Definition

GPGPU (General Purpose Graphics Processing Unit)

Mitarbeiter: Matthew Haughn

Eine Universal-GPU (General Purpose GPU, GPGPU) ist eine Grafikprozessoreinheit (GPU, Graphics Processing Unit), die nicht-spezialisierte Berechnungen ausführt, die üblicherweise von der Zentraleinheit (CPU, Central Processing Unit) ausgeführt werden würden. Im Normalfall ist eine GPU für das Rendern der Grafik zuständig.

GPGPUs werden für Aufgaben eingesetzt, die früher die Domäne von Hochleistungs-CPUs waren, wie etwa physikalische Berechnungen, Verschlüsselung und Entschlüsselung, wissenschaftliche Berechnungen und die Generierung von Krypto-Währungen wie etwa Bitcoin. Weil Grafikkarten auf massive Parallelisierung ausgelegt sind, können sie bei vielen parallel ausführbaren Aufgaben sogar die leistungsstärksten CPUs in den Schatten stellen. Dieselben Shader-Cores, die mehrere Pixel auf einmal zeichnen können, können in vergleichbarer Weise mehrere Datenströme auf einmal verarbeiten. Wenn auch ein Share-Core bei weitem nicht so komplex ist wie eine CPU, kann eine High-End-GPU durchaus über mehrere tausend Shader-Cores verfügen. Im Vergleich dazu hat eine Multicore-CPU heutzutage vielleicht 8 oder 12 Cores.

Erhöhte Aufmerksamkeit kommt den GPGPUs seit DirectX 10 zu, das vereinte Shader in die Share-Core-Spezifikationen von Windows Vista aufnahm. Fortlaufend werden Hochsprachen entwickelt, um die Programmierung von Berechnungen auf der GPU zu erleichtern. Sowohl AMD/ATI wie auch NVIDIA haben eigene Ansätze für GPGPUs mit jeweils eigenen APIs (konkret OpenCL und CUDA).

NVIDIAs GeForce 3 war die erste GPU mit programmierbaren Shadern. Damals war das Ziel eine realistischere Darstellung gerasterter 3D-Grafiken. Die neuen GPU-Fähigkeiten ermöglichten 3D-Transformation, Bump Mapping, Specular Mapping und Beleuchtungsberechnungen. ATIs GPU 9700, die erste DirectX 9-fähige Karte, brachte die Flexibilität der Programmierung von GPUs, auch wenn zu jener Zeit noch wenige Universalberechnungen ausgeführt wurden. Mit der Einführung von Windows Vista, das DirectX 10 brachte, wurden vereinte Shader als Teil des Standards spezifiziert. Das neu gefundene Potenzial der GPU demonstrierte Leistungsgewinne, die mehrere Größenordnungen über den von CPU-basierten Berechnungen lagen.

GPUs, die ursprünglich für die schnellere Berechnung gerasterter 3D-Anwendungsfälle gedacht waren (da die Berechnung von Raytracing zu teuer war), haben der Leistung von CPUs bei Raytracing vorgerenderter Grafiken längst den Rang abgelaufen. Wenn auch Raytracing heute noch nicht in Spielen eingesetzt wird, gibt es bereits eine Reihe entsprechender Demonstrationen. Die Fortschritte der GPGPGUs legen nahe, dass in nicht allzu ferner Zeit Computergrafik über dieselben Geometrie- und Beleuchtungsmöglichkeiten verfügen dürfte wie 3D-Filme.

Diese Definition wurde zuletzt im Mai 2016 aktualisiert

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