VRAM (Video-RAM)

Was ist VRAM?

VRAM (Video-RAM) ist jede Art von Random Access Memory (RAM), das speziell zum Speichern von Bilddaten für eine Computeranzeige verwendet wird. VRAM hat die Aufgabe, eine gleichmäßige und reibungslose Ausführung der Grafikanzeige zu gewährleisten. Er ist besonders wichtig für Anwendungen, die komplexe Bildtexturen darstellen oder polygonbasierte dreidimensionale (3D) Strukturen rendern. VRAM wird üblicherweise für Anwendungen wie Videospiele oder 3D-Grafikdesignprogramme verwendet.

Alle Arten von VRAM sind spezielle Anordnungen von dynamischem RAM (DRAM). VRAM ist ein Puffer zwischen dem Computerprozessor und dem Bildschirm und wird oft als Bildpuffer bezeichnet. Wenn Bilder an den Bildschirm gesendet werden sollen, werden sie zunächst vom Prozessor als Daten aus einer Art Haupt-RAM (nicht Video-RAM) gelesen und dann in den VRAM geschrieben.

Vom VRAM werden die Daten als digitales Signal über eine digitale Videoschnittstelle oder eine hochauflösende Multimediaschnittstelle (HDMI) an einen modernen LED-Flachbildschirm (Leuchtdioden) gesendet. Handelt es sich bei dem Bildschirm um ein älteres Kathodenstrahlröhrenmodell oder ist der moderne Bildschirm über einen älteren VGA-Anschluss (Video Graphics Array) mit der Videokarte verbunden, wird das Videosignal zunächst von einem RAM-Digital-Analog-Wandler in analoge Signale umgewandelt, die dann an den Bildschirm gesendet werden. 

Frühere Hochleistungs-VRAMs waren dual-ported, das heißt, während der Prozessor ein neues Bild in den VRAM schreibt, liest der Bildschirm aus dem VRAM, um den aktuellen Bildschirminhalt zu aktualisieren. Das Dual-Port-Design war der Hauptunterschied zwischen System-RAM und VRAM in den 1980er und bis in die 1990er Jahre hinein.

Arten von VRAM

Zu den Arten von VRAM gehören:

• Multibank-DRAM (MDRAM) ist ein von MoSys entwickelter Hochleistungs-RAM. Er unterteilt den Speicher in mehrere 32 Kilobyte (KB) große Teile oder Bänke, auf die einzeln zugegriffen werden kann. Bei herkömmlichem VRAM handelt es sich um einen monolithischen Speicher, bei dem der Zugriff auf den gesamten Bildspeicher auf einmal erfolgt. Einzelne Speicherbänke ermöglichen den gleichzeitigen Zugriff, was die Gesamtleistung erhöht. MDRAM ist auch billiger, da im Gegensatz zu anderen Formen von VRAM die Karten mit genau der richtigen Menge an RAM für eine bestimmte Auflösung hergestellt werden können, anstatt ein Vielfaches an Megabyte zu benötigen.
• Rambus DRAM ist ein von Rambus entwickelter VRAM, der über einen proprietären Bus verfügt, der den Datenfluss zwischen VRAM und dem Bildpuffer beschleunigt.
• Synchronous Graphics RAM (SGRAM) ist ein taktsynchronisierter DRAM, der ein relativ kostengünstiger Videospeicher ist. SGRAM ist ein Single-Ported-Speicher, kann sich aber wie ein Dual-Ported-Speicher verhalten, indem er zwei Speicherseiten gleichzeitig öffnet.
• Window RAM (WRAM) ist ein sehr leistungsfähiger VRAM, der über zwei Anschlüsse verfügt und etwa 25 Prozent mehr Bandbreite als VRAM hat, aber weniger kostet. Seine Eigenschaften machen es effizienter, Daten für die Verwendung in Blockfüllungen und Textzeichnungen zu lesen. WRAM kann für sehr hohe Auflösungen – wie zum Beispiel 1.600 x 1.200 Pixel – unter Verwendung von True Color verwendet werden. Window-RAM ist nicht mit Microsoft Windows verbunden.

VRAM-Nutzung

Moderne Grafikkarten verwenden eine Version von SGRAM namens GDDR6. GDDR6 steht für Graphics Double Data Rate 6 und ist vergleichbar mit DDR4 oder DDR5, die in modernen Computern als System-RAM verwendet werden. GDDR6 ist der Nachfolger von GDDR5 und bietet im Vergleich zu seiner Vorgängerversion eine höhere Kapazität und Bandbreite. GDDR6 ist für gestapelte Chipstrukturen und für den Einsatz in Grafikkarten, Hochleistungsrechnern und Spielkonsolen konzipiert.

Der einzige signifikante Unterschied zwischen VRAM und System-RAM besteht in der Geschwindigkeit und der Fähigkeit, die Dual-Port-Funktionalität zu imitieren, die bei älteren Formen von spezialisiertem VRAM üblich ist.

Für Anwendungen, die auf komplexe Datenverarbeitungsfunktionen angewiesen sind, ist die Menge des VRAM auf der Grafikkarte eines Systems nicht annähernd so wichtig wie die Menge des System-RAM. Eine moderne Business-Workstation kann problemlos ohne Grafikkarte auskommen, da häufig ein Chip auf der Hauptplatine verwendet wird, der den Systemspeicher für die Videoanzeige mitbenutzt.

VRAM kann auch als eine Art alternatives Memory für EOSIO verwendet werden, eine Open-Source-Blockchain-Plattform, mit der Entwickler Blockchain-dApps, also dezentrale Anwendungen, erstellen können.

Mehr VRAM ist besser für Grafikverarbeitungsanwendungen oder High-End-Videospiele. Grafikkarten sind mit unterschiedlichen VRAM-Kapazitäten ausgestattet. Derzeit ist es möglich, Grafikkarten zu kaufen, die auf dem Grafikkartenangebot von Nvidia basieren. Nvidia bietet zum Beispiel die Geforce RTX 3090, 3080 und 3080 Ti an, die alle GDDR6 unterstützen.

Die Bedeutung von VRAM für die Spiele-Industrie

VRAM spielt eine wichtige Rolle für die Leistung beim Spielen, zum Beispiel für die Verkürzung der Ladezeiten und die Verbesserung der Bildqualität. Bestimmte VRAM-Mengen sind notwendig, damit moderne Spiele in verschiedenen Auflösungen laufen können. Das Rendern eines Spiels mit einer Auflösung von 1080p (Pixel) unterscheidet sich beispielsweise vom Rendern eines Spiels mit einer Auflösung von 4K, für das mehr Grafik-Memory erforderlich ist. Um ein Bild mit einer hohen Auflösung erfolgreich zu rendern, wird mehr VRAM benötigt. Andernfalls können die Texturen und Bilder, die ein Benutzer zu rendern versucht, den VRAM überlasten und dazu führen, dass die GPU den Arbeitsspeicher (RAM) mit Daten überflutet, was einen Leistungsabfall verursacht.

Heutzutage sind 4 GB VRAM mehr als genug für 1080p-Spiele. Benutzer, die in Quad-HD- und Ultra-HD-Auflösungen spielen, sollten sich jedoch für 8 GB entscheiden.

Für Spiele benötigen Benutzer im Allgemeinen:

• 2 GB für 720p
• 4 GB für 1080p
• 6 GB bis 8 GB für 1440p
• 8 GB bis 12 GB für 2160p oder 4K

Für die Videobearbeitung benötigen die Benutzer in der Regel:

• 8 GB für 720p- bis 1080p-Dateien
• 16 GB für 4K-Dateien
• 32 GB für die Bearbeitung aller Arten von Dateien
• 64 GB für professionelle oder kommerzielle Nutzer, die 8K-Dateien bearbeiten möchten

RAM vs. VRAM

Vereinfacht ausgedrückt ist VRAM eine Art von RAM. RAM bezieht sich auf das allgemeine Memory des Computers. Ein anderer RAM-Typ, der synchrone DRAM, wird von Computern benötigt, um Programme auszuführen, ein Betriebssystem zu laden und Aufgaben zu erledigen.

VRAM ist der Teil des Arbeitsspeichers, der speziell für die Verarbeitung von grafikbezogenen Aufgaben vorgesehen ist. Im VRAM werden alle Bild- und Grafikdaten gespeichert, die auf dem Bildschirm des Computers angezeigt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Anzeige von Grafiken reibungslos und gleichmäßig erfolgt. Höhere VRAM-Kapazitäten bedeuten, dass mehr Grafikdaten schneller verarbeitet werden können. Höhere VRAM-Kapazitäten ermöglichen bessere Bildwiederholraten, Renderings und eine allgemeine Emulation der Physik bei videobasierten Technologien. Grafikkarten sind mit unterschiedlichen Mengen an VRAM ausgestattet.

Geschichte des VRAM

Frederick Dill, Daniel Ling und Richard Matick erfanden VRAM 1980 im IBM Research Center. Fünf Jahre später wurde es patentiert. Im Jahr 1986 wurde der erste kommerzielle Videospeicher in einem hochauflösenden Grafikadapter für das RT-PC-System von IBM eingesetzt.

Nach der Markteinführung dieses PCs sanken die Kosten für Dual-Port-Speicher erheblich, und immer mehr Menschen begannen, VRAM zu verwenden. Darüber hinaus verbesserte VRAM den gesamten Framebuffer-Durchsatz und ermöglichte kostengünstigere, hochauflösende und schnelle Farbgrafiken.