GPGPU

**GPGPU** eli **General-purpose computing on graphics processing units** (lyhyemmin **GPU-compute**) on tekniikka, jossa grafiikkasuorittimella suoritetaan laskentaa, joka on yleisesti ollut pelkän suorittimen laskettavana. 

Grafiikkasuorittimet ovat perinteisiin keskussuorittimiin nähden hyvin tehokkaita rinnakkaislaskennassa. Tietyissä algoritmeissa nopeusero voi olla 10–100-kertainen GPU:n hyväksi.

GPU:n suorituskyky laskennassa perustuu yksinkertaisiin suorittimiin, joita on huomattavan paljon rinnakkain. GPU:n transistoreista suuri määrä on käytetty datan käsittelyyn sen sijaan, että niitä käytettäisiin ehtorakenteisiin, vuonhallintaan ja datan välimuistiin. GPU soveltuu käytettäväksi algoritmeissa joissa on korkea *laskentaintensiteetti* sekä datan *riippumattomuus*. Laskentaintensiteetti määritellään operaatioina datayksikköä kohden. Tästä syystä esimerkiksi säteenseuranta on yksi mahdollinen käyttökohde.

## Historia

Varhaiset grafiikkasuorittimet (GPU) olivat verrattain yksinkertaisia, kiinteätoimisia komponentteja. Ohjelma-algoritmien toteuttaminen GPU:n mikropiirillä tehosti 3D-grafiikkaa ja vapautti keskussuorittimen muihin operaatioihin. 

Renderöidyn tiedon siirtäminen takaisin keskusmuistiin kuvan (*frame*) jälkikäsittelyä varten lisäsi tarvetta kaksisuuntaiselle väylälle ja GPU ei ollut enää sidottu vain näytölle suuntautuviin toimintoihin.

Shader-kielet lisäsivät joustavuutta ja sovittamista uusien algoritmien toteuttamiseen GPU:lla ilman tarvetta, että algoritmi olisi kiinteätoimisena piirinä mikrosirulla. Näiden kehittyminen johti lopulta nykyisen kaltaiseen tilanteeseen, jossa GPU on ohjelmoitavissa oleva komponentti ja käytettävissä laajalti muuhunkin kuin näyttötoimintoihin.

Varhaiset shader-kielet (*pixel shader*, *vertex shader*) olivat vielä varsin rajoittuneita ja muistuttivat assembly-kieltä. *[[Unified Shader]]* -kehityksen myötä toiminnoista tuli geneerisempiä, joustavampia ja ohjelmoitavuus korvasi kiinteätoimiset osat GPU:n rakenteessa.

Myöhemmin on tullut mahdollisuus ohjelmoida C-tyylisellä korkeamman tason kielellä (ks. GLSL, HLSL, Cg, C++ AMP). Shader-kielellä tehty ohjelma käännetään joko suoraan tai välillisesti (ks. SPIR-V) GPU:n itsensä käyttämään muotoon. Johtuen useiden eri arkkitehtuurien määrästä viimeinen käännös GPU-kohtaisesti tapahtuu usein ajuritasolla.

## Ohjelmarajapinnat ja kirjastot

GPGPU-rajapintoja ovat muun muassa Khronos Groupin OpenCL, NVIDIAn CUDA, AMD:n ROCm, Intelin oneAPI sekä Microsoftin DirectX 11:n mukana julkistama DirectCompute sekä C++ AMP. 

Khronos Groupin SYCL on suunnattu laajempaan heterogeeniseen käyttöön (suorittimet, GPU:t, FPGA:t, ei ainoastaan GPU:n kanssa).

Vulkan-rajapinta käyttää termiä *Compute Pipeline* tekniikalle. Applen Metal tukee GPGPU-käyttöä *Compute Pipeline* -toiminnon kautta.

Ohjelmakoodikirjastoja ovat esimerkiksi OpenACC ja Torch.

## Käyttökohteet

Eräät supertietokoneet käyttävät menetelmää laskentakapasiteetin lisäämiseen. Käyttökohteita ovat muun muassa fysiikkamallinnus ja tekoälytutkimus. 

Esimerkkeinä Oak Ridgen *Titan* ja Facebookin julkaisema avoin *Big Sur* -laitealusta.

## Katso myös
* Flynnin luokittelu

## Lähteet

## Aiheesta muualla
* OpenACC
* Torch