מעבד גרפי

מעבד גרפי (Graphic Processing Unit, GPU) הוא מעבד שנמצא בכרטיס גרפי או לצידו של המעבד הראשי בתוך שבב. הוא מתמחה בביצוע חישובים רבים בו־זמנית, כלומר יכולת חישוב מקבילית, לבצע הרבה חישובים באותו זמן. יכולת זו שימושית בעיקר בעיבוד תמונות תלת־ממדיות ובעיבודים מספריים כמו פעולות על וקטורים (וקטור = סדרת מספרים שמייצגת כיוון) ומטריצות (מטריצה = טבלה של מספרים).

יחידות חומרה ייעודיות לחישובים פעלו מאז זמן רב. בשנות השמונים הופיעו מתאמי מסך שהורידו מהמחשב הראשי את ניהול המסך. בתחנות עבודה גרפיות היו רכיבים ייעודיים מבית חברות כמו Matrox ו-Silicon Graphics. בשנות התשעים נוצרו תקנים אחידים כמו DirectX, שאפשרו ליצרני חומרה ולכותבי תוכנה לעבוד ביחד. בשנת 2003 אנבידיה הוציאה כרטיס גרפי הניתן לתכנות. ב-2005 הציגה אנבידיה את סביבת התכנות CUDA, ובאותו זמן אומץ המונח GPU.

תפקיד בסיסי של מעבד גרפי הוא להמיר מודל תלת־ממדי לתמונה דו־ממדית על המסך. המעבד מקבל קואורדינטות של רשת מצולעים, מיקום המצלמה, מיקומי אור ולעיתים תמונות שיש למפות על כל מצולע (טקסטורות). הוא מטפל בהצבת האובייקטים במרחב, בניהול הסתרות בין אובייקטים ובהטלת הסצנה על מישור התמונה. מעבדים מתקדמים תומכים באפקטים חלקיקיים (להדמיית עשן וערפל), בנתיב קרניים, Ray tracing, שמהווה שיטה לדימוי אור מדויק יותר, ובעיבוד טנזורים שמאיץ חישובים מסוימים.
כרטיס חזק מאופיין בדרך כלל במהירות שעון גבוהה, רוחב קו חיבור טוב, זיכרון גדול, מספר רב של מעבדי זרימה, יכולות קירור וליתוגרפית ייצור מתקדמת. מעבדים מודרניים תומכים גם ביכולות וידאו כמו iDCT ופיצוי תנועה.
מעבדים גרפיים מתקדמים לשרתים תומכים בווירטואליזציה, הרצה של מערכות וירטואליות מרובות. טכנולוגיות שמוזכרות כוללות Intel Graphics Virtualization Technology, AMD MxGPU ו-NVIDIA vGPU / Multi-Instance GPU.

מעבד גרפי יכול להיות ככרטיס גרפי דיסקרטי שמחובר ל־PCI Express, או משולב בתוך המעבד עצמו כ־IGPU (מעבד גרפי משולב). אפשר גם להשתמש ביותר ממעבד גרפי אחד באמצעות טכנולוגיות תקשורת כמו SLI, NVLink או CrossFire.


חברות רבות ייצרו מעבדים גרפיים. בשנת 2009 היו נתחי שוק של אינטל, אנבידיה ו-AMD/ATI בסביבות 49.4%, 27.8% ו-20.6% לפי המקור, כולל פתרונות משולבים של אינטל. בלי לספור את הגרפיקה המשולבת של אינטל, אנבידיה ו-AMD שלטו ברוב שוק המחשוב הביתי נכון ל-2018, עם נתח של כ-66% לנהג אנבידיה וכ-33% ל-AMD. סמארטפונים משתמשים בעיקר בפתרונות כמו Adreno (Qualcomm), PowerVR (Imagination) ו-Mali (ARM). חברות נוספות המוזכרות כוללות S3 ו-Matrox.

מעבד גרפי הוא מעבד בכרטיס המסך או בתוך השבב. הוא עוזר למחשב לצייר תמונות מהר. מעבד כזה יודע לעשות הרבה חישובים באותו זמן. זה טוב להצגת עולמות תלת־ממדיים במשחקים.

באותן שנים ראשונות היו מתאמי מסך. הם עזרו למחשב לנהל מסכים. בשנות התשעים הופיעו תקנים כמו DirectX. ב-2003 אנבידיה הוציאה כרטיס שניתן לתכנות. ב-2005 הוצגה CUDA והמושג GPU הופץ.

המשימה העיקרית היא להפוך מודל תלת־ממדי לתמונה על המסך. המעבד מקבל ציוני נקודות, מיקום מצלמה ואורות. הוא מחליט מה נראה ומה מוסתר. מעבדים יכולים גם להציג חלקיקים קטנים, כמו עשן. טכנולוגיה שנקראת ray tracing (עקיבת קרני אור) מדמה איך האור מתנהג כדי להראות תאורה מציאותית.
כרטיס חזק צריך מהירות שעון גבוהה, זיכרון רב וכמות גדולה של יחידות חישוב.

המעבד יכול להיות ככרטיס נפרד או משולב בתוך המעבד. אפשר לחבר כמה כרטיסים יחד בעזרת טכנולוגיות כמו SLI או CrossFire.


במחשבים ביתיים אנבידיה ו-AMD שולטים בשוק לפי נתונים מ-2018. בסמארטפונים נפוצות משפחות כמו Adreno, PowerVR ו-Mali.