Was ist der Unterschied zwischen iGPU- und dGPU-Anbindung von externen Monitoren?

Einführung

Bei Laptops mit integrierter und dedizierter Grafikkarte können externe Monitoranschlüsse entweder an die integrierte Grafikeinheit (iGPU) oder direkt an die dedizierte Grafikkarte (dGPU) angebunden sein.

Beide Varianten ermöglichen den Betrieb externer Monitore, auch für anspruchsvolle Spiele. Allerdings gibt es Unterschiede hinsichtlich Gaming-Performance, Latenz, Energieverbrauch und der Unterstützung bestimmter Display-Technologien.

Kurzfassung

Wir möchten dies im weiteren Verlauf dieses Artikels erläutern.

Was bedeutet iGPU- und dGPU-Anbindung?

In vielen modernen Laptops arbeiten zwei unterschiedliche Grafikeinheiten.

Die integrierte Grafikeinheit (iGPU) ist Bestandteil des Prozessors beziehungsweise des System-on-Chip (SoC). Sie ist vergleichsweise sparsam und eignet sich besonders für alltägliche Aufgaben wie Büroanwendungen, Webbrowser und Videowiedergabe.

Die dedizierte Grafikkarte (dGPU), beispielsweise eine NVIDIA GeForce RTX Laptop-GPU, verfügt über eigene Recheneinheiten und Grafikspeicher. Sie ist für anspruchsvolle 3D-Anwendungen und Spiele ausgelegt, benötigt aber in der Regel deutlich mehr Energie.

Fast alle Laptops mit dGPU haben auch eine iGPU - dies wird als Hybrid-Grafik bezeichnet. Hier arbeiten die beiden Grafikeinheiten auf gewissen Ebenen parallel zueinander. Dabei kann man zwischen zwei grundsätzlichen Aufgaben unterscheiden:

Diese beiden Aufgaben müssen nicht zwingend von derselben Grafikeinheit übernommen werden.

Externer Monitor an der iGPU

Ist ein Monitoranschluss mit der integrierten Grafikeinheit verbunden, übernimmt die iGPU die Bildausgabe.

Das bedeutet allerdings nicht, dass Spiele ausschließlich von der vergleichsweise leistungsschwachen iGPU berechnet werden müssen.

Stattdessen kann die dedizierte Grafikkarte das Rendering übernehmen. Die fertigen Bilder werden anschließend über eine interne Datenverbindung an die iGPU weitergegeben, welche die Bildausgabe an den Monitor übernimmt.

Bei Laptops mit NVIDIA-Grafikkarte wird dieses Verfahren üblicherweise als NVIDIA Optimus bezeichnet. Allgemein ist auch der Begriff MSHybrid (Microsoft Hybrid Graphics) gebräuchlich.

Der Vorteil: Wird die dedizierte Grafikkarte gerade nicht benötigt, kann sie in einen besonders energiesparenden Zustand wechseln oder sich vollständig schlafen legen. Der Monitor wird währenddessen weiterhin von der iGPU betrieben.

Der Nachteil: Werden Spiele von der dGPU berechnet, müssen die fertigen Bilder zusätzlich zur iGPU übertragen werden. Dieser Zwischenschritt verursacht einen gewissen technischen Aufwand und kann die Performance und Latenz beeinflussen. Der Performance-Verlust tritt vor allem bei hohen FPS auf; der Latenzunterschied liegt im Bereich von wenigen tausendstel Sekunden - also durchaus messbar, aber nicht für jeden spürbar. Weitere Details hierzu sind weiter unten im Artikel erläutert..

Externer Monitor an der dGPU

Ist ein Monitoranschluss direkt mit der dedizierten Grafikkarte verbunden, übernimmt diese nicht nur das Rendering, sondern auch die Bildausgabe. Die fertig berechneten Bilder müssen also nicht erst über die integrierte Grafikeinheit übertragen werden.

Dadurch entfällt der zusätzliche Übertragungsschritt des Hybrid-Grafikbetriebs. Dies kann zu höheren Frameraten (FPS) und geringerer Latenz führen.

Allerdings muss die dedizierte Grafikkarte aktiv bleiben, solange sie den externen Monitor ansteuert. Bei einfachen Aufgaben wie dem Schreiben von Texten oder der Wiedergabe von Videos wird dadurch im Vergleich zu einer iGPU-Anbindung der Energieverbrauch steigen.

Technische Details

Welche Auswirkungen hat die GPU-Anbindung auf die Gaming-Performance?

Wer einen externen Monitor hauptsächlich zum Spielen verwendet, profitiert häufig von einer direkten dGPU-Anbindung.

Der Grund liegt nicht darin, dass die dGPU bei einer iGPU-Anbindung weniger Rechenleistung zur Verfügung hätte. Sie kann das Spiel grundsätzlich weiterhin mit ihrer vollen 3D-Rechenleistung berechnen.

Der Unterschied entsteht bei der Übertragung und Ausgabe der berechneten Bilder.

FPS und Latenz

Bei einer iGPU-Anbindung muss jedes von der dGPU gerenderte Bild zunächst für die Ausgabe über die integrierte Grafikeinheit bereitgestellt werden.

Diese zusätzliche Verarbeitung kann sowohl die maximal erreichbaren FPS als auch die Latenz beeinflussen. Je nach System kann sich außerdem die Gleichmäßigkeit der Bildausgabe (Frametimes) unterscheiden.

Besonders relevant sind diese Unterschiede in Situationen, in denen sehr hohe Frameraten erreicht werden:

• E-Sport-Titel und andere kompetitive Spiele
• Gaming mit niedriger Auflösung oder reduzierten Grafikeinstellungen
• Spiele, bei denen die Grafikkarte nicht vollständig ausgelastet ist und besonders viele Bilder pro Sekunde berechnet werden können

Bei grafisch besonders anspruchsvollen Spielen mit maximalen Qualitätseinstellungen fällt der Unterschied dagegen häufig geringer aus. Hier begrenzt oftmals ohnehin die 3D-Rechenleistung der dGPU die erreichbare Framerate.

Eine pauschale Aussage wie "direkte dGPU-Anbindung bringt 10 % mehr FPS" wäre deshalb nicht seriös. Der tatsächliche Vorteil kann je nach Spiel und System erheblich schwanken.

Moderne Optimierungen reduzieren den Nachteil von Hybrid-Grafik

Der Hybrid-Grafikbetrieb wurde im Laufe der Jahre weiter optimiert.

Ein Beispiel ist Cross Adapter Scan-Out (CASO), eine Technologie von Microsoft, die unter Windows 11 auf unterstützten Systemen den Datentransfer zwischen den beiden Grafikeinheiten effizienter gestaltet.

Frühere Implementierungen mussten fertig berechnete Bilder teilweise mehrfach zwischen verschiedenen Speicherbereichen kopieren. CASO kann diesen Vorgang reduzieren, indem die Bildausgabe direkt aus einem gemeinsam nutzbaren Speicherbereich erfolgt.

Dadurch lassen sich Performance und Latenz im Hybrid-Grafikbetrieb verbessern.

Die grundlegende Unterscheidung bleibt jedoch bestehen: Bei einer direkten dGPU-Anbindung muss das Bild nicht erst für die Ausgabe über eine andere Grafikeinheit bereitgestellt werden.

Für möglichst hohe FPS und geringe Latenz empfiehlt sich daher weiterhin grundsätzlich ein direkt an die dGPU angebundener Monitoranschluss. Wer dagegen vor allem Office-Anwendungen verwendet oder gelegentlich spielt, muss eine iGPU-Anbindung nicht als Nachteil betrachten.

Welche Auswirkungen hat die GPU-Anbindung auf den Energieverbrauch?

Bei Laptops ist die Frage nach dem Energieverbrauch besonders relevant, da eine höhere Leistungsaufnahme nicht nur die Akkulaufzeit verkürzen, sondern auch die Wärmeentwicklung und damit die Lüfterlautstärke erhöhen kann.

Wird ein externer Monitor über die iGPU betrieben, kann die dedizierte Grafikkarte bei geringer Last vollständig in den Ruhezustand wechseln, sofern keine anderen Programme oder Systemfunktionen ihre Aktivität erfordern.

Dadurch sinkt der Energieverbrauch des Laptops.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn über längere Zeit lediglich einfache Anwendungen wie Webbrowser, Office-Programme oder Videowiedergabe verwendet werden.

Bei einer direkten dGPU-Anbindung muss die dedizierte Grafikkarte hingegen aktiv bleiben, um den Monitor anzusteuern. Die dGPU kann zwar weiterhin ihre Taktraten und Leistungsaufnahme reduzieren, aber nicht vollständig in denselben Ruhezustand wechseln wie bei einer ausschließlich über die iGPU betriebenen Anzeige.

Der Unterschied kann im absoluten Idle je nach CPU- und Grafikkarte mitunter bei 20-30 Watt liegen – eine durchaus relevante Größe. Dass der Unterschied trotz dynamischer GPU-Taktraten so groß ist, hat zwei Gründe:

• Eine dGPU ist relativ komplex und braucht auch im Idle ein gewisses Pensum an Energie, selbst wenn kein Monitor angeschlossen ist. Deshalb möchte man in der Regel, dass sich eine dGPU im Idle komplett schlafen legt (dann verbraucht sie Null Energie).
• Eine aktive dGPU verhindert außerdem, dass der Prozessor besonders tiefe Package-C-States erreicht, da die CPU die PCIe-Schnittstelle zur dGPU aufrechterhalten muss. Dadurch erhöht sich die Leistungsaufnahme auch auf Seiten der CPU.

Der Unterschied ist nur im Idle bzw. bei sehr niedriger Last relevant. Wird hingegen ein anspruchsvolles Spiel auf der dGPU ausgeführt, ist diese unabhängig von der Monitoranbindung ohnehin aktiv.

Welche Auswirkungen hat die GPU-Anbindung auf G-SYNC, FreeSync und Adaptive Sync?

Variable Refresh Rate (VRR) bezeichnet Technologien, mit denen ein Monitor seine Bildwiederholfrequenz dynamisch an die tatsächlich ausgegebenen Bilder anpassen kann.

Dadurch lassen sich störende Bildrisse (Tearing) vermeiden und die Bildwiedergabe kann gleichmäßiger wirken.

Bekannte Implementierungen sind NVIDIA G-SYNC, AMD FreeSync und Intel Adaptive Sync.

Welche dieser Technologien genutzt werden kann, hängt unter anderem davon ab, welche Grafikeinheit den Monitor tatsächlich ansteuert.

Grundsätzlich beherrschen alle modernen iGPUs diese Technologies. Ausnahmen sind ältere Monitore mit NVIDIAs proprietärem G-SYNC-Modul der ersten Generation – dieses funktioniert nur direkt an einer NVIDIA-Grafikkarte. Weitere Informationen hierzu haben wir in diesen Artikel zusammengestellt:

• Welche XMG-Laptops sind kompatibel mit G-SYNC- und FreeSync-Displays?
• Worin unterscheiden sich NVIDIA G-SYNC, AMD FreeSync und Intel Adaptive Sync voneinander?

Warum benötigen VR-Headsets grundsätzlich eine direkte dGPU-Anbindung?

Bei Virtual-Reality-Anwendungen ist die direkte Anbindung an die dedizierte Grafikkarte besonders wichtig.

Kabelgebundene PC-VR-Headsets, die ihr Bildsignal über HDMI oder DisplayPort empfangen, erwarten eine direkte Verbindung zur GPU, welche die VR-Inhalte rendert.

Dieser Unterschied entsteht unter anderem dadurch, dass VR-Headsets andere Anforderungen an die Bildausgabe, Synchronisation und Latenz stellen und häufig spezielle Schnittstellen zur Grafikkarte verwenden - sie agieren also nicht einfach nur als externer Monitor, sondern als ein integriertes VR-Gesamtsystem. Dieser spezielle Betriebsmodus wird auch als "Direct Mode" bezeichnet.

Der Hybrid-Grafikbetrieb über die iGPU ist deshalb für VR-Headsets grundsätzlich nicht geeignet. Weitere Informationen: Welche XMG-Laptops sind kompatibel mit VR-Headsets?

Kann man zwischen iGPU- und dGPU-Anbindung umschalten?

Die physikalische Anbindung der jeweiligen externen Monitoranschlüsse ist grundsätzlich durch das Mainboard-Design festgelegt. Während es für die Anbindung des Laptop-eigenen Monitors in fast allen modernen Gaming-Laptops einen Schalter gibt (einen sog. "MUX-Schalter"), ist dies für die externen Anschlüsse grundsätzlich nicht der Fall. Die Zuordnung der externen Anschlüsse lässt sich also weder in Software noch Firmware verändern.

Weitere Informationen zum MUX-Switch für den Laptop-eigenen Monitor:

• In welchen XMG-Laptops kann man NVIDIA Optimus deaktivieren?

Unterschied zwischen GPU-Auswahl und Monitoranbindung

In Windows lässt sich festlegen, welche Grafikeinheit bestimmte Programme und Spiele bevorzugt für das Rendering verwenden sollen. Siehe auch: Wie kann ich einstellen, ob ein Programm oder Spiel auf der iGPU bzw. dGPU ausgeführt werden soll?

Diese Auswahl ändert jedoch nicht automatisch die physische Anbindung des Monitoranschlusses.

Wird ein Programm beispielsweise auf die NVIDIA-Grafikkarte eingestellt, während der externe Monitor an der iGPU hängt, kann die NVIDIA-Grafikkarte weiterhin das Rendering übernehmen. Die fertigen Bilder werden dann über die iGPU ausgegeben.

Eine andere Einstellung zur GPU-Auswahl macht aus einem iGPU-Anschluss also keinen dGPU-Anschluss.

Wie kann man herausfinden, an welche GPU ein Monitor angeschlossen ist?

Bei unseren Laptops lässt sich die Zuordnung direkt dem technischen Datenblatt entnehmen. Darüber hinaus gibt es verschiedene Möglichkeiten, die aktuell verwendete Grafikeinheit unter Windows zu überprüfen.

Windows-Anzeigeeinstellungen

Unter Windows 11 lässt sich die aktuelle Monitoranbindung direkt in den Systemeinstellungen überprüfen:

1. Windows-Einstellungen öffnen.
2. Zu System → Bildschirm → Erweiterte Anzeige navigieren.
3. Falls mehrere Bildschirme angeschlossen sind, den gewünschten externen Monitor auswählen.
4. Unter den Anzeigeninformationen prüfen, welche Grafikeinheit als verbunden angezeigt wird.

Steht dort beispielsweise eine Intel- oder AMD-Grafikeinheit, wird der Monitor aktuell über diese iGPU angesteuert. Wird dagegen eine NVIDIA GeForce RTX Laptop-GPU angezeigt, erfolgt die Bildausgabe über die dedizierte Grafikkarte.  Diese Anzeige beschreibt die aktuelle Bildausgabe und ist nicht damit zu verwechseln, welche GPU ein bestimmtes Spiel für das Rendering verwendet.

NVIDIA-App

Bei Laptops mit NVIDIA-Grafikkarte bietet die NVIDIA-App eine weitere Möglichkeit, die Anbindung externer Monitore zu überprüfen.

1. NVIDIA App öffnen.
2. Zu System > Displays navigieren.
3. Prüfen, welche Monitore von der NVIDIA-Grafikkarte erkannt und angesteuert werden.

Die NVIDIA-App zeigt in diesem Bereich die direkt mit der NVIDIA-GPU verbundenen Monitore an. Neben den Monitornamen werden unter anderem Informationen zum verwendeten Anschlusstyp und zu unterstützten Display-Funktionen angezeigt.

Falls der Bereich "Displays" in der NVIDIA-App komplett fehlt, hängt wahrscheinlich kein einziger Monitor an der dGPU. Um dies zu verifizieren, empfehlen wir einen Blick in die Windows-Anzeigeeinstellungen, wie oben beschrieben.

Fazit

Für Office, Internet, Multimedia und energiesparenden Betrieb ist die Anbindung über die iGPU in der Regel eine sehr gute Wahl. Die dedizierte Grafikkarte kann bei geringer Last in den Ruhezustand wechseln. Für Gaming mit möglichst hohen FPS und geringer Latenz empfiehlt sich hingegen eine direkte dGPU-Anbindung. Auch für die Nutzung von NVIDIA G-SYNC ist dies normalerweise die bevorzugte Variante. Welche Verbindung die bessere Wahl ist, hängt also letztlich davon ab, ob möglichst hohe Grafikleistung oder ein möglichst sparsamer Betrieb im Vordergrund steht.