Grafiikkasuoritin(GPU)

Yleistä

Grafiikkasuoritin (Graphics Processing Unit, GPU) on grafiikan kiihdytykseen optimoitu suoritin. Grafiikkasuoritin tunnetaan myös nimillä grafiikkaprosessori tai grafiikkapiiri. Grafiikkasuorittimen tehtävänä on 2D- ja 3D-grafiikan renderointi, ettei keskussuorittimen (Central Processing Unit, CPU) tarvitse käyttää kaikkia resurssejaan grafiikan renderointiin.

Käyttökohteet

ASUS GeForce® GTX 660 ja MSI GeForce GTX 1070 Gaming X

Nykyisin melkein kaikista laitteista, kuten esimerkiksi tietokoneista ja älylaitteista, löytyy vähintään integroitu grafiikkasuoritin, mutta suurimmasta osasta laitteista löytyy erillinen näytönohjain, joka on suorituskyvyltään paljon integroitua grafiikkasuoritinta tehokkaampi. Erillisiä näytönohjaimia nähdään suurimmaksi osaksi pelitietokoneissa, sillä suurimmassa osassa nykyisissä peleissä on todella vaativat grafiikat, eikä pelkän integroidun grafiikkasuorittimen laskentateho tahdo riittää optimaalisen pelikokemuksen saavuttamiseen.

(Arvioijan lisäämää) GPUta käytetään vielä pääasiassa 2D ja 3D-grafiikoiden parantamiseen erilaisissa ohjelmissa joissa tarvitaan mahdollisimman hyvälaatuisia grafiikoita. Kuitenkin GPUn laskemisteho on niin suuri että niitä voidaan käyttää myös muiden tehtävien nopeuttamiseen tietokoneessa. ^[1] GPU pystyy tekemään enemmän laskuja kerralla CPUhun verrattuna, joten sitä voidaan käyttää suuren datamäärän nopeaan käsittelyyn, mikä helpottaa CPUn työmäärää. GPUta voidaan käyttää siis CPUn tukena tehostamassa koneen yleistä toimintaa. ^[2]

Historia

Vuonna 1981 IBM alkoi käyttää monokromia ja värisovittimia (MDA / CDA) tietokoneissaan. Nykyaikainen GPU se ei kuitenkaan ollut, vaan se oli tietty tietokoneen komponentti, joka oli suunniteltu vain yhteen tarkoitukseen: videon näyttämiseen. Aluksi se oli 80 saraketta 25 riviä tekstimerkkejä tai symboleita. Intelin vuonna 1983 julkaisema ISBX 275 Video Graphics Controller Multimodule Board oli seuraava vallankumouksellinen laite. Se pystyi näyttämään kahdeksan väriä.

Grafiikkaprosessorien kehitys juontaa juurensa SGI työasemiin ja IRIS GL rajapintaan. Reaaliaikainen 3D-grafiikka oli aluksi vain ammattikäyttöön tarkoitettujen työasemien ja niiden erikoistarkoitukseen kehitettyjen laitteistojen mahdollisuuksissa. Myöhemmin teknologia tuli saataville myös kuluttajille henkilökohtaisiin tietokoneisiin. Tämän aikakauden sanotaan yleisesti alkaneen 3Dfx-yhtiön Voodoo 1:n tultua markkinoille vuonna 1996.^[3]

Valmistajat

Näytönohjaimia valmistavat yritykset lisensoivat grafiikkasuorittimen tekniikan grafiikkasuoritinvalmistajilta kuten Nvidia, AMD, sekä Intel. Yleisimpiä näytönohjaimia valmistavia yhtiöitä ja tuotemerkkejä ovat esimerkiksi MSI, EVGA, Asus, Gigabyte, Zotac, Palit sekä Gainward.^[4]

Laskennallisia toimintoja

Nykyaikaiset GPU:t käyttää suurimman osan transistoreistaan laskemaan laskuja, jotka liittyvät 3D-grafiikoihin. Tämän lisäksi korteissa on 2D-kiihdytys ja kehyspuskuri, joka yleensä sisältää VGA yhteensopivuus tilan. Uusimmissa korteissa kuten esimerkiksi AMD HD5000-HD7000 sarjojen korteissa ei edes ole ollenkaan 2D-kiihdytystä vaan ne laskutoimitukset emuloidaan 3D-laitteistolla. GPU:ta aluksi käytettiin nopeuttamaan muisti-intensiivisiä töitä, kuten tekstuurikartoitusta ja polygonien renderointiä. Myöhemmin lisättiin yksiköitä kiihdyttämään geometrisiä laskuja ja kärkien translaatiota erilaisiin koordinaatistoihin. Viime aikojen GPU-kehitys sisältää esimerkiksi tuen ohjelmoitaville shadereille, jotka voivat manipuloida tekstuureita ja kärkijä samanlaisilla operaatioilla, joita CPU:t tukevat. Tämän lisäksi erittäin tarkkoja väriavaruuksia sekä ylisamplausta ja interpolaatio tekniikoita joilla vähennetään laskostumista. Suurin osa näistä laskutoimituksista sisältää matriisi ja vektori operaatioita, jonka takia on lisää tutkittu GPU:n käyttöä ei graafisissa laskennoissa, kuten rinnakkaislaskennassa, jota käytetään paljon esimerkiksi kryptovaluutan louhimisessa. On myös huomattu, että GPU toimii CPU:ta nopeammin kun koulutetaan oppivia neuroverkkoja.

Integroidut näytönohjaimet

Integroidut näytönohjaimet eli "Yhdysrakenteiset" näytönohjaimet käyttävät osaa tietokoneen keskusmuistista, koska niissä ei ole omaa muistia, kuten erillisissä näytönohjaimissa. Integroidut näytönohjaimet ovat yleisempiä peruskäyttäjien keskuudessa, koska ne ovat halvempia kuin erilliset näytönohjaimet. Graafisesti vaativia ohjelmia käytettäessä integroidut näytönohjaimet eivät suoriudu läheskään yhtä hyvin, kuin erilliset näytönohjaimet. Nykyisin integroidut näytönohjaimet kykenevät käsittelemään matalatasoista 3d-grafiikkaa kuitenkin hyvin. Raskaimpien videopelien pelaamisen integroidut näytönohjaimet eivät kuitenkin sovellu kovinkaan hyvin. On yleistä, että nykyaikaisissa pöytätietokoneissa on sekä integroitu näytönohjain, ja laajennuspaikka erilliselle näytönohjaimelle.^[5]