Nachbrenner für Grafikkarten

Jeder leidenschaftliche Gamer kennt das Problem: man hat zwar einen

recht schneller Prozessor und auch genügend Hauptspeicher, sogar
die Grafikkarte ist schon das neueste Modell, doch die Leistungssteigerung
hält sich noch in Grenzen. Hmmm, das kann man so eigentlich nicht sagen.
Aber fangen wir mal von Vorne an…

In grauer Vorzeit musste die CPU die komplette Berechnung komplexer
Geometrie berechnen und sie anschließend der Grafikkarte zukommen
lassen, welche die Daten dann “nur” noch auf den Bildschirm zu bringen
hatte. Mittlerweile ist die Technik aber schon soweit ausgereift, dass
die Grafikkarte mittels eigenem Prozessor Bilddaten berechnet und auch
ausgibt. Das entlastet natürlich die zentrale CPU erheblich und dank der
eingesparten Rechenzeit können hierfür andere Berechnungen durchgeführt
werden, die zur realistischen Darstellung im Spiel später benötigt werden.
Doch trotzdem will sich ein Sprung in der Performance nicht so recht
einstellen. Das liegt eben daran, dass die heutigen Spiele immer bessere
Grafik hervorzaubern können als früher. Ebenso die Auflösung und Farbtiefe
spielen dabei eine nicht unerhebliche Rolle. Denn die Grafikkarte hat eben
nur eine begrenzte Speicherbandbreite, d. h. es können eben immer nur
gewisse Datenmengen gleichzeitig transportiert werden. Man spricht hierbei
vom sogenannten “Flaschenhals”. Doch wie kann ich dem abhelfen?

Nun, da gibt es drei Möglichkeiten: erstens, man erhöht die Datenbusbreite.
Das erreicht man dadurch, indem man halt mehr Pins an der Grafikkarte
implementiert. So können mehr Daten in der gleichen Zeit befördert werden.
Zweitens, man erhöht den Speichertakt. Auch hier ist es dann möglich,
mehr Daten in der gleichen Zeit zu transportieren. Allerdings ist das nur bis
zu einem gewissen Punkt möglich. Schließlich gibt es noch die Möglichkeit,
beide Flankensignale eines Taktes als Transfersignal zu benützen. Mit Hilfe
des DDR SDRAM ist das nun möglich.

Die gängigsten Grafikboards besitzen heutzutage einen 128-Bit Datenbus.
Um den Unterschied vom herkömmlichen SDR SDRAM im Gegensatz zum DDR SDRAM
aufzuzeigen, sollte man sich diese einfache Rechnung mal anschauen:

16 Byte (128 Bit) x 166 MHz (SDR SDRAM) = 2.67 GB/s

Und das Gleiche mit DDR-Speicher:

16 Byte (128 Bit) x 333 MHz (DDR SDRAM) = 5.33 GB/s

Durch die Benutzung beider Flanken wird die Taktrate verdoppelt.
Wie man also sieht, verdoppelt sich die Bandbreite mit Hilfe von
DDR-Speicher. Theoretisch wäre es auch möglich, QDR SDRAM herzustellen,
welcher jedoch erheblich schwerer in der Herstellung ist. Doch damit könnte
die bandbreite sogar vervierfacht (4x) werden. Diese Fillraten
können in der Praxis jedoch nie ganz erreicht werden, da ein Teil der
Bandbreite für Framebuffer, Texturebuffer und Z-Buffer verwendet werden.

Leider machen bei den High-End-Grafikboards die Speicherchips den Löwenanteil
des Preises aus, da schnellere Speicherchips extrem teuer sind. Schon jetzt
werden 5ns-Chips kaum für Karten benützt, da diese den Preis erheblich in
die Höhe treiben. Eine Alternative gibt es da allerdings: Rambus Video Speicher.

Obwohl RDRAM-Chips relativ wenig Pins besitzen, kann ein einzelner Baustein
doch immerhin mit bis zu 1.6 GB/s (PC-800) und 2.1 GB/s (PC-1066) an
Datendurchsatz aufwarten. Die genaue Funktionsweise von RIMMs (RDRAM Modulen)
erspare ich mir hier, da ja schon genügend darüber berichtet wurde. Ein
einzelner Rambus Kanal ist also in der Lage, bis zu 2.1 GB/s an Bandbreite
zu liefern, jedoch mehrere parallel benutzte Kanäle erhöhen die Bandbreite.
Intels i840 Chipsatz zum Beispiel unterstützt zwei parallele PC-800 Rambus
Kanäle und kann somit bis zu 3.2 GB/s an Daten übertragen.

Hmmm, vorhin war doch die Rede davon, die Bandbreite zu erhöhen. Gerade
eben erwähnte ich noch, das Rambus bis zu 3.2 GB/s übertragen kann, mit
DDR-Speicher jedoch bis zu 5.33 GB/s. Rambus benutzt auch nur einen 16-Bit
Bus. Interpolieren wir das mal auf die Grafikkarten, welche ja 64 Bit oder sogar
128 Bit ansteuern, ergibt sich daraus wieder ein völlig neues Bild:

64-Bit / 16-Bit = 4; 4 x 1.6 GB/s = 6.4 GB/s für einen 64-Bit Datenbus

Das gleiche Spiel mit 128-Bit:

128-Bit / 16-Bit = 8; 8 x 1.6 GB/s = 12.8 GB/s bei einem 128-Bit Datenbus

Schon wesentlich besser, was? Natürlich sind das aber nur Spekulationen
und stehen noch im keinen Verhältnis zur Realität. Aber wenn man schon
mal am spekulieren ist, dann auch richtig. Rambus hat ja vor kurzem
ihren Quad Rambus Signaling Level – kurz QRSL – vorgestellt. Funktionalität
sei mal wieder dahingestellt, wer genaueres wissen möchte, wende sich doch
direkt an Rambus.
Durch diese Multi-Level-Signal Technik können dann nicht nur “High” oder
“Low” (1 oder 0) Signale übermittelt werden, sondern immer 2 Bits gleichzeitig.
Das sieht dann so aus: Logische 00,01,10 und 11. Somit ergeben sich dann
theoretische Transferraten von bis zu 25.6 GB/s. Eigentlich traumhafte
Angaben. Doch wie steht’s denn mit den Preisen? RIMM-Bausteine sind ja nicht
gerade für ihre niedrigen Preise bekannt…

Wenn RIMM-Speicher schon für PCs teilweise unerschwinglich sind, werden sie
das zwangsweise auch für Grafikkarten sein. Allerdings sinken die Preise
für Rambus-Bausteine ja weiter, zwar nicht besonders schnell, aber immerhin.
Bleibt abzuwarten, was sich in Zukunft in Sachen Performance bei der Grafik
tun wird.

Quelle: Hardware Central