PCI Express für Grafikkarten

Grafikschnittstellen im Wandel

Die ersten Grafikkarten für PCs wohnten Anfang der 80er Jahre in der immer noch bekannten ISA-Schnittstelle. Der 16 Bit breite Bus arbeitet mit einer Taktfrequenz von 8,33 MHz. Er erreicht eine rechnerische Bandbreite von 15,9 MByte/s. Mit der Einführung von Windows 1985 stiegen die 2D-Datenmengen zur Grafikkarte, denn Microsoft stattete das Betriebssystem mit einem Grafik-User-Interface (GUI) aus. Um dem hohen Datenaufkommen gerecht zu werden, verabschiedete das PCI-SIG-Konsortium - und allen voran Intel - 1993 die finale PCI-Spezifikation in der Version 2.0.

Der Peripheral Component Interconnect (PCI) verfügt über einen 32-Bit-Datenbus und erlaubt Taktraten von 8 bis 33 MHz. Die maximale theoretische Bandbreite beträgt 127,2 MByte/s. Mit der Erweiterung der PCI-Spezifikationen auf Version 2.3 sind sogar Frequenzen bis 66 MHz bei 64 Bit Busbreite zulässig.

Mit der immer stärkeren Nutzung von 3D-Applikationen erwies sich das PCI-Interface schon bald als zu langsam, insbesondere da der PCI-Bus auch noch parallel andere Einsteckkarten verwalten musste. Mitte 1998 verabschiedete die PCI-SIG den Standard AGP 1x/2x und Ende des Jahres AGP 4x. Der "Accelerated Graphics Port" (AGP) ist ein modifiziertes PCI-Interface. Anders als PCI ist der AGP-Bus nicht an den I/O-Baustein des Chipsatzes angebunden, sondern als Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Grafikkarte und Chipsatz ausgelegt. Die AGP-Schnittstelle arbeitet mit einem Grundtakt von 66 MHz und erreicht über den 32-Bit-Datenbus im AGP-/2x-Modus eine maximale Transferrate von 508,6 MByte/s und im AGP-4x-Betrieb 1017,3 MByte/s. Die letzte Entwicklungsstufe des AGP-Ports beschreibt die Spezifikation 3.0 (September 2002) mit dem AGP-8x-Standard. Mit einer Vervierfachung der Frequenz auf bestimmten Steuerleitungen erreicht AGP 8x eine Bandbreite von 1,99 GByte/s.

Die nächste Performance-Stufe der Grafikschnittstelle soll 2004 PCI Express einläuten. Für die hohen Datenmengen - um aufwendige fotorealistische Grafiken zu berechnen - steht mit der ersten Generation des PCI-Express-Grafikbusses standardmäßig eine x16-Link-Verbindung zur Verfügung. Die nominale Bandbreite beträgt 3,73 GByte/s je Richtung und 7,46 GByte/s bidirektional. Je nach benötigter Bandbreite sind auch Grafikschnittstellen mit geringerer Link-Anzahl möglich. In der nachfolgenden Generation des PCI-Express-Grafik-Interface sollen Link-Verbindungen bis x32 möglich sein.