RAM vs. VRAM: Was unterscheidet Arbeitsspeicher von Grafikspeicher?

Arbeitsspeicher und Grafikspeicher sind wichtige Bausteine eines Spiele-PCs. Doch wo liegen die Unterschiede zwischen RAM und VRAM?

von Alexander Köpf,
30.06.2021 16:00 Uhr

Arbeitsspeicher ist eine der wichtigsten Komponenten in einem PC-System. Nicht minder relevant ist der Videospeicher - zumindest, wenn ihr eine Grafikkarte verbaut habt. Doch was unterscheidet RAM von VRAM?

Wofür ist Speicher gut?

Sowohl RAM (Random Access Memory) als auch VRAM (Video Random Access Memory) sind flüchtige Speicher. Das heißt, sie werden mit jedem Neustart geleert, im Gegensatz zu Festspeichern wie HDDs oder SSDs.

Die Bezeichnung VRAM ist technisch eigentlich nicht korrekt, da sie einen speziellen Speichertyp meint, der Mitte bis Ende der 1990er Jahre auf Grafikkarten verbaut wurde. Dennoch hat sich der Begriff VRAM für Video- beziehungsweise Grafikspeicher im Allgemeinen durchgesetzt.

Die Funktion von Arbeits- und Grafikspeicher ist das Zwischenspeichern von gerade auszuführenden Programmen beziehungsweise Programmteilen und/oder Spielen. RAM und VRAM sind dabei direkt an die CPU respektive die GPU angebunden.

Im Falle von Grafikeinheiten gibt es noch eine Besonderheit: Integrierte Grafikchips auf einem Prozessor wie beispielsweise Intels UHD-Graphics-Modelle verfügen in der Regel nicht über dedizierten Videospeicher sondern teilen sich den Arbeitsspeicher mit der CPU, weshalb hier auch von »Shared Memory« die Rede ist.

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Wo liegt der Unterschied zwischen RAM und VRAM?

Sowohl RAM als auch VRAM sind DDR-SDRAM-Speicher (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory). Aktueller Standard für Arbeitsspeicher ist DDR4, DDR5-Riegel werden gegen Ende 2021 erwartet. Im Falle von Videospeicher werden auf aktuellen Grafikkarten GDDR6(X)-Module verbaut - GDDR steht für Graphics Double Data Rate.

Effektive Taktraten Arbeitsspeicher:

DDR

Geschwindigkeit: effektiv 200-400 MHz

Bandbreite: bis 3,2 GB/s pro Modul

DDR2

Geschwindigkeit: effektiv 400-800 MHz

Bandbreite: bis zu 6,4 GB/s pro Modul

DDR3

Geschwindigkeit: effektiv 800-2.133 MHz

Bandbreite: bis zu 17,1 GB/s pro Modul

DDR4

Geschwindigkeit: effektiv 1.600-3.200 MHz

Bandbreite: bis zu 25,6 GB/s pro Modul

DDR5

Geschwindigkeit: effektiv 3.200-6.400 MHz

Bandbreite: bis zu 51,2 GB/s pro Modul

*Angaben nach JEDEC, ohne Overclocking

Effektive Taktraten Videospeicher:

GDDR5

Geschwindigkeit: effektiv 5.000-8.000 MHz

Bandbreite: bis zu 32,0 GB/s pro Modul (insgesamt bis zu 384,0 GB/s)

GDDR5X

Geschwindigkeit: effektiv 10.000-12.000 MHz

Bandbreite: bis zu 48,0 GB/s pro Modul (insgesamt bis zu 576,0 GB/s)

GDDR6

Geschwindigkeit: effektiv 14.000-16.000 MHz

Bandbreite: bis zu 64,0 GB/s pro Modul (insgesamt bis zu 768,0 GB/s)

GDDR6X

Geschwindigkeit: effektiv 19.000-21.000 MHz

Bandbreite: bis zu 84,0 GB/s pro Modul (insgesamt bis zu 1.008,0 GB/s)

GDDR-Module sind auf höhere Transferraten optimiert. Grund hierfür ist, dass Grafikkarten in der Regel mit wesentlich größeren Datenmengen umgehen müssen als CPUs. So werden etwa beim Spielen permanent Textur- und Geometriedaten, Framebuffer und Shader im Grafikkspeicher hinterlegt.

Moderne GDDR6X-Riegel kommen so auf bis zu 1.008 GB/s - die RTX 3090 bringt es beispielsweise auf 936,1 GB/s. DDR4-Module mit 3.800 MHz im Dual-Channel-Betrieb erreichen in unserem Testsystem in etwa 50,0 GB/s (Kopierdurchsatz). Erreicht wird die höhere Transferrate von GDDR-Modulen folgendermaßen:

  • GDDR-Module sind auf besonders hohe Taktraten getrimmt
  • Speicherbausteine sind fest auf der Platine verlötet und werden nicht über DIMM-Slots genutzt
  • Signalwege werden so kurz wie möglich gehalten, der VRAM wird sehr nahe an die GPU gesetzt
  • Point-to-Point-Verbindung (eine Leitung pro Speicherbaustein)
  • Grafikspeicher ist nicht auf den PCIe-Bus angewiesen

Dazu beherrschen moderne GDDR-Speicher 16-faches Prefetching und die Pulsmodulation PAM-4. Prefetching, zu deutsch: Speichervorgriff, ist eine mathematische Methode aus der Heuristik, um wahrscheinliche Zugriffe vorherzusehen. Damit können Zugriffszeiten reduziert werden.

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Zusammengefasst

Arbeitsspeicher und Grafikspeicher sind einander sehr ähnlich und fußen auf denselben Technologien. VRAM ist jedoch eine spezialisierte Weiterentwicklung des normalen RAM, um den Anforderungen von Grafikkarten und Spielen in Form großer zu bewegender Datenmengen gerecht zu werden.

Warum wird dann generell nicht einfach nur VRAM verwendet? Normaler Arbeitsspeicher ist auf Compute-Prozesse einer CPU und auf multiple Operationen ausgelegt. Videospeicher hingegen ist gut geeignet, um Prozesse sequenziell abzuarbeiten. Außerdem fallen die Anforderungen an die Bandbreite für DDR-RAM schlicht nicht so hoch aus wie für VRAM.

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