מעבד גרפי

מעבד גרפי (באנגלית: Graphics Processing Unit; בראשי תיבות: GPU) הוא מעבד המצוי בכרטיס גרפי או לצד ליבת המעבד במערכת על שבב ומאפשר חלוקת עומסים בינו לבין המעבד הראשי (CPU) בחישובים גרפיים שונים, בעיקר של סצנות תלת־ממדיות.

המעבד הגרפי מתמחה בעיקר בחשבון מטריצות וחשבון וקטורים. בעיבודי תלת מימד מקבל הכרטיס הגרפי באופן ישיר את הקואורדינטות של רשת תלת־ממדית עבור כל אובייקט, ואת התמונה שיש להלביש על כל מצולע ברשת זו. מכאן ואילך המעבד הגרפי מטפל לבדו בפונקציות של סיבוב, מרחק והסתרת אובייקטים ברקע על ידי אובייקטים בקדמת הסצנה.

היסטוריה

יכולות של מעבד גרפי
במעבדים גרפיים מתקדמים התווספו יכולות של שימוש ב ושימוש בחלקיקים נקודתיים (למשל לאפקטים של עשן וערפל). במעבדים חדישים עוד יותר הוספו יכולות של ניתוב קרניים (Ray tracing) ויכולות עיבוד טנזורים המאיצות פעולה זו. המעבד הגרפי מאפשר למפתחי משחקי המחשב להציג גרפיקה מציאותית הרבה יותר ומפורטת הרבה יותר הודות ליכולות עיבוד אלו.

כרטיס מסך חזק נמדד במספר קריטריונים:
 מהירות שעון גבוהה של הליבה והזכרונות
 אפיק חיבור
 כמות מרובה של זיכרון העומד לרשותו
 מספר מעבדי הזרימה
 יכולות המהרה טובות וקירור טוב
 ליתוגרפית ייצור

מעבדים גרפיים מודרניים יכולים לתמוך בטרנספורמציית קוסינוס בדידה הפוכה (iDCT) ופיצוי תנועה (mocomp).

מעבדים גרפיים מתקדמים לשרתים תומכים ביכולות של וירטואליזציה. בהקשר זה תומכת אינטל בטכנולוגית Graphics Virtualization Technology שהוכרזה ב-2014, AMD תומכת בטכנולוגית MxGPU המבוססת על SR-IOV ו-Nvidia תומכת בטכנולוגיית vGPU וב-Multi-Instance GPU המבוסס על SR-IOV.

תצורות של מעבד גרפי
מעבד גרפי יכול לבוא בתצורה של כרטיס גרפי דיסקרטי או בצורה של מעבד גרפי אינטגרלי (Integrated graphics processing unit; IGPU).

בתצורה של כרטיס גרפי דיסקרטי הוא מגיע ככרטיס הרחבה ל-PCI Express או ל-Accelerated Graphics Port. בתצורה של מעבד גרפי אינטגרלי מצורף המעבד הגרפי לסיליקון יחד עם המעבד - דוגמאות לכך הן  Intel HD Graphics או AMD APU).

ניתן להשתמש ביותר ממעבד גרפי אחד במחשב באמצעות טכנולוגיות המאפשרות תקשורת של המעבד הגרפי כדוגמת Scalable Link Interface (SLI) או NVLink של Nvidia או CrossFire של AMD.

שימושים לא גרפים במעבדים גרפים 

 כריית מטבעות דיגיטליים: יצירת מטבעות דיגיטליים מבוססת על תהליך "כרייה" הדורש כמות גדולה של חישובים, עד לקבלת תוצאה "נכונה" המאפשר יצירת מטבעות חדשים והענקת "בונוס" לכורה. כורים מקצועיים משתמשים במחשבים בעלי כמות גדולה של כרטיסי מסך המאפשרים את התהליך.
 פיצוח סיסמאות: הצורה המקובלת לאחסון סיסמאות היא גיבוב (Hash), ניתן להשתמש בתהליך Brute Force כדי לייצר כמות גדולה של Hash-ים ולחפש תוצאות זהות לסיסמאות מגובבות שנאספו בצורה כזו או אחרת כדי לפענח את הסיסמאות. תהליך זה הופך לישים (ברמה מסוימת) בעזרת כרטיסים גרפיים היכולים לייצר כמויות גדולות של Hash-ים בפרקי זמן סבירים
 AI - למידה עמוקה: תהליכי Deep Learning מבוססים על רשתות נוירונים שהן למעשה מטריצות עם מספר גדול של ממדים כאשר תהליך האימון של רשת דורש חישובים רבים של משקולות לכל המטריצה כדי לספק תשובות מדויקות. מקובל להשתמש במערכות מבוססות GPU כדי לבצע את האימון בזמן סביר.
 יצירת שמות לרשת Onion: הגעה למשאבים ב"רשת אפלה" דורשת יצירת שם מבוסס תהליך גיבוב. לעיתים מעוניינים ליצור שם משמעותי (דוגמה: פייסבוק יצרה את השם facebookcorewwwi.onion) דבר הדורש משאבי מיחשוב חזקים היכולים להתבצע על ידי GPU.

יצרנים ונתח שוק
הרבה חברות מסביב העולם ייצרו מעבדים גרפיים תחת שמות מסחריים שונים. בשנת 2009 החברות אינטל, NVidia ו-AMD/ATI היו הראשונים בשוק עם 49.4%, 27.8%, 20.6% אחוזים של מכירה בהתאמה (כאשר Intel ייצרה רכיב של המעבד הגרפי עבור שתי החברות) עם זאת, מספרים אלה כוללים את פתרונות הגרפיקה המשולבים של אינטל כ- GPU. אם לא סופרים את אלה, Nvidia ו- AMD שולטות בכמעט 100% מהשוק נכון לשנת 2018. נתחי השוק שלהן הם 66% ו- 33% בהתאמה.

בנוסף לכך חברת S3 graphics (בבעלות חברת VIA Technologies) וחברתMatrox מייצרות מעבדים גרפיים.

סמארטפונים עכשוויים משתמשים בעיקר בטכנולוגית Adreno GPUs שמפותחת על ידי Qualcomm, PowerVR GPUs של Imagination Technologies ו-Mali GPUs מ-ARM.

ראו גם
 מונחים בחומרה

קישורים חיצוניים
 GPU Gems באתר nvidia
 NVIDIA Ampere Architecture
 Intel Server GPU

הערות שוליים 

התקני פלט
מעבד
גרפיקה ממוחשבת