Ratgeber: "Hardware"

Grafikkarte als Software-Beschleuniger

Immer mehr Software-Programme profitieren von der Grafikkarten-Power. Doch je nach Einsatzbereich unterscheiden sich die Anforderungen ganz entschieden. Welche Grafikkarten-Familie macht wann Sinn? Eine Standort-Bestimmung.

Grafikkarte als Software-Beschleuniger

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Grafikkarte als Software-Beschleuniger

Vor wenigen Jahren noch genossen Software-Programme "Exoten-Status", die deutlich durch die Grafikkarten-Beschleunigung profitieren konnten.

Vorreiter waren Systeme unter einem Linux-Betriebssystem wie Autodesk Flame oder DaVinci Resolve, die, hervorragend unterstützt durch das Betriebssystem, zahlreiche Grafikkarten (GPUs) ansteuern und für besonders aufwändige Berechnungen nutzen konnten. Der grundsätzliche Vorteil der GPU-Unterstützung ist die weit höhere Zahl der bereit stehenden Rechenkerne: Während eine schnelle CPU wie die i7-3930K gerade mal sechs Rechenkerne besitzt, stellt etwa die Quadro 4000 256 Rechenkerne bereit.

Zu den ersten Windows-Programmen mit integrierter GPU-Unterstützung zählt das einst von Fast Multimedia entwickelte Schnittprogramm Liquid. Liquid nutzt die GPU-Hilfe zum Hintergrund-Rendering sowie für die Berechnung von dafür vorgesehenen (GPU-)Effekten.

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Im Handumdrehen konvertiert Media Espresso AVCHD-Streams. Mit der AMD-GPU quittierte das Programm jedoch den Dienst.

Mit den aktuellen Windows- und Mac-OS-Betriebssystemen sind GPU-beschleunigte Software-Programme längst Standard in wichtigen, besonders rechenintensiven Bereichen. Auch die GPU-Unterstützung von Web-Browsern gehört mittlerweile zum guten Ton. Seit Version 1.1 nutzt der beliebte VLC Player die GPU-Unterstützung beim Abspielen. Und das jüngste WinZip lässt sich beim Kodieren von komprimierten ZIP-Dateien von der Grafikkarte helfen.

Mit Nvidias CUDA, dem von AMD favorisierten OpenCL und Microsofts DirectCompute existieren mittlerweile auch standardisierte APIs für die Nutzung von GPUs als Coprozessor, mit denen die Programmierung einfacher wird. Glänzen können GPUs vor allem bei Aufgaben, die sich gut parallelisieren lassen. Bei unseren Tests mit den Workstation-GPUs Quadro 600 und 4000 sowie den schnellen Grafikkarten GTX 560 Ti und HD 7970 zeigte sich, dass in der Realität die GPU-Unterstützung nicht immer hilft.

Bildbearbeitung

Ob eine GPU-Beschleunigung im Bereich der Bildbearbeitung viel Sinn macht, ist bei den Herstellern umstritten. Adobe ist die Feststellung wichtig, dass viel Wert auf eine Hardware-Beschleunigung gelegt wurde. Dies mache sich besonders bei der Berechnung aufwändiger Effekte bemerkbar. Ein Paradebeispiel dafür sind die Weichzeichner-Filter. Mit der neuen Generation von AMD-Grafikkarten soll sich die Berechnungszeit dieser komplexen Filter mittels OpenCL auf rund ein Zehntel gegenüber der Software-Beschleunigung verkürzen.

Eine ganze Reihe von Funktionen stehen in Photoshop Extended vor CS6 nur dann zur Verfügung, wenn der Anwender eine passende Grafikkarte verwendet. Dies betrifft insbesondere die in seit einigen Programmgenerationen zunehmend ausgebauten, einfachen 3D-Funktionen. CS6 merkt zwar, welche GPU für die Hardware-Beschleunigung in Betracht kommt, profitiert aber offenbar auch bei ausgeschalteter Hardware-Beschleunigung von der passenden GPU.

Mitbewerber Corel dagegen vertritt die Auffassung, dass eine Auslagerung von Rechenoperationen auf die Grafikkarte - wie bei den Zeichenprogrammen - wenig Sinn mache. Daher verzichtet Corel bei Programmen wie Paint Shop Pro, Photo-Paint oder CorelDraw auf die GPU-Beschleunigung.

3D-Visualisierung

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Die inzwischen schon recht betagte MainConcept Reference konvertiert Daten mit den anerkannt guten MainConcept Codecs offenbar ohne GPU-Hilfe.

Für die Berechnung von 3D-Modellen ist die Grafikkarten-Unterstützung spätestens dann erforderlich, wenn mit aufwändigen Texturen und erst recht mit fotorealistischer Beleuchtung gearbeitet wird. Beim Einsatz nicht zertifizierter Grafikkarten kann es durchaus zu ärgerlichen Texturierungsfehlern kommen - für die es dann durch die 3D-Software-Hersteller keinen Support gibt.

Auf unseren Testkonfigurationen erfolgten alle Renderings mit 3ds 2013 rasend schnell. Die 3D-Modelle ließen sich auch mit zahlreichen Texturen und anspruchsvoller Beleuchtung in Echtzeit drehen. Die Qualität der Darstellung durch die Quadro-Grafikkarten überzeugte subjektiv am meisten. Für unsere Tests verwendeten wir die vom Hersteller mitgelieferten Szenen sowie eine aufwändig erstellte 3D-Szene, die uns freundlicherweise die Hannover Firma 3D-Artifex zur Verfügung gestellt hatte.

Im 3D-Bereich sind Workstation-Grafikkarten wie die Nvidia Quadro-Reihe oder die ATI FirePro angesagt. Bei den für Windows 7, 64 Bit, zertifizierten Grafikkarten von ATI fällt jedoch auf, dass die zum Redaktionsschluss zertifizierten Karten ausnahmslos aus den Jahren 2010/2011 stammen.

Unter vorgehaltener Hand bestätigten Autodesk-Mitarbeiter dem PC Magazin, dass "aufgrund der besseren Treiberunterstützung" durch die Quadro-Grafikkarten diese vorläufig die bessere Wahl seien.

Datenkonvertierung

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Auf optimale GPU-Beschleunigung sind Grading-Programme, hier: Assimilate Scratch, zwingend angewiesen. Hier punktet die Quadro 4000.

Die Umwandlung von Videos und Musikclips in andere Formate kann enorm viel Zeit fressen. Praktisch ist die Option, ein (qualitativ möglichst hochwertiges) Video gleich für unterschiedliche Ziele wie die Web-Wiedergabe in Youtube, das Smartphone oder die Präsentation am Beamer in unterschiedlicher Auflösung auszugeben.

Dafür gibt es eine Reihe von Konvertern, die dies komfortabel erledigen. Wir verwendeten für unsere Berechnungen die MainConcept Reference, die besonders viele exakte Einstell-Optionen enthält und (nach Freischaltung) sogar die Ausgabe als MXF-Container für Kino-Ausstrahlungen ermöglicht. Dabei fiel auf, dass wir keine relevanten Unterschiede mit allen verwendeten Grafikkarten feststellen konnten.

Eine auch technologisch spannende Alternative ist CyberLink Media Espresso. Das Programm läuft am schnellsten mit Intels Quick-Sync-Video, einer in der Intel-GPU integrierten, spezialisierten Encoding-Engine. Mit ihr hängt das Programm sogar schnelle GeForce-GPUs ab, bei denen diese Arbeit durch die als Cuda-Cores bezeichneten Shader erledigt wird.

In unseren Tests ließen wir unter anderem 38 AVCHD-Streams ins H264-HD-Format umrechnen. Dabei lieferten die Quadro 4000 und die GeForce GTX 560 Ti praktisch identische Ergebnisse, die Quadro 600 braucht dafür rund doppelt so lange. Seltsam verhält sich die HD 7970: Die ersten drei Streams wandelte die AMD-GPU rasant ins gewünschte Dateiformat um, dann zählte Media Espresso nur noch die Sekunden der Bearbeitung. Diese erfolgte jedoch in der Realität nicht weiter. Nach rund einer halben Stunde Wartezeit brachen wir den (mehrfach wiederholten) Versuch schließlich genervt ab.

Spiele

Nvidia nutzt die GPU bei dafür ausgelegten Spielen nicht nur für die Grafikdarstellung, sondern mittels PhysX auch als Coprozessor für anspruchsvolle Partikeleffekte oder die realistische Darstellung sich bewegender Kleidung. PhysX kann auch auf der CPU laufen, allerdings deutlich langsamer.

Videoschnitt

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After Effects CS6 rechnete mit der GeForce-Karte am schnellsten - obwohl diese GPU laut Adobe keine Hardware-Beschleunigung bietet.

Entscheidend beim Videoschnitt ist die Echtzeit-Darstellung der Videodaten in endgültiger Qualität. Zugleich muss die Ausgabe des fertigen Films in unterschiedlichen Formaten flott und in einstellbarer Qualität erfolgen.

Einige Hersteller übergeben dazu optional die Dateien an ein spezielles Konvertierungsprogramm, der Avid Media Composer nutzt dazu das mitgelieferte Sörensen Squeeze, Adobe verwendet den Media Encoder.

Um die vielfältigen Anforderungen an die Wiedergabequalität bei unterschiedlicher Hardware zu erfüllen, bieten die meisten Hersteller die Option, die Vorschau-Qualität zu reduzieren, um einen flüssigen Ablauf sicher zu stellen. Mit etwas reduzierter Vorschauqualität lässt sich oft leichter leben als mit ruckelnden Bildern. Führende Videoschnitt-Software-Hersteller gehen unterschiedliche Wege, um die sehr unterschiedlichen Anforderungen zu bewältigen.

Grass Valley, das mit Edius ein extrem performantes Programm anbietet, verdankt diese Geschwindigkeit stark seinen optimierten Codecs. Für die Standardaufgaben spielt es kaum eine Rolle, mit welcher Grafikkarte Sie arbeiten - natürlich macht sich eine schnelle GPU durch flotteren Grafikaufbau bemerkbar.

Dies gilt für den Bildaufbau auch für Adobe Premiere Pro ab CS5. Vor allem beim Rendering kann sich die Wartezeit mit GPU-Unterstützung deutlich verringern - problematisch wird dies, wenn Sie auch nur einen nicht optimierten Effekt verwenden. Bei der Wiedergabe-Qualität von hoch auflösendem RedOne-Material glänzten die Quadro-Karten. Sie zeigten das Bild weit ruckelfreier und ohne die sonst gelegentlich auftauchenden Darstellungsfehler.

Avid setzt für einige Programme unter Windows Quadro-Karten voraus. Dafür lassen sich auch hoch auflösende Raw-Daten in guter bis sehr guter Qualität flüssig abspielen - sogar mit älteren Quadro-Karten wie der FX 3700.

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Dank der bis zu 2000 als Shader bezeichneten Rechenkerne in modernen Grafikprozessoren können Aufgaben wie wissenschaftliche Berechnungen, Video- und Audiokodierung, Strömungssimulationen, mathematische Berechnungen und Rendering in viel kürzerer Zeit als nur mithilfe der CPU durchgeführt werden. Die Verteilung der Aufgaben an die Rechenkerne ist jedoch nicht trivial. Abgebildet ist das Prinzip am Beispiel der Programmierschnittstelle OpenCL.

Magix richtet sich vor allem an den Massenmarkt. Der deutsche Hersteller setzt für seine aktuellen Produkte der Video deluxe MX-Reihe sowie MAGIX Video easy 4 HD auf die Hardware-Beschleunigung via Direct3D, das alle modernen Grafikkarten nutzen, nicht nur OpenCL und CUDA. So werden unter anderem alle Effekte aus dem Bereich "Bewegungseffekte", alle Effekte aus dem Bereich "Helligkeit/Kontrast" sowie "Farbe" mit Ausnahme der Auto-Funktionen, RGB-Regler und roten Augen und die Standard-Mischfunktionen (Stamp, Mix) beschleunigt.

Das gilt auch für einige externe Plug-ins, derzeit nur von ProDAD (Vitascene), Blenden/Übergänge, Deinterlacing, Farbkonvertierungen sowie bei den Ausgabefunktionen etwa für die Bildskalierung und stereoskopische Ausgabefunktionen.

Grading und Compositing

Grading-Programme wie DaVinci Resolve oder SpeedGrade lassen sich praktisch nicht ohne passende GPU verwenden. SpeedGrade stürzte beim Versuch, 4K-Material mit GeForce- oder AMD-Radeon-GPUs zu bearbeiten, binnen Sekunden ab. Diese Programme wollen für die Berechnungen mindestens eine flotte Quadro-GPU als Beschleuniger. Auch Compositing-Programme wie After Effects profitieren von mehreren GPUs im System.

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