Einsteigerguide: Was sind GPGPUs?

Ein Universal-GPU (GPGPU) ist eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), die nicht spezialisierte Berechnungen durchführt, die typischerweise von der CPU (Zentraleinheit) durchgeführt werden. Normalerweise ist die GPU für das Rendern von Grafiken vorgesehen.

GPGPUs werden für Aufgaben eingesetzt, die früher die Domain von Hochleistungs-CPUs waren, wie Physikberechnungen, Ver- und Entschlüsselung, wissenschaftliche Berechnungen und die Generierung von Kryptowährungen wie Bitcoin. Da Grafikkarten für massive Parallelität augelegt sind, können sie die Rechenleistung selbst der leistungsfähigsten CPUs für viele parallele Verarbeitungsaufgaben in den Schatten stellen. Die gleichen Shader-Kerne, die es ermöglichen, mehrere Pixel gleichzeitig zu rendern, können ebenfalls mehrere Datenströme gleichzeitig verarbeiten. Obwohl ein Shaderkern nicht annähernd so komplex ist wie eine CPU, kann ein High-End-Grafikprozessor Tausende von Shaderkernen aufweisen. Im Gegensatz dazu kann eine Multicore-CPU acht oder zwölf Kerne aufweisen.

Seit DirectX 10 Unified Shader in die Shader-Kernspezifikationen für Windows Vista aufgenommen hat, wird der Fokus verstärkt auf GPGPUs gelegt. Immer wieder werden Higher-Level Sprachen entwickelt, um die Programmierung für Berechnungen auf dem GPU zu erleichtern. Sowohl AMD/ATI als auch Nvidia haben Ansätze für GPGPU mit eigenen APIs (OpenCL bzw. CUDA).

Die Geschichte der universellen GPUs.

Nvidia`s GeForce 3 war der erste Grafikprozessor mit programmierbaren Shadern. Damals ging es darum, gerasterte 3D-Grafiken realistischer zu gestalten. Die neuen GPU-Funktionen ermöglichten 3D-Transformation, Bump-Mapping, Specular-Mapping und Beleuchtungsberechnungen. ATIs 9700 GPU, die erste DirectX 9-fähige Karte, näherte sich der Programmierflexibilität von CPUs, obwohl damals nur wenige allgemeine Berechnungen durchgeführt wurden. Mit der Einführung von Windows Vista, gebündelt mit DirectX 10, wurden einheitliche Shaderkerne als Teil des Standards spezifiziert. Das neu entdeckte Potenzial der GPU zeigt eine Leistungssteigerung um mehrere Größenordnungen gegenüber CPU-basierten Berechnungen.

GPGPUs und die Zukunft der Computergrafik.

GPUs, die ursprünglich entwickelt wurden, um gerastertes 3D zu beschleunigen (da Raytracing rechnerisch zu teuer war), haben die Leistung von CPUs für Raytraced Pre-Rendered Grafiken übertroffen. Obwohl Raytracing noch nicht in Spielen eingesetzt wird, gab es Echtzeit-Demonstrationen. Die Fortschritte der GPGPUs bedeuten, dass Computergrafiken in nicht allzu ferner Zukunft in der Lage sein sollten, die gleiche intensive Geometrie und Beleuchtung wie 3D-Filme zu erzeugen.

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