Grundlagen zu Grafikprozessoren: Die wichtigsten Fakten zu GPUs

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Beinahe in jedem Computer steckt außer dem Hauptprozessor auch eine Grafikeinheit in der einen oder anderen Form – je nach Gusto nennt man diese auch Grafikchip, Grafikprozessor, Graphics Processing Unit oder kurz GPU. Zusammen mit Grafikspeicher, Schaltungen zur Stromversorgung sowie Monitoranschlüssen auf eine (passende) Platine gelötet, bilden Grafikprozessoren das Herz einer jeden Grafikkarte. Dank ihnen sieht man auf dem Monitor ein Bild, genießt ruckelfreie Videos und taucht in wunderschön animierte Spielwelten ab.

Hauptprozessoren oder Systems-on-a-Chip (SoC) der meisten PCs und Smartphones verfügen über integrierte Grafikeinheiten, während in Gamer-PCs in der Regel eine oder mehrere Grafikkarten ackern. Und auch viele Server in Rechenzentren und Supercomputern nutzen – etwa für Wetter-, Molekular- oder Atomenergiesimulationen – die Rechenkraft von GPUs.

Shader-Einheiten

Mit der ursprünglichen Aufgabe des Grafikprozessors, die Zeichen auf einem Monochrom-Display anzuzeigen, haben heutige GPUs nur noch wenig zu tun, auch wenn sie dies nach wie vor können. Genauso entlockt die klassische Frage "But can it run Crysis?" bei aktuellen Grafikprozessoren nur ein müdes Lächeln. Denn moderne GPUs beziehen ihre enorme Leistungsfähigkeit aus Hunderten, teilweise Tausenden sehr einfacher Rechenwerke, den Shader-Einheiten oder kurz Shadern. Die haben ihren Ursprung in der Farbberechnung einzelner Bildpunkte in einer 3D-Szene, einer Aufgabe, die sich wesentlich besser parallelisieren lässt als typische CPU-Aufgaben. Bei GPUs wechselten die Entwickler daher schon viel früher zum parallelen Aufbau und haben das Konzept inzwischen auf die Spitze getrieben.

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