VRAM: Was ist das und wofür wird es verwendet?

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La VRAM- oder Video-RAM-Speicher Es ist eines der wichtigsten Elemente eines Computers, der für Grafikaufgaben verwendet wird. Die Leistung, die aus der GPU herausgeholt werden kann, hängt maßgeblich davon ab. Aus diesem Grund widmen wir uns in diesem Artikel den Geheimnissen dieses Speichers und seiner Natur.

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GPU: eine „CPU“ für Grafiken

Wenn es um eine Grafikkarte geht, ist sie, wie Sie vielleicht wissen, fast wie ein Motherboard an sich, mit einer zentralen Verarbeitungseinheit, in diesem Fall einer GPU, die für die Grafik bestimmt ist. Außerdem verfügt sie über eine RAM, in diesem Fall der VRAM, den wir in diesem Artikel genauer betrachten werden, eine Firmware oder ein BIOS, die Leiterplatte selbst, die von Herstellern hergestellt wird, die auch Erfahrung mit Motherboards haben, wie ASUS, Gigabyte, ASRock, MSI usw.

Im Falle eines iGPU oder integrierte GPUIn diesem Fall wird ein Teil des RAM für die GPU reserviert, der Rest wird von der CPU genutzt. Daher könnte dieser Teil des Hauptspeichers als VRAM für iGPUs betrachtet werden, auch wenn er nicht genau dieselben Eigenschaften wie GDDR aufweist.

VRAM vs. RAM

La VRAM ist ein physischer Speichertyp, der dem RAM ähneltIn manchen Fällen wird RAM auch für Grafikzwecke verwendet, beispielsweise in iGPUs, wo er gemeinsam mit der CPU genutzt wird. Die Anforderungen von GPU und CPU sind jedoch unterschiedlich. Die GPU benötigt aufgrund der Anzahl der von ihr verwalteten Kerne und der für die Verarbeitung großer Datenmengen erforderlichen Parallelität eine höhere Latenz, Bandbreite und Geschwindigkeit, wie dies bei der Grafikverarbeitung mit SIMD-Streams der Fall ist. In diesen Fällen ist ein Teil des Hauptspeichers ausschließlich für die GPU reserviert, was die Leistungsfähigkeit der CPU einschränken kann.

Um den Anforderungen der GPU gerecht zu werden, wurde es entwickelt eine speziell für GPUs optimierte RAM-Version, genannt GDDR. Obwohl GDDR auf herkömmlichem DDR-RAM basiert, bietet es erhebliche Verbesserungen bei Bus und Geschwindigkeit, um die Bandbreiten-, Geschwindigkeits- und Latenzanforderungen der GPU zu erfüllen.

In einigen Systemen, wie z. B. Mobilgeräten, modernen Spielekonsolen und Apple M-Serie-Prozessoren, wird ein einheitliches Speichersystem namens Unified Memory verwendet. In diesen Systemen teilen sich CPU und GPU den gleichen RAM-Adressraum, sodass keine identischen Kopien der Datensätze für CPU und GPU erforderlich sind. Obwohl die RAM Es ist nicht optimiert, um die Bandbreiten- und Geschwindigkeitsanforderungen der GPU zu erfüllen, daher verwenden einige Systeme direkt GDDR5 anstelle von einheitlichem RAM, wie dies bei der AMD APU in der Sony PlayStation XNUMX der Fall ist. Dies ermöglicht einen speziell für die GPU optimierten Speicher.

Unterschiede zwischen GDDR und DDR

Während DDR von der CPU und in einigen Fällen von der iGPU verwendet wird, wie ich bereits erwähnt habe, ist GDDR ein Speicher, der speziell für die GPU entwickelt wurde:

• DDR (Dual Data Rate): Es handelt sich um einen SDRAM-Typ (Synchronous Dynamic Random Access Memory), der zum Speichern aller Daten und Anweisungen für die von der CPU auszuführenden Programme verwendet wird. Bei einer iGPU ist ein Teil dieses Speichers für die GPU reserviert; in manchen Architekturen ist dieser für die CPU nicht zugänglich, in anderen, wie in HSA-Systemen, handelt es sich um einen einheitlichen Speicher. Darüber hinaus kann der Hauptspeicher (RAM) der CPU in Modulen wie DIMMs implementiert oder auch auf die Leiterplatte selbst gelötet werden.
• GDDR (Grafik-DDR): Auch hier handelt es sich um Speicherchips mit SDRAM-Zellen, die sogar auf DDR-Spezifikationen basieren. Sie werden in der Regel von denselben Herstellern wie SK Hynix, Micron, Samsung usw. hergestellt. In diesem Fall ist der Zugriff jedoch nur über die GPU möglich und weist einige Unterschiede zu DDR auf, um die Anforderungen der GPU zu erfüllen, die eine Verarbeitungseinheit mit einem höheren Grad an Parallelität als die CPU ist. In diesem Fall wird der Speicher jedoch immer auf die Leiterplatte gelötet.

Zusamenfassend, Hauptunterschiede Die Unterschiede zwischen den beiden Speichertypen sind:

Technische Datens	DDR	GDDR
Bandbreite	Bajo	Hoch
Energieverbrauch	Hoch	Niedrig
Wärmen	Höher	Senken
Performance	Niedrig	Hoch
Kapazität	Niedrig	Hoch
Taktfrequenz	Niedrig	Hoch
Kosten	Weniger	Weitere

Was ist VRAM-Speicher?

Bevor wir weiter über die erforderliche Kapazität sprechen, ist es wichtig, dass Sie verstehen, was VRAM ist und welche Funktion es im System hat. VRAM (Video-RAM) Es handelt sich um einen Direktzugriffsspeicher, ähnlich dem CPU-RAM, der jedoch speziell für die GPU vorgesehen ist. Dieser Speicher speichert die Daten, die zum Rendern von Pixeln, Texturen, Meshes und anderen Framebuffer-Elementen auf dem Monitor benötigt werden. Wichtig zu erwähnen ist, dass auf vielen Systemen der Zugriff auf VRAM nicht auf die gleiche Weise wie auf herkömmlichen RAM möglich ist, da er weder zugeordnet noch für den Programmierer sichtbar ist.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die GPU auch Informationen von der CPU empfangen, wie etwa die Position von Objekten und Physikdaten zur Grafikverarbeitung. Daher werden auch diese notwendigen Daten im VRAM gespeichert, nicht nur die Ergebnisse.

Geschichte des VRAM

Frederick Dill, Daniel Ling und Richard Matick Sie waren diejenigen, die während ihrer Arbeit im IBM-Forschungszentrum den VRAM erfanden. Das Patent wurde jedoch erst fünf Jahre später erteilt. Und erst 5 kam es zum ersten Mal in einem kommerziellen PC zum Einsatz, und zwar für den Grafikadapter des IBM PC RT.

Nach der Veröffentlichung dieses PCs sanken die Produktionskosten für Dual-Port-VRAM-Speicher, sodass andere Hersteller ihn in ihren Grafikbeschleunigungsprodukten oder Grafikkarten verwenden konnten. Diese Tatsache markierte einen Wendepunkt in der Welt der Grafik, da Geschwindigkeit und Qualität bis heute verbessert wurden. Es gab jedoch einige Versuche, es durch HBM, aber dieser Speicher ist teurer und seine Kapazität ist begrenzter, was dazu geführt hat, dass er in der PC-Welt kein Erfolg war ...

Arten von VRAM

Im Laufe der Geschichte gab es eine Vielzahl unterschiedlicher VRAM-Typen entwickelt, Allerdings erinnern sich viele heute nur noch an die aktuellsten Versionen wie GDDR4, GDDR5 oder GDDR6.

• SCHALL: SAM-Speicher war eine Art lineares Register, das in einigen älteren Grafikkarten zum Speichern der Daten verwendet wurde, die für die Digital-Analog-Signalumwandlung erforderlich waren, die für den Anschluss an ältere Monitore erforderlich war, die nur über analoge Anschlüsse verfügten.
• CDRAM (Cache-DRAM): Dies ist ein Grafikspeicher, der Funktionen von statischem SRAM-Speicher und dynamischem DRAM-Speicher kombiniert und als Cache zur Beschleunigung von Grafiken verwendet wird. Dieser Speicher war jedoch teuer und seine Kapazität war begrenzt.
• MDRAM oder Multibank-DRAM: ist ein Hochgeschwindigkeits-RAM-Typ von MoSys Inc. Dieser Speicher ist in 32-KB-DRAM-Bänke unterteilt, sodass auf jede Bank individuell zugegriffen werden kann. Obwohl dieser Speicher heute nicht mehr verwendet wird, wurde er früher in einigen Geräten wie dem Hercules Dynamite 128 verwendet, der über 4 MB MDRAM verfügte.
• Rambus VRAM: Die Firma Rambus hat außerdem einen neuen Bus patentiert, um den Datenfluss zwischen dem VRAM und dem Frame-Puffer zu beschleunigen.
• 3D-RAMMitsubishi entwickelte diese Grafikkarte, die zusätzliche Logik wie eine ALU enthielt, die Berechnungen für Z-Buffer-Tests ermöglichte. Diese Grafikkarten wurden für Sun Microsystems-Workstations auf Basis von UltraSPARC-Prozessoren verwendet.
• SGRAM (Synchronous Graphics RAM): Es handelt sich im Wesentlichen um einen VRAM-Speicher auf Basis von SDRAM-Zellen mit relativ niedrigem Produktionspreis, jedoch mit nur einem Zugriffsport, obwohl er durch gleichzeitiges Öffnen zweier Speicherseiten als Dual-Port-Speicher fungieren könnte.
• WRAM (Windows RAM): Es hat nichts mit dem Betriebssystem zu tun, es ist lediglich ein weiterer Hochleistungs-VRAM mit zwei Ports und hoher Bandbreite. Es wurde beispielsweise in Grafikkarten wie der Number Nine Revolution 3D oder der Matrox MGA Millennium verwendet.
• Erweiterter oder gemeinsam genutzter RAMShared Memory: Wie bereits erwähnt, wird Shared Memory verwendet, wenn die GPU integriert ist. Dabei handelt es sich nicht um dedizierten VRAM, sondern um eine DDR-Karte, die neben der CPU auch von der GPU genutzt werden kann. In vielen Fällen kann die Größe des für die GPU reservierten Speicherplatzes im BIOS/UEFI angepasst werden.
• HBM (Speicher mit hoher Bandbreite)HBM ist ein Hochgeschwindigkeitsspeicher, der in AMD Radeon Fury-Grafikkarten implementiert wurde. Obwohl er eine bessere Leistung als GDDR bot, war er teurer und hatte eine begrenzte Kapazität. Aufgrund dieser Nachteile entschied sich AMD schließlich für den Umstieg auf GDDR, obwohl HBM im Bereich High-Performance Computing (HPC) weiterhin eingesetzt wird.
• GDDR (Grafik-DDR)GDDR (Graphics Double Data Rate) ist ein DDR-SDRAM-Typ, der speziell für Grafikkarten entwickelt wurde. Er unterscheidet sich von herkömmlichem DDR durch kürzere Zugriffszeiten und höhere Taktfrequenzen. Im Laufe der Zeit sind mehrere GDDR-Generationen entstanden, darunter GDDR3, GDDR4, GDDR5, GDDR6 und andere, die jeweils Verbesserungen bei Geschwindigkeit und Kapazität aufweisen.
• GDDRXEin Beispiel ist der GDDR6X, den NVIDIA für seine neuesten Grafikkarten verwendet. Dabei handelt es sich um eine verbesserte Version des GDDR6, die für mehr Leistung sorgt und gemeinsam mit Micron entwickelt wurde. Eines der bemerkenswertesten Merkmale ist die Verwendung der PAM4-Kodierung für den Datenbus anstelle von NRZ wie beim herkömmlichen GDDR6.

Jetzt wissen Sie etwas besser, was VRAM ist, welche Unterschiede es zu RAM gibt usw. Lassen Sie uns nun einige interessante verwandte Themen weiter erkunden …

So erfahren Sie, wie viel VRAM ich habe

Wenn du wissen willst wie viel VRAM-Speicher Sie auf Ihrer Grafikkarte haben, können Sie die folgenden Schritte befolgen, die ich für die verschiedenen Betriebssysteme erkläre:

• Microsoft Windows Folgenden 10:
  1. Einstellungen öffnen.
  2. Gehen Sie im Fenster zu System.
  3. Gehe zum Bildschirm.
  4. Dann zu Erweiterte Anzeige.
  5. In den Adaptereigenschaften sehen Sie eine Zeile mit dem dedizierten Videospeicher.
• GNU/Linux (Ubuntu):
  1. Gehen Sie zu den Systemeinstellungen Ihrer Distribution.
  2. Klicken Sie auf „Über dieses System“.
  3. Schauen Sie sich dann die Informationen im Abschnitt „Hardware“ an. Dort können Sie die Speichermenge sehen.
• Apple MacOS:
  1. Klicken Sie oben links auf das Apfelsymbol.
  2. Klicken Sie dann im Dropdown-Menü auf „Über diesen Mac“.
  3. Überprüfen Sie den Abschnitt „Grafik“. Wenn es sich um eine Apple M-Serie handelt, denken Sie daran, dass sie vereinheitlicht und mit den übrigen SoCs geteilt wird.

Verwenden Sie außerdem Tools von Drittanbietern um die Details und die Menge des VRAM-Speichers zu kennen, den Sie auf Ihrem Computer haben. Zum Beispiel empfehle ich die Verwendung GPU-Z von TechPowerUp Verfügbar für Microsoft Windows. Nachdem Sie die App heruntergeladen haben, führen Sie sie aus und sehen Sie sich den Abschnitt „Speichergröße“ auf der Registerkarte „Grafikkarte“ an.

Kann der VRAM erhöht werden?

Die Beantwortung dieser Frage ist nicht so einfach, Jeder Einzelfall muss analysiert werdenDabei können Sie sich beispielsweise an diesen Punkten orientieren:

• Du hast eine PC mit dedizierter Grafikkarte oder dGPU:
  • Wenn es sich um einen Desktop handelt, müssen Sie Ihre Grafikkarte auf eine höherwertige Karte aufrüsten, um den VRAM zu erweitern.
  • Bei Laptops mit dedizierter Grafikkarte lässt sich die VRAM-Kapazität ebenfalls nicht ändern, da die Chips auf das Mainboard gelötet sind. Manche Laptops verfügen über MXM-Module. In diesem Fall müsste man auch das Modul der Karte durch ein hochwertigeres ersetzen, wobei die Auswahl meist nicht sehr groß ist.
• Wenn Sie eine haben PC oder Laptop mit einer iGPU Wenn Sie eine Intel- oder AMD-APU oder eine andere integrierte iGPU verwenden, wie sie beispielsweise in einigen ARM-SoCs usw. zu finden ist, können Sie in einigen Fällen die mit der GPU geteilte RAM-Menge ändern. Dazu können Sie verschiedene Methoden verwenden:
  • Einige Systeme unterstützen die Änderung der der GPU zugewiesenen gemeinsam genutzten RAM-Kapazität über das BIOS/UEFI:
    1. Zugriff auf das Setup-Menü.
    2. Dann in Registerkarten wie „Erweiterte Funktionen“ oder „Chipsatz“ oder ähnliches, je nach Firmware-Marke.
    3. Innerhalb der Grafikkonfiguration oder Videokonfiguration oder ähnlichem.
    4. Suchen Sie dort nach Optionen wie VGA-Speichergröße oder VRAM-Größe, um diese zu ändern. Dies hängt von der Menge des installierten RAM ab. Bei 4 GB RAM könnten Sie beispielsweise 512 MB, bei 8 GB 1 GB, bei 16 GB 2 GB für Grafiken usw. verwenden.
  • Es kann auch über die Windows-Registrierung geändert werden. Gehen Sie dazu folgendermaßen vor:
    1. Drücken Sie Windows + R.
    2. Geben Sie regedit ein und drücken Sie die EINGABETASTE.
    3. Suchen Sie nach dem Eintrag HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Intel oder AMD (je nach Fall).
    4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Intel oder AMD.
    5. Wählen Sie Neu aus.
    6. Dann Schlüssel.
    7. Nennen Sie es GMM.
    8. Sie müssen DedicatedSegmentSize verwenden und ihm einen Dezimalwert zuweisen. Dies gibt die Speichermenge an, die Sie reservieren möchten.
    9. Starten Sie abschließend das System neu.
• Wenn Sie eine haben Mac mit dedizierter GPU:
  • Wenn es sich um eine AMD- oder NVIDIA-Grafikkarte (bei älteren Modellen) handelt, können Sie die Grafikkarte jederzeit gegen ein unterstütztes Modell mit mehr VRAM austauschen, sofern verfügbar.
  • Handelt es sich um ein MacBook mit dedizierter GPU, kann diese nicht ausgetauscht werden, da sie wie bei anderen Laptops auf die Hauptplatine gelötet ist.
• Wenn Sie eine haben Mac mit iGPU
  • Wenn es sich um eine Intel iGPU handelt, kann der der Grafik zugewiesene Speicher nicht erhöht werden.
  • Wenn Sie ein Apple M-Series-Gerät besitzen, können Sie es auch nicht ändern, da es über einen einheitlichen Speicher verfügt und für das von Ihnen gekaufte SoC-Modell bestimmt ist.
• Sie könnten auch eine Externe GPU, wie es einige Laptopsysteme unterstützen, und dass diese eGPU über einen höheren VRAM verfügt, wie diejenigen, die über Thunderbolt verbunden werden.
• Für Desktop-Computer gibt es die Alternative, einen Multi-GPU-Konfiguration, wenn Sie über einen PCIe x16-Steckplatz verfügen, um eine zweite Grafikkarte hinzuzufügen und die beiden zusammenarbeiten zu lassen.

Wie wird der benötigte Speicher basierend auf der Auflösung berechnet?

Sie sind sich vielleicht bewusst, Menge des VRAM-Speichers Für jede Bildschirmauflösung ist eine bestimmte Framebuffer-Größe erforderlich. Aber wissen Sie, wie diese berechnet wird? Ein gängiges Beispiel ist die Berechnung der Framebuffer-Größe, die für eine FullHD-Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln und 32-Bit-Farbe erforderlich ist:

• 1920×1080 = 2073600 Pixel insgesamt auf dem Bildschirm
• 2073600 x 32 Bit = 66355200 Bit
• 66355200 / 8 = 8294400 Bytes
• 8294400 / 1024 = 8100 KB
• 8100 / 1024 = 7,9 MB

Es ist wahr, dass mit 8 MB VRAM Ein einzelnes Bild könnte zwar in Full-HD-Auflösung dargestellt werden, doch das reicht für dynamische Grafiken in der realen Welt nicht aus. Größere Kapazitäten sind erforderlich, da viele weitere Werte und Kopien von Rendering-Texturen gespeichert werden müssen. Darüber hinaus können doppelte oder dreifache Kopien von Daten noch mehr Kapazität erfordern. Daher sind aktuelle VRAM-Kapazitäten notwendig, um eine optimale Grafikleistung und ein flüssiges Spielerlebnis zu gewährleisten. Die GPU kann zudem interne und transformierte Kopien von Rendering-Texturen speichern, um wiederholte Texturauslieferungen von der CPU zu vermeiden.

Die Menge an VRAM-Speicher, die Sie auf Ihrer Grafikkarte haben, beträgt unerlässlich, um eine gute Leistung bei Videospielen und Grafikanwendungen zu erzielenDenn die Menge des verfügbaren Speichers bestimmt die Bildqualität, die Ladezeiten und die darstellbaren Auflösungen. Verfügt die Grafikkarte nicht über genügend VRAM, ist dieser schnell voll, was zu einem deutlichen Leistungsabfall führt. Viele behaupten, dass 4 GB VRAM ausreichen, um AAA-Spiele mit 1080p auszuführen, während für UHD-Auflösungen 8 GB erforderlich sind. Diese Behauptung hat sich jedoch heutzutage als weniger zutreffend erwiesen.

Also: Wie viel VRAM brauche ich?

Im Allgemeinen sollten Sie sich an die folgenden Richtlinien halten, um festzulegen, wie viel VRAM Sie für Spiele und den persönlichen Gebrauch benötigen:

• 2 GB für Titel mit 720p.
• 4 GB für Titel mit einer Auflösung von 1080p.
• 6 GB für 1440p-Gaming.
• 8 – 12 GB für 2160p oder 4K.

Wenn Sie eine Grafikkarte für professionelle Arbeiten wie Rendering, Bearbeitung usw. wünschen, sind die empfohlenen Kapazitäten:

• 8 GB für 720p bis 1080p.
• 16 GB für 4K.
• 32 – 64 GB für 8K, für die kommerzielle Nutzung.

Sind das genaue Zahlen?

Wie Sie vielleicht wissen, wurde bei den neuen Grafikkartengenerationen beschlossen, eine mindestens 8 GB VRAM In einigen Fällen sorgt dies jedoch bei einigen Online-Benutzern für Aufregung, die sich darüber beschweren, dass es nicht ausreicht, aktuelle AAA-Titel mit hohen Grafikeinstellungen zu spielen, selbst bei Auflösungen von 1080p oder Full HD.

Der Grund für diese Bedenken und warum die Mindestanzahl von 8 GB verwirrend ist, liegt darin, dass die benötigte Kapazität Es kommt nicht nur auf die Auflösung an wie Sie dachten. Auch andere Aspekte beeinflussen, wie

• Art des Videospiels: Jeder AAA-Titel kann je nach Faktoren wie Optimierung, Realismus der Grafik usw. mehr oder weniger VRAM-Kapazität erfordern.
• Grafische Konfiguration: da je nach der vom Benutzer gewählten Konfiguration oder Qualität die Menge des verwendeten VRAM steigen oder fallen kann.
• Grafik-Engines oder Game-Engines: Da Spiele immer fortschrittlicher werden und immer realistischere Grafiken bieten, steigt auch der VRAM-Bedarf. Ein Beispiel hierfür ist die berühmte Unreal Engine 5, die für einen reibungslosen Betrieb etwas mehr als 8 GB benötigt.

Derzeit sind 12 GB wohl die neuen 8 GB. Daher ist es am besten, eine Grafikkarte mit mindestens 12 GB zu kaufen.

In Zukunft wird die Entwickler von Videospielen Wer mit Grafikkarten mit nur 8 GB VRAM ein breiteres Publikum erreichen will, steht vor einer großen Herausforderung, da neue Titel auf diesen Karten, selbst optimiert, immer schwieriger laufen werden. Denn aktuelle Grafikqualität und neue Grafiktechnologien erfordern immer mehr Datenspeicherung im VRAM, was den Speicherplatzbedarf erhöht. VRAM speichert nicht nur Texturen, sondern auch Meshes, Shader, Framebuffer und andere zum Rendern der Szene notwendige Daten wie Objekte, Shaderwerte und Beleuchtungsinformationen.

Ich hoffe, Ihnen ist jetzt etwas klarer, was VRAM ist, wofür es verwendet wird und wie viel Sie davon haben sollten …