Grafiikkapiirin

Grafiikkapiiri (GPU) on erikoispiiri, joka on suunniteltu nopeuttamaan kolmiulotteista renderöintiä, videon käsittelyä ja visuaalista laskentaa. Se voi olla erillinen näytönohjain tai integroitu osa järjestelmän prosessoria tai järjestelmää (iGPU). Grafiikkapiiri vastaanottaa ohjauspyyntöjä CPU:lta ja tuottaa näytölle kuvan.

Grafiikkapiirin keskeiset komponentit ovat shader-ytimet, tekstuuriyksiköt, rasterointi- ja geometria-prosessointiyksiköt sekä muistiohjain. Lisäksi siinä on videomuunnoitus- ja dekoodausyksiköitä sekä virransäätö- ja väyläyhteyksiä. Ohjelmointi tapahtuu shader-kielillä kuten GLSL, HLSL, SPIR-V tai Metal Shading Language, ja sovellukset käyttävät grafiikkarajapintoja (APIt) kuten OpenGL, DirectX, Vulkan tai Metal.

Arkkitehtuurin kannalta grafiikkapiiri koostuu putkista, joissa eteneminen tapahtuu vaiheittain: vertex-, tessellaatio-, geometria-, rasterointi- ja pikseli- (fragmentti-)vaihe sekä kuvan lopullinen yhdistäminen. Nykyiset GPUs hyödyntävät suurta rinnakkaislaskentaa, useita ytimiä sekä erillistä muistinhallintaa ja korkeaa muistiväylää. Suosituimmat valmistajat ovat NVIDIA, AMD (ATI) ja Intel, joilla kullakin on omat arkkitehtuurinsa ja optimointinsa.

Käyttökohteita ovat pelaaminen, ammattimainen visuaalinen suunnittelu ja simulointi sekä laskennalliset tehtävät (GPGPU). Grafiikkapiirien suorituskyky riippuu ytinten määrästä, kellotaajuudesta, muistiliitännästä ja käytettävästä muistista sekä ohjelmiston optimoinnista.

Tulevaisuudessa korostuvat ray tracing -tuki, tekoälypohjaiset renderöintitekniikat, korkeakokoiset muistirakenteet ja energiatehokkuuden parantaminen sekä yhä tiiviimpi integraatio prosessori- ja järjestelmäarkkitehtuureihin.

---