Grafikprocessorer

Grafikprocessorer, auch als GPUs (Graphics Processing Units) bezeichnet, sind spezialisierte Mikroprozessoren, die für die schnelle Berechnung und Darstellung von Bilddaten entwickelt wurden. Sie arbeiten parallel und verfügen über zahlreiche Recheneinheiten, die gleichzeitig Bild- und Vektoroperationen ausführen können, wodurch sie besonders effizient bei der Verarbeitung von Grafiken, Videos und 3‑D‑Renderings sind.

Ursprünglich wurden GPUs in den 1990er‑Jahren für die Beschleunigung von 2‑D‑Grafiken in Personal‑Computern eingeführt. Mit der steigenden Nachfrage nach realistischen 3‑D‑Spielen, virtueller Realität und computerunterstütztem Design (CAD) entwickelte sich die Architektur weiter, sodass moderne GPUs komplexe Shader‑Programme, Ray‑Tracing und Deep‑Learning‑Algorithmen unterstützen. Die wichtigsten Komponenten einer GPU umfassen das Rasterisierungs‑ und das Compute‑Pipeline‑Modul, Speichercontroller für schnellen Zugriff auf VRAM und spezialisierte Taktgeber, die eine hohe Taktrate ermöglichen.

Es gibt zwei Hauptkategorien: integrierte Grafikprozessoren, die in die CPU‑ oder den Chipsatz integriert sind und für grundlegende Desktop‑Aufgaben ausreichen, und dedizierte GPUs, die als eigenständige Karten vorliegen und höhere Leistung für Gaming, professionelle Bildbearbeitung und wissenschaftliche Berechnungen bieten. Marktführer sind Unternehmen wie NVIDIA, AMD und Intel, die jeweils eigene Architekturen (z. B. NVIDIA‑Ada‑Lovelace, AMD‑RDNA) entwickeln.

Neben der Bildverarbeitung werden GPUs zunehmend für allgemeine Berechnungen (GPGPU) eingesetzt, etwa in Künstlicher Intelligenz, Datenanalyse und Simulationen. Durch ihre Fähigkeit, Tausende von Threads gleichzeitig zu verwalten, bieten sie Vorteile gegenüber herkömmlichen CPUs bei Aufgaben mit hohem Parallelisierungsgrad. Die Weiterentwicklung fokussiert sich auf höhere Energieeffizienz, erweiterte KI‑Beschleuniger und die Integration von Ray‑Tracing‑Kernen, um realitätsnahe Lichtmodelle in Echtzeit zu ermöglichen.