VRAM – Grafikspeicher und sein Ersatz durch Unified Memory

Bei der Verarbeitung von Eingaben sowie der Berechnung von Ausgaben am Computer kommen verschiedene Komponenten zum Einsatz. Am bekanntesten dürften der Hauptprozessor (CPU) und sein Arbeitsspeicher (RAM) sein. Hinzu kommt die Grafikkarte oder der Grafikchip (GPU) für die Berechnung von Bildern, Videos, Animationen, Effekten und dergleichen. Und genau diese Grafikeinheit bringt oftmals ihren eigenen Speicher mit – den sogenannten VRAM. Was dieser VRAM ist und warum er – zumindest am Apple Mac – durch Unified Memory abgelöst wurde, das erfahrt ihr hier.

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Was ist der VRAM am Computer? Welche dedizierten Aufgaben hat der Speicher der Grafikkarte? Und wie löst Unified Memory den VRAM am Apple Mac ab? Auf diese und weitere Fragen bekommt ihr hier die Antworten!

Kapitel in diesem Beitrag:

1 Was ist ein VRAM?
2 Die Rolle des VRAM in der Grafikwelt
3 Größe und Schnelligkeit des VRAMs sind wichtig
4 Gemeinsamer Speicher am Apple Silicon (M-Chip) ersetzt den VRAM
5 Vorteile des gemeinsamen Arbeitsspeichers von CPU und GPU
6 Tipp: Lieber mehr Arbeitsspeicher als öfter einen neuen Mac kaufen
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Was ist ein VRAM?

VRAM ist ein dedizierter Speichertyp, der speziell für die Verarbeitung von Grafikdaten eingesetzt wird. Anders als der herkömmliche Arbeitsspeicher (Random Access Memory, oder kurz RAM), der vom Hauptprozessor (CPU) verwendet wird, ist der VRAM (Video Random Access Memory) direkt mit der Grafikkarte oder GPU verbunden. Dieser Speicher ermöglicht es der Grafikkarte, große Mengen an Bilddaten, Texturen, Shader-Programmen und anderen Grafikelementen effizient zu verarbeiten und für die Anzeige auf dem Monitor vorzubereiten. Zudem ermöglicht es die Kombination aus GPU und VRAM, eigene Bild- und Videoelemente zu erstellen, sie zu bearbeiten, komplett virtuelle Umgebungen zu schaffen, Videospiele zu spielen und mehr.

Die Rolle des VRAM in der Grafikwelt

Die Verwendung von VRAM ist von entscheidender Bedeutung, wenn es darum geht, hochauflösende Grafiken, anspruchsvolle visuelle Effekte, reibungslose Animationen in Videospielen, 3D-Modellierung, Videobearbeitung und andere grafikintensive Anwendungen zu ermöglichen. Hier sind einige Kernkompetenzen, die den VRAM in der digitalen Grafikwelt auszeichnen:

Speicher für Texturen: Texturen sind Bilder oder Muster, die auf 3D-Modelle und Oberflächen aufgebracht werden, um einen gewissen Realismus und den geforderten Grad an Details zu ermöglichen. Der VRAM speichert diese Texturen, was zu einem schnellen und nahtlosen Zugriff führt, sodass Verzögerungen beim Rendern vermieden werden.
Speicher für Framebuffer: Der Frame-Buffer, oder zusammen geschrieben Framebuffer, ist der Bereich des Speichers, in dem das fertige Bild gerendert wird, bevor es auf dem Bildschirm angezeigt wird. Ein größerer VRAM ermöglicht es, höhere Auflösungen und mehr Farbtiefe zu unterstützen, was zu einer besseren Bildqualität führt.
Shader-Programme und Effekte: Moderne Grafikanwendungen verwenden Shader-Programme, um komplexe visuelle Effekte zu erzeugen, wie z. B. Lichteffekte, Schatten und Partikel-Animationen. Diese Art von Software erfordert einen erheblichen Speicherplatz, den der VRAM bereitstellen kann, um eine flüssige Darstellung sicherzustellen.
Multi-Monitor-Setups: Wenn mehrere Monitore zum Einsatz kommen, dann müssen natürlich auch entsprechend mehr Bilder mit der jeweiligen Auflösung berechnet werden. Um nun auf zwei, drei oder sogar mehr Displays eine hohe Auflösung und eine geeignete Framerate zu bieten, sorgt der VRAM für die nötigen Berechnungen und Bildausgaben.
VR-Anwendungen: Soll eine immersive Virtual-Reality-Umgebungen genutzt werden, benötigt die Grafikkarte zusätzlichen Speicher. Die gesteigerten Anforderungen der erhöhten Bildschirmauflösungen und Bildverarbeitung können nur mit einem passenden VRAM bewältigt werden. Immerhin gilt es, 3D-Inhalte für gleichzeitig zwei hochauflösende Displays mit möglichst geringer Latenz zu liefern.

Größe und Schnelligkeit des VRAMs sind wichtig

Die Menge und Geschwindigkeit des VRAMs haben eine direkte Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Grafikkarte oder des GPU-Chips. Zu wenig VRAM kann zu Rucklern, zu Texturverzögerungen, niedrigerer Bildqualität und Einbrüchen in der fps-Zahl von Echtzeit-Rendern führen – insbesondere in anspruchsvollen Spielszenen. Eine lieber zu große als zu kleine Menge an VRAM ermöglicht es der Grafikkarte, die benötigten Daten effizient zwischen zu speichern, schnell abzurufen und effektiv zu verarbeiten. Sucht ihr also nach einer neuen Grafikkarte oder wollt ihr einen neuen Computer mit Unified Memory kaufen, dann achtet nicht nur auf CPU, RAM und GPU, sondern auch auf den VRAM bzw. den von CPU und GPU geteilten Arbeitsspeicher.

Gemeinsamer Speicher am Apple Silicon (M-Chip) ersetzt den VRAM

Dass sich der Hauptprozessor (CPU) und der Grafikchip (GPU) den gleichen Arbeitsspeicher teilen, ist nichts komplett neues. Apple hat dieses Konzept allerdings seit der Umstellung von Intel-Prozessoren auf den eigenen „Apple Silicon“ im großen Stil umgesetzt. Dabei ist übrigens zu beachten, dass es sich beim gemeinsamen Arbeitsspeicher von modernen Macs mit M-Chips um ein „Unified Memory“ handelt. Dieser spricht der GPU je nach Bedarf dynamisch die richtige Menge des Speichers zu. Dementgegen steht der geteilte Arbeitsspeicher, auch „Shared Memory“, welcher der GPU einen festen Teil des Arbeitsspeichers zuspricht. Mehr dazu in diesem Beitrag: Shared Memory und Unified Memory – Unterschiede, Vorteile und Nachteile.

Vorteile des gemeinsamen Arbeitsspeichers von CPU und GPU

Die gemeinsame und dynamische Nutzung des gleichen Speichers bietet verschiedene Vorteile für die Berechnung von digitalen Inhalten am Computer. Am Apple Mac mit M-Chip ergeben sich zum Beispiel die folgenden Punkte:

Effiziente Nutzung: Durch die gemeinsame Nutzung des Speichers zwischen CPU und GPU wird der Datenaustausch zwischen den beiden Prozessoren beschleunigt, was zu einer effizienteren Verarbeitung von Grafikdaten führt. Datenwege und Zugriffszeiten werden verkürzt und somit ein schnelleres Arbeiten ermöglicht.
Flexibilität: Da keine strikte Trennung zwischen RAM und VRAM besteht, kann der gemeinsame Speicher je nach Bedarf für verschiedene Aufgaben neu verteilt werden. CPU-intensive Apps können also genauso vom Apple Silicon profitieren wie GPU-intensive Apps.
Kosten- und Energieeffizienz: Durch die Integration von RAM und VRAM in einen einzigen Pool kann der Bedarf an teurem dedizierten Grafikspeicher reduziert werden, was zu kosteneffizienteren Hardwaredesigns führt. Natürlich merkt man das bei Apple nicht unbedingt, da Macs allgemein preisintensiv sind.

Tipp: Lieber mehr Arbeitsspeicher als öfter einen neuen Mac kaufen

Jens hat es schonmal im Sir Apfelot Podcast erwähnt: Wenn ihr euch einen neuen Mac mit Apple Silicon kauft, dann müsst ihr für rechenintensive Einsätze nicht unbedingt die größte Version der aktuellen Chip-Generation (z. B. M2 Ultra) oder jedes Jahr einen Mac oder ein MacBook mit neuem M-Chip kaufen, um die aktuellsten Apps nutzen zu können. Wichtiger ist, dass ihr ausreichend Arbeitsspeicher wählt. Mindestens 16 GB solltet ihr einbauen lassen, wenn ihr neben E-Mail, Textverarbeitung und anderen Büro-Sachen auch Grafikbearbeitung, Videoschnitt u. ä. realisieren wollt. Besser sind 32 GB – mit einigen Chips sind sogar bis zu 192 GB möglich.

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