GPU steht für "Graphics Processing Unit". Eine GPU ist ein Prozessor, der für die Verarbeitung von Grafikoperationen entwickelt wurde. Dazu gehören sowohl 2D- als auch 3D-Berechnungen, wobei sich GPUs vor allem bei der Darstellung von 3D-Grafiken auszeichnen.
Die frühen PCs enthielten keine GPUs, was bedeutete, dass die CPU alle Standardberechnungen und Grafikoperationen ausführen musste. Als die Anforderungen an die Software stiegen und die Grafik immer wichtiger wurde (insbesondere bei Videospielen), entstand der Bedarf nach einem separaten Prozessor für die Grafikdarstellung. Am 31. August 1999 brachte NVIDIA den ersten kommerziell erhältlichen Grafikprozessor für einen Desktop-Computer auf den Markt, die GeForce 256. Sie konnte 10 Millionen Polygone pro Sekunde verarbeiten, wodurch ein erheblicher Teil der Grafikverarbeitung von der CPU übernommen werden konnte.
Der Erfolg der ersten Grafikverarbeitungseinheit veranlasste sowohl Hardware- als auch Software-Entwickler dazu, die GPU-Unterstützung schnell zu übernehmen. Hauptplatinen wurden mit schnelleren PCI-Steckplätzen hergestellt, und AGP-Steckplätze, die ausschließlich für Grafikkarten vorgesehen waren, wurden ebenfalls eine gängige Option. Software-APIs wie OpenGL und Direct3D wurden entwickelt, um Entwicklern die Verwendung von Grafikprozessoren in ihren Programmen zu erleichtern. Heute ist die dedizierte Grafikverarbeitung Standard - nicht nur in Desktop-PCs, sondern auch in Laptops, Smartphones und Videospielkonsolen.
Der Hauptzweck einer GPU ist das Rendern von 3D-Grafiken, die aus Polygonen bestehen. Da die meisten Polygontransformationen mit Dezimalzahlen arbeiten, sind GPUs so konzipiert, dass sie Fließkommaoperationen ausführen können (im Gegensatz zu Ganzzahlberechnungen). Dieses spezielle Design ermöglicht es GPUs, Grafiken effizienter zu rendern als selbst die schnellsten CPUs. Die Auslagerung der Grafikverarbeitung auf Hochleistungs-GPUs ist das, was moderne Spiele möglich macht.
Während sich GPUs bei der Grafikwiedergabe auszeichnen, kann die Rohleistung eines Grafikprozessors auch für andere Zwecke genutzt werden. Viele Betriebssysteme und Softwareprogramme unterstützen heute GPGPUs oder allgemeine Berechnungen auf Grafikverarbeitungseinheiten. Technologien wie OpenCL und CUDA ermöglichen es Entwicklern, den Grafikprozessor zur Unterstützung der CPU bei Nicht-Grafik-Berechnungen zu nutzen. Dies kann die Gesamtleistung eines Computers oder eines anderen elektronischen Geräts verbessern.
Stand: 13.08.2020