Grafikchip

Ein Grafikchip, oft auch Grafikprozessor oder GPU genannt, ist eine spezialisierte Recheneinheit zur Erzeugung und Beschleunigung von Bildern für die Anzeige auf Bildschirmen. Er führt Grafikberechnungen durch, die für die CPU zu rechenintensiv wären, und arbeitet typischerweise parallel an vielen Datenströmen.

Formen: integrierte Grafikchips sind in CPUs oder SoCs integriert und verwenden häufig den gemeinsam genutzten Systemspeicher; diskrete Grafikchips sind eigenständige Karten mit eigenem Grafikspeicher (VRAM) und werden per PCIe an den Computer angeschlossen.

Architektur und Funktionsweise: Moderne Grafikchips umfassen Tausende bis Millionen kleiner Recheneinheiten. Sie nutzen eine mehrstufige Pipeline – Vertex- und Geometrieverarbeitung, Rasterisierung, Pixel- bzw. Fragmentverarbeitung – sowie Compute-Einheiten für GPGPU-Aufgaben. Sie unterstützen Shader-Modelle und Programmierschnittstellen wie OpenGL, DirectX, Vulkan oder Metal; Compute-Funktionen ermöglichen allgemeine Berechnungen auf der GPU.

Speicher und Schnittstellen: VRAM oder gemeinsam genutzter Hauptspeicher; schneller Speicherzugriff über Speicherbusse; Kommunikationsschnittstellen wie PCIe. Treiber unterstützen die Nutzung durch Betriebssysteme und Anwendungen.

Anwendungsbereiche: Computerspiele, 3D-Modellierung, Video-Encoding/Decoding, Grafikbeschleunigung, wissenschaftliches Rechnen und maschinelles Lernen.

Historie: Grafikchips entwickelten sich von einfachen 2D-Adapterkarten in den 1980er Jahren zu leistungsstarken Diskret-GPUs; führende Hersteller sind Nvidia, AMD/ATI und Intel. In vielen Systemen dominieren heute integrierte Lösungen den Laptop- und Mainstream-Markt.