Grafikspeicher

Beim Grafikspeicher (auch Videospeicher oder VRAM) handelt es sich um den für Grafikberechnungen zu Verfügung stehenden flüchtigen Speicher. Bei Onboard-Grafikkarten handelt es sich um einen reservierten Bereich des Arbeitsspeichers, bei dedizierten Grafiklösungen um ein für diesen Zweck verbautes Speichermodul, das auch Video-RAM genannt wird. Im Grafikspeicher werden die im Folgenden beschriebenen Informationen zur Grafikerzeugung abgelegt bzw. ausgelesen:

• Im Framebuffer werden die Berechnungen zur Bildsynthese abgelegt und entsprechen einer digitalen Kopie des aktuellen Monitorbildes. Die Größe des Framebuffers richtet sich nach der verwendeten Auflösung (z.B. 1.600 × 1.200), der benutzten Farbtiefe (z.B. 32 Bit pro Pixel, True Color), dem Antialiasing-Modus und dem verwendeten Framebufferkonzept. Der Speicherbedarf eines Frames der genannten Größe beträgt rund 5,5 MB.
• Der z-Buffer ist eine Information, die die Darstellung von 3D-Inhalten optimiert: Für jeden Bildschirmpunkt ist ein Wert zur Tiefeninformation gespeichert, die darüber entscheidet, welches Objekt abgebildet, bzw. von einem anderen verdeckt wird. Der z-Buffer spielt auch bei einigen Kompressionsverfahren eine Rolle.
• DirectX und OpenCL sind Vertreter von systemeigenen Grafikbibliotheken, die im Grafikspeicher auf Vertex-Shader- und Pixel-Shader-Programme zurückgreifen. Diese maschinencodeähnlichen Operationen ermöglichen die Verformung von Objekten oder grafische Effekte (zum Beispiel Schattenwurf, Spiegelung) ohne die CPU des Rechners zu belasten. Die Vertex- und Pixel-Shader-Programme werden direkt im Grafikspeicher abgelegt.
• 3D-Darstellungen erfolgen seit der Einführung von DirectX auf der Basis von Dreiecken. Auch die Geometriedaten mit den Eckpunkten dieser Polygone werden im Grafikspeicher den darzustellenden Flächen (Texturen) zugeordnet.
• Die als Texturen bezeichneten Oberflächen einer Szene werden komprimiert im Grafikspeicher abgelegt und beanspruchen einen Großteil des Speicheranteils.

Bis Ende der 1970er Jahre gab es keine gesonderte, für Berechnungen zur Bildschirmausgabe verantwortliche Recheneinheit. Alle nötigen Rechenschritte wurden direkt vom Hauptprozessor (CPU) vorgenommen und im Hauptspeicher des Computers zwischengespeichert. Die erste Generation der Grafikkarten (bis ca. 1990) verwendete den lokalen Grafikspeicher lediglich als Framebuffer, das heißt die GPU nimmt die vorberechneten Pixeldaten der CPU entgegen und legt sie im lokalen Grafikspeicher ab. Die zweite GPU-Generation enthielten sogenannte Windows-Beschleuniger und konnten somit einige wenige Befehle (zum Beispiel "zeichne ein Viereck") selbständig ausführen. Der lokale Grafikspeicher dieser Generation besaß zwischen 1 MB und 8 MB, der durch DRAM, EDO RAM, VRAM oder MDRAM realisiert wurde. Die beiden zuletzt genannten sind Technologien, die speziell für Grafikkarten entwickelt wurden.

Mitte der 1990er Jahre kamen die ersten echten 3-D-Beschleuniger auf den Markt. Dreieckstransformationen und Texture Mapping wurde von diesen Karten selbständig berechnet. Ende 1999 erschien NVIDIAS GeForce256 mit erstmals 32 MB SGRAM und Mitte 2002 die ATI Radeon 9700 Pro mit 128 MB DDR-SDRAM – die erste vollständig DirectX 9.0 kompatible Grafikkarte. Bei aktuellen Systemen sitzt die GPU auf einer separaten Steckkarte, die über ein Bussystem (meist PCI-Express oder früher auch AGP) mit der CPU und dem Hauptspeicher verbunden ist. Auf der Steckkarte befindet sich speziell auf Grafikoperationen abgestimmter Halbleiterspeicher, der direkt für die GPU verfügbar ist. Neue Entwicklungen bei den Grafikkarten enthalten bis zu 16 GB GDDR5-SDRAM (Stand 2012). Marktüblich sind jedoch aufgrund fehlender Software, die den riesigen Speicher ausnutzen könnte, 512 MByte (Notebooks) bis 4 GB Grafikspeicher bei Desktoprechnern für Gaming und 3D-Bearbeitung.