uns dabei von innen nach außen vor: Zuerst betrachten wir die Funktionen und Anschlüsse der Grafikkarte, die verbauten Kühlungslösungen sowie einige weitere relevante Aspekte genauer.
Äußerer Aufbau und Design
Grafikchips werden in sehr unterschiedlichen Varianten eingesetzt: im Desktop-Bereich meist als vollwertige PCI-Express-Grafikkarte, aber auch als integrierte APU direkt in der CPU. In Notebooks sind sie inzwischen überwiegend fest verlötet, da die Integrationsdichte zu den bis vor einigen Jahren noch verwendeten MXM-Modulen noch einmal deutlich höher ist.
Neben den unterschiedlichen Formfaktoren je nach Einsatzgebiet gibt es innerhalb einer Serie große Unterschiede in den Abmessungen der Karten. Während früher oft galt, dass eine Grafikkarte bzw. deren Kühler nicht mehr als zwei Slots belegen sollte, halten sich Hersteller heute längst nicht mehr daran. Verantwortlich dafür sind vor allem die hohen Leistungslimits, aber auch der Wunsch der Nutzer nach einer immer leiseren Kühlung. Für die aktuelle Radeon-RX-9070-Serie sieht AMD eine Leistungsaufnahme von 304 W vor. Mit etwas Spielraum für ein werkseitiges Übertaken landen wir dann bei 350 W. Im High-End-Bereich ist eine Dicke von drei Slots und mehr bereits Standard, einige Modelle belegen sogar vier Slots.
Dies hat direkte Auswirkungen auf den Platzbedarf: Auf dem Mainboard (wo einige Hersteller mittlerweile einen größeren Abstand zwischen den PCIe-Steckplätzen vorsehen) und vor allem im Gehäuse. Beim Kauf einer High-End-Karte ist daher zu prüfen, ob sie in der Länge überhaupt in das eigene Gehäuse passt. Low-Profile- und Single-Slot-Karten sind heute für Endkunden eine echte Nische, werden aber weiterhin für spezielle Anwendungen gebaut, etwa im Serverbereich, wo möglichst viel Rechenleistung auf engstem Raum benötigt wird. Eine Möglichkeit, aus einer 2‑ oder 3‑Slot-Karte ein Single-Slot-Design zu machen, ist der Einsatz einer Wasserkühlung mit passender Slot-Blende.
Auch bei der Länge gilt: Eine feste Regel gibt es nicht. Die ATX-Norm sieht maximal 305 mm vor, doch diese Grenze wird inzwischen mehrfach überschritten; aktuelle Mittelklasse-Karten erreichen oft schon rund 300 mm, High-End-Modelle gehen deutlich darüber hinaus. Ist die Karte zu lang, kann es beim Einbau zu Problemen kommen, etwa wenn Laufwerkskäfige im Weg sind. Gleichzeitig bieten einige Hersteller weiterhin besonders kompakte Karten an, etwa für Mini-ITX-Systeme, wo die Kühlung trotzdem eine große Herausforderung bleibt, weil 200 oder 300 W effizient abgeführt werden müssen. Die Länge einer Karte hängt maßgeblich von ihrem Leistungsbereich ab: Low-End-Modelle mit weniger Speicher und einfacherer Stromversorgung lassen sich deutlich kompakter bauen.
Die Kühlung
Radiallüfter
Früher kamen auf Grafikkarten je nach Formfaktor und Bauart sehr unterschiedliche Kühlsysteme zum Einsatz, heute wird der Markt zwar weitestgehend von den Axiallüftern dominiert, doch Radiallüfter (Blower-Kühler) sind weiterhin in Gebrauch. Sie sind vor allem dann sinnvoll, wenn der Luftstrom über die Karte bzw. durch den Kühler gezielt in Richtung der Slotblende gelenkt werden soll, wie es bei vielen Workstation- und Server-Karten der Fall ist, wo Lautstärke eher zweitrangig ist und ein zuverlässiges Kühlniveau gewährleistet sein muss.
Axiallüfter
Bei einem Axiallüfter sitzen die Lüfter direkt auf dem Kühlkörper und blasen die Luft direkt auf die Kühlrippen. Aufgrund intelligenter Platinen- und Kühlerdesigns ist eine strikte Unterscheidung zwischen Radial- und Axiallüfter heute oft nicht mehr einfach, weil Hersteller sehr genau darauf achten, wie der Luftstrom durch Karte und Kühler geführt und wo die Abluft wieder aus dem Gehäuse entweicht.
Im Gegensatz zum Radialsystem verbleibt die Abwärme bei Axiallüftern größtenteils im Gehäuse und wird nicht direkt nach außen befördert, weshalb eine zusätzliche, gut durchdachte Gehäusebelüftung zwingend erforderlich ist. Bei den aktuellen Custom-Designs, wie Sapphire sie anbietet, wird bereits durch die Anordnung und das Design des Kühlers versucht, den Luftstrom im Gehäuse zu optimieren.
Modernes Axial-Konzept
Ein klassischer Blower-Kühler passt gut in dieses Konzept, weil er die Luft im Gehäuse ansaugt und fast vollständig über die Slotblende nach außen leitet. Bei typischen Axiallüfter-Designs gilt das nicht mehr: Hier verbleibt ein Großteil der warmen Luft im Inneren, und durch große PCBs sowie geschlossene Backplates gibt es keinen wirklich gerichteten Luftstrom mehr – die warme Luft wird im Gehäuse eher verteilt als gezielt abgeführt.
Für die leistungsstärkeren Karten und damit solche, mit der größten Abwärme, hat Sapphire ein Design gewählt, bei dem ein Lüfter im hinteren Bereich die Luft durch den Kühler hindurchlässt und über der Karte wieder ausbläst, während ein zweiter Lüfter zumindest einen Teil der Luft über die Slotblende hinausdrückt. Damit der hintere Lüfter nicht durch PCB oder Backplate blockiert wird, musste das PCB deutlich kürzer und anders gestaltet werden; das Ergebnis sind bei den meisten Modellen kürzere PCBs, die im hinteren Bereich den nötigen Freiraum für die Luftführung im Kühler bieten.
Wasserkühlung
Um die beste Kühlung zu gewährleisten, setzen viele Hersteller auf Wasserkühlung, da Flüssigkeitskühlung aufgrund der besseren Wärmeleitfähigkeit besonders gut für Overclocking- und High-End-Grafikkarten geeignet ist, deren Abwärme oft deutlich höher ausfällt. Dazu kommen entweder Vollkupfer-Wasserkühler, die in einen bestehenden Kühlkreislauf integriert werden, oder All-In-One-Lösungen mit integriertem Ausgleichsbehälter, Pumpe, Kühler und Schläuchen.
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