Was ist eine GPU?

Die Grafikverarbeitungstechnologie hat sich erheblich weiterentwickelt und bietet der Computerbranche deutliche Vorteile. Die neuesten Grafikprozessoren (GPUs) ermöglichen innovative Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen wie Spiele, Inhaltserstellung und maschinelles Lernen.

Die Grafikverarbeitungseinheit (GPU) ist eine wichtige Technologie für die Datenverarbeitung im privaten und geschäftlichen Bereich. GPUs sind für die parallele Verarbeitung konzipiert und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Grafik- und Video-Rendering, kreative Produktion und künstliche Intelligenz (KI).

Ursprünglich entwickelt, um das Rendering von 3D-Grafiken zu beschleunigen, sind GPUs inzwischen äußerst flexibel und programmierbar, so dass Grafikprogrammierer anspruchsvolle visuelle Effekte und realistische Szenen mit fortschrittlichen Beleuchtungs- und Schattentechniken erstellen können.

Darüber hinaus nutzen Entwickler die Leistung von Grafikprozessoren zunehmend zur Beschleunigung von High Performance Computing (HPC), Deep Learning und anderen Workloads.

Der Grafikprozessor (GPU) hat sich als Ergänzung zu seinem engen Cousin, der CPU (Central Processing Unit), entwickelt. Während CPUs durch architektonische Innovationen, höhere Taktfrequenzen und zusätzliche Kerne immer leistungsfähiger wurden, sind GPUs speziell für die Beschleunigung von Computergrafik-Workloads konzipiert.

Die Begriffe GPU und Grafikkarte (oder Videokarte) werden oft synonym verwendet, aber es gibt einen feinen Unterschied zwischen ihnen. Während eine Hauptplatine eine CPU enthält, ist eine Grafikkarte eine Zusatzplatine, die den Grafikprozessor sowie die Komponenten enthält, die für seine Funktion und den Anschluss an das übrige System erforderlich sind.

Es gibt zwei Haupttypen von GPUs: integrierte und diskrete. Ein integrierter Grafikprozessor ist neben der CPU integriert und wird nicht auf einer separaten Karte geliefert. Ein diskreter Grafikprozessor hingegen ist ein separater Chip auf einer eigenen Platine und wird in der Regel an einen PCI-Express-Steckplatz angeschlossen.

Integrierte Grafikverarbeitungseinheit

Bei den meisten auf dem Markt erhältlichen Grafikprozessoren handelt es sich um integrierte Grafikkarten. Aber was genau sind integrierte Grafikprozessoren, und wie funktionieren sie in Ihrem Computer?

Integrierte Grafikprozessoren beziehen sich auf eine CPU, die mit einem vollständig integrierten Grafikprozessor auf der Hauptplatine ausgestattet ist. Diese Konfiguration ermöglicht dünnere und leichtere Systeme, einen geringeren Stromverbrauch und niedrigere Systemkosten.

Diskrete Grafikprozessoreinheit

Während integrierte Grafikprozessoren viele Computeranwendungen gut bewältigen können, erfordern ressourcenintensivere Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen einen diskreten Grafikprozessor (auch bekannt als dedizierte Grafikkarte).

Diskrete Grafikprozessoren bieten zusätzliche Verarbeitungsleistung, verbrauchen aber auch mehr Energie und erzeugen mehr Wärme. Um maximale Leistung zu erzielen, benötigen sie in der Regel eine spezielle Kühlung.

Moderne Grafikprozessoren sind in hohem Maße programmierbar, so dass sie für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können, die über das traditionelle Grafik-Rendering hinausgehen.

Vor zwei Jahrzehnten wurden Grafikprozessoren hauptsächlich zur Beschleunigung von Echtzeit-3D-Grafikanwendungen eingesetzt. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts entdeckten Informatiker jedoch, dass GPUs das Potenzial haben, einige der schwierigsten Rechenprobleme der Welt zu lösen.

Diese Erkenntnis leitete die Ära der Allzweck-GPUs ein, in der die Grafiktechnologie in immer größerem Umfang für eine immer breitere Palette von Problemen eingesetzt wird. Die heutigen Grafikprozessoren sind in hohem Maße programmierbar, was ihnen die Flexibilität verleiht, eine breite Palette von Anwendungen zu beschleunigen, die über das traditionelle Grafik-Rendering hinausgehen.

Videospiele sind immer rechenintensiver geworden, mit hyperrealistischen Grafiken und riesigen, komplizierten Spielwelten. Fortschrittliche Display-Technologien wie 4K-Bildschirme und hohe Bildwiederholraten sowie das Aufkommen von Virtual-Reality-Spielen stellen immer höhere Anforderungen an die Grafikverarbeitung.

Grafikprozessoren sind in der Lage, Grafiken sowohl in 2D als auch in 3D zu rendern. Sie bieten eine bessere Grafikleistung und ermöglichen es, Spiele mit höheren Auflösungen, schnelleren Bildraten oder beidem zu spielen.

Jahrelang hatten Kreativprofis wie Videobearbeiter und Grafikdesigner mit langen Rendering-Zeiten zu kämpfen, die ihre Produktivität und Kreativität einschränkten. Die parallele Verarbeitungsleistung von Grafikprozessoren hat das Rendern von hochauflösenden Videos und Grafiken jedoch schneller und einfacher gemacht.

Diese Technologie ermöglicht es Fachleuten, effizienter und effektiver zu arbeiten und in kürzerer Zeit qualitativ hochwertigere Arbeiten zu erstellen.

Die GPU-Technologie hat im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens (ML) eine völlig neue Welt der Möglichkeiten eröffnet. Mit ihrer immensen Rechenleistung können GPUs komplexe Arbeitslasten beschleunigen, die von der hochgradigen Parallelität der Technologie profitieren, wie etwa die Bilderkennung.

Dies hat zu spannenden Fortschritten bei Deep-Learning-Technologien geführt, die auf der Kombination von GPUs und CPUs basieren.

Anwendungen für künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen können durch den Einsatz von Grafikprozessoren für bestimmte Aufgaben schneller und effizienter arbeiten, was zu Durchbrüchen in Bereichen wie der Verarbeitung natürlicher Sprache und dem Computerbild führt.