Was ist Hardware-Beschleunigung, und wann sollten Sie sie einschalten?

Jede Computersoftware läuft auf Hardware. Was bedeutet es also für eine Software, "Hardwarebeschleunigung" zu verwenden, wenn die Hardware diese Aufgabe bereits erledigt? Es hat sich herausgestellt, dass es Möglichkeiten gibt, Dinge mit Computerhardware schneller zu erledigen. Viel schneller.

Was ist Hardware-Beschleunigung?

Hardwarebeschleunigung ist ein Ansatz für die Datenverarbeitung, bei dem spezialisierte Hardware verwendet wird, um Berechnungen viel schneller durchzuführen als allgemeine Hardware. Wir werden gleich erklären, was das bedeutet, aber in groben Zügen geht es darum, dass einige gängige Aufgaben viel schneller ausgeführt werden können, wenn man dafür spezielle Hardware einsetzt. Ein gutes Beispiel dafür ist eine GPU. Ein anderer historischer Name für einen Grafikprozessor ist"3D-Beschleuniger", obwohl sie heute natürlich viel mehr als nur 3D-Grafik machen.

Die CPU in Ihrem PC kann dieselben Berechnungen durchführen wie Ihr Grafikprozessor, nur dass ein Grafikprozessor sie schneller ausführen kann - schnell genug, um komplexe 3D-Grafiken in Echtzeit zu ermöglichen. Andere Beispiele für die Hardwarebeschleunigung in typischen Computern und mobilen Geräten sind die Videokodierung und -dekodierung. In den meisten modernen Computern und Handys sind spezielle Chips eingebaut, die Videos schnell verarbeiten und dabei viel weniger Strom verbrauchen als eine vollwertige CPU, die mit der gleichen Aufgabe beschäftigt ist.

Große Prozessoren wie CPUs und GPUs haben in ihren eigenen Strukturen dedizierte Abschnitte, die auf spezielle Aufgaben ausgerichtet sind. Eine NVIDIA RTX-Grafikkarte verfügt beispielsweise über spezielle Bereiche des Grafikprozessors, die für die Beschleunigung von Raytracing oder KI-bezogenen Aufgaben ausgelegt sind.

Warum ist Hardwarebeschleunigung schneller?

Bei der Hardwarebeschleunigung dreht sich alles um Spezialisierung. Ihre CPU ist ein Tausendsassa, aber ein Meister in keinem Fachgebiet. Sie braucht die Komponenten in ihrem Design, um jede Berechnung durchzuführen, die in Binärcode ausgedrückt werden kann, aber das ist von Natur aus ineffizient. Ein einfaches Beispiel: Wenn Sie eine Maschine bauen müssten, die Zahlen addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren kann, wird sie wahrscheinlich nicht so schnell sein wie eine Maschine, die nur für die Addition von Zahlen gebaut wurde. Mit einem solchen Laserfokus auf eine enge Gruppe von Problemen können Sie schneller und effizienter arbeiten.

Was sind die Nachteile der Hardware-Beschleunigung?

Die Hardware-Beschleunigung ist mit einigen Nachteilen verbunden. Der größte davon ist der Verlust an Flexibilität. Wenn man eine Hardware hat, die für eine bestimmte Aufgabe oder für eine kleine Anzahl verwandter Aufgaben gebaut wurde, gibt man die Möglichkeit auf, andere Aufgaben zu erledigen. Aus diesem Grund werden wir immer eine CPU in der einen oder anderen Form brauchen, egal wie viele spezialisierte Koprozessoren man hat.

Ein weiterer bedeutender Nachteil der Hardwarebeschleunigung ist, dass man an einen bestimmten Prozess gebunden ist. Kryptowährungsschürfer verwenden beispielsweise häufig ASICs (Application-Specific Integrated Circuits), die beim Schürfen einer bestimmten Blockchain schnell und effizient sind. Sie können jedoch nicht auf anderen Blockchains schürfen, die eine andere "Mathematik" verwenden. Wenn also diese Form der Kryptowährung unrentabel wird, wird die Hardware nutzlos. Ihr Telefon kann die Videodekodierung für bestimmte Videocodecs beschleunigen, aber nicht für neuere Codecs. Dafür brauchen Sie ein neues Telefon!

In ähnlicher Weise nutzt das Spiel Alan Wake 2 eine grafische Hardwarekomponente, die als Mesh-Shader bekannt ist. Wenn Sie keine Grafikkarte mit beschleunigter Hardwareunterstützung für die Mesh-Shader-Funktion haben, muss die GPU die Berechnungen mit allgemeinerer Hardware durchführen, was zu massiven Leistungsproblemen führt.

Für diejenigen, die Mikroprozessoren entwickeln, stellt sich auch die Frage nach spezialisierter Hardware und begrenztem Platz auf dem Chip. Die Raytracing-Beschleunigungshardware in den RTC-Grafikkarten von NVIDIA könnte zum Beispiel ein Allzweck-GPU-Prozessor sein. Das bedeutet, dass Sie auf die Leistung der Nicht-Raytracing-Funktion verzichten müssen, damit diese Funktion viel schneller läuft.

Wann sollte die Hardware-Beschleunigung aktiviert werden?

Die kurze Antwort lautet, dass Sie die Hardwarebeschleunigung aktivieren sollten, wo immer sie verfügbar ist. In den meisten Fällen sind die Auswirkungen auf die Leistung im Vergleich zur Verwendung der Allzweckverarbeitung tiefgreifend. So kann beispielsweise der hardwarebeschleunigte Videoexport für die Ersteller von Inhalten einen echten finanziellen Vorteil bedeuten, denn Zeit ist Geld.

Allerdings ist die Hardwarebeschleunigung nicht immer die beste Lösung:

• Manchmal ist die Hardwarebeschleunigung der Grund für die Instabilität von Anwendungen. So kommt es beispielsweise häufig vor, dass hardwarebeschleunigte Funktionen von Webbrowsern Probleme verursachen. Aus diesem Grund ist das Ausschalten der Hardwarebeschleunigung für Browser ein üblicher erster Schritt zur Fehlerbehebung.
• Die Hardware-Beschleunigung ist zwar manchmal schneller, führt aber zu qualitativ schlechteren Ergebnissen. Wenn Sie also Wert auf Präzision legen, sollten Sie lieber auf die langsame Art vorgehen.

Wenn Sie jedoch keine Qualitäts- oder Stabilitätsprobleme haben, sollten Sie den Turbo-Schalter einschalten!