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Lmwca'mwcqunità di elaborazione grafica (in acronimo mwcgGPU, dall'mwcwinglese mwdaGraphics Processing Unit), è un mwdqprocessore progettato per accelerare la creazione di immagini in un mwdgframe buffer, destinato all'mwdwoutput su un dispositivo di visualizzazione. Le GPU vengono utilizzate in mweasistemi embedded come mweqtelefoni cellulari, mwegpersonal computer e mwewconsole di gioco. In un personal computer una GPU può essere presente su mwfascheda video o incorporata sulla mwfqscheda madre, mentre in alcune mwfgCPU sono incorporate nel mwfwdie della CPU stessa.cite-ref-1[1]

Negli anni settanta il termine GPU descriveva un'unità di elaborazione programmabile, che lavorava indipendentemente dalla CPU ed era responsabile della manipolazione e dell'output della grafica.cite-ref-2[2]cite-ref-3[3] Successivamente, nel 1994, mwjqSony ha utilizzato il termine in riferimento alla GPU progettata da mwjgToshiba per la console mwjwPlayStation.cite-ref-4[4] Il termine GPU è stato reso popolare da mwlaNVIDIA nel 1999, che ha commercializzato la mwlqGeForce 256 come "la prima GPU al mondo".cite-ref-5[5]

• Descrizione

• Storia

• Crisi da carenza

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Le GPU moderne, sebbene operino a mwngfrequenze più basse delle mwnwCPU, sono molto più veloci di esse nell'eseguire i compiti in cui sono specializzate.

La GPU attualmente entra pesantemente in funzione solo nell'mwoqaccelerazione 3D; nell'mwogaccelerazione 2D i dati vengono elaborati dalla mwowCPU e allocati dalla GPU in una parte della memoria chiamata mwpamwpqframebuffer; da lì, il mwpgRAMDAC (mwpwrandom access memory digital-to-analog converter) legge i valori di colore da assegnare ai singoli mwqamwqqpixel e genera il segnale per lo schermo.

Diversamente, quando viene elaborata un'immagine 3D, la CPU del computer si occupa solo del calcolo delle coordinate geometriche dei vertici dei poligoni che compongono gli oggetti della scena, e lascia alla GPU il compito di riempire le facce formate da questi vertici (mwqwmesh) e del calcolo delle ombre e degli effetti grafici da applicare ai poligoni, sgravandosi da pesanti operazioni di calcolo. Dopo di ciò i dati risultanti verranno normalmente posizionati nel mwrqframe buffer, per poi passare per il mwrgRAMDAC e arrivare alla resa grafica.

Dal punto di vista terminologico abbiamo tre soluzioni con architetture diversecite-ref-6[N 1]:

• GPU dedicata: è presente una scheda video specifica;

• GPU integrata: la sezione grafica è condivisa con la CPU, ossia è sul mwtwmwuachipset;

• GPU doppia: GPU integrata (per applicazioni video ordinarie) e GPU dedicata (per flussi video pesanti: resa grafica, giochi, ecc.); questa soluzione può essere configurata con commutazione automatica oppure manuale (ovvero l'utente decide quale scheda utilizzare), agendo sul BIOS o meglio sullo strumento relativo alla sezione grafica.

Le moderne GPU discendono dai chip grafici monolitici di fine mwyqanni settanta e degli mwyganni ottanta.

Questi chip non avevano la funzione mwzaBitBLT, o l'avevano solo sotto forma di mwzqmwzgsprite, e solitamente non avevano funzioni per il disegno di mwzwforme.

Alcune GPU potevano eseguire più operazioni in una mwaqdisplay list e usare il mwagDMA per ridurre il carico sulla CPU; uno dei primi esempi è stato il co-processore mwawANTIC, usato sul computer mwbaAtari 800 e mwbqAtari 5200. Alla fine degli anni ottanta e all'inizio degli mwbganni novanta, le GPU di fascia alta venivano spesso implementate con microprocessori non specializzati ad alta velocità; alcune schede grafiche (molto costose) per mwbwPC e mwcaworkstation usavano chip mwcqDSP (digital signal processor) (come la serie TMS340 della mwcgTI) per implementare funzioni veloci di disegno, e molte mwcwstampanti laser venivano fornite con un elaboratore di immagini mwdaraster mwdqPostScript (un caso speciale di una GPU) funzionante su una CPU mwdgRISC come l'mwdwAMD 29000.

Man mano che la tecnologia di costruzione di chip migliorava, è diventato possibile spostare sia le funzioni di disegno sia la funzione BitBLT sulla stessa scheda (e, in seguito, nello stesso chip) insieme a un normale controllore di frame buffer come il mweqVGA; questi "acceleratori 2D" semplificati non erano così flessibili come le GPU basate su microprocessore, ma erano molto più facili da costruire e da vendere. L'mwegAmiga è stato il primo computer per il mercato di massa a includere un mwewblitter nel suo hardware video e il sistema grafico mwfaIBM 8514 è stato una delle prime schede video per PC a implementare nell'hardware le primitive 2D.

All'inizio degli anni '90, la diffusione di mwfgMicrosoft Windows ha generato un grande interesse verso la mwfwgrafica raster 2D ad alta velocità e alta mwgarisoluzione (che in passato era stato il dominio delle workstation mwgqUnix e dei Macintosh mwggApple). Per il mercato dei PC, la dominanza di Windows ha significato che i produttori di dispositivi grafici per PC adesso potevano focalizzare gli sforzi di sviluppo su una sola interfaccia di programmazione, la mwgwGDI.

Nel mwhq1991, mwhgS3 Graphics ha introdotto il primo acceleratore 2D su singolo chip, l'S3 86C911 (il cui nome è stato ispirato dall'autovettura mwiaPorsche 911 come indicazione dell'aumento di velocità che prometteva). L'86C911 ha generato molti imitatori; nel mwiq1995, tutti i principali produttori di chip grafici per PC avevano aggiunto il supporto per l'accelerazione 2D ai loro chip. Entro questo tempo, gli acceleratori per Windows non programmabili avevano sorpassato, in termini di prestazioni di Windows, i costosi coprocessori grafici a uso generico, per cui i co-processori scomparvero dal mercato dei PC.

Nel 1999 fu introdotta la prima generazione di schede grafiche mwiwGeForce prodotte dalla mwjaNVIDIA Corporation, pensate appositamente per la grafica 3D. Un anno dopo mwjqATI Technologies introdusse il primo chip della famiglia mwjgRadeon. Questi due brand acquistarono sempre più quote di mercato e oggi si spartiscono il mercato delle schede grafiche per i videogiochi.

Con l'avvento dell'mwkaAPI mwkqDirectX versione 8 e di simili funzionalità in mwkgOpenGL, le GPU hanno aggiunto l'ombreggiatura (mwkwshading) programmabile alle loro funzioni. Ogni pixel poteva adesso essere elaborato da un breve programma che poteva ricevere in input delle mwlatexture e ogni vertice geometrico poteva analogamente essere elaborato da un breve programma prima di essere proiettato sullo schermo. Nel mwlq2003, con l'introduzione della mwlgNVIDIA mwlwGeForce FX (detta anche NV30), gli ombreggiatori (mwmashader) di mwmqpixel e di mwmgvertici potevano realizzare dei cicli, delle lunghe operazioni a virgola mobile, e in generale stavano diventando rapidamente flessibili quanto una CPU dedicata all'elaborazione d'immagini raster.

L'avvento dell'interfaccia AGP (accelerated graphics port), con standard di interfaccia 2x - 4x e 8x, fece in modo di consentire una maggiore banda passante di informazioni per permettere un accesso diretto alla memoria fisica del computer da parte della scheda grafica, in modo da poter gestire texture e oggetti 3D di grandi dimensioni, garantendo una maggiore velocità nelle operazioni di calcolo grafico. Le velocità sono di, rispettivamente, 533 MB/s per AGP 1x/2x, 1066 MB/s per AGP 4x e 2133 MB/s per AGP 8x.

L'avvento del PCI Express portò all'inesorabile declino dell'interfaccia AGP, garantendo velocità di trasferimento di molto superiori e permettendo l'utilizzo di schede grafiche con maggiori richieste di consumi energetici. Questo portò alla costruzione di chip grafici molto più evoluti dei precedenti, aprendo la strada a una sempre più realistica grafica in continuo sviluppo sia per usi professionali sia per usi domestici.

L'ultima versione oggi disponibile di DirectX è la 12, integrata in mwngWindows 10, con un aggiornamento in Vista, che rappresenta un ulteriore passo avanti nella programmabilità delle GPU, grazie all'introduzione di mwnwshader unificati. Con l'upgrade a DirectX 10 e 11 è inoltre possibile godere degli effetti video di Tessellation (generazione automatica scalare di poligoni su superfici piane e no) che permette di generare minuziosi particolari delle Texture senza sconvolgere lo scenario in modo massivo. Inoltre, con l'avvento dei mwoaBlu-ray Disc la GPU dovrà essere progettata per gestire il segnale e le chiavi mwoqAACS che servono per verificare l'autenticità del film. I nuovi chip grafici godono di upscaling su video di scarsa qualità, di maggiore velocità di riproduzione dei filmati e dei contenuti DVD oltre i 25 fps e di un complessivo miglioramento dei colori, delle luci e dei rapidi cambi di scena.

Oggi le GPU, ad alto parallelismo, hanno cominciato a contendere alla CPU funzioni computazionali, e un sottosettore della ricerca, chiamato mwowGPGPU (sigla di General Purpose Computing on GPU), ha trovato impiego in vari campi come l'esplorazione petrolifera, l'elaborazione di immagini scientifiche e perfino la determinazione del prezzo delle opzioni sulle mwpaazioni di borsa. Le tecnologie più note per l'elaborazione mwpqGPGPU sono NVIDIA mwpgCUDA, ATI CTM (precedentemente noto come ATI Stream) e mwpwOpenCL.

Nel 2020 si è assistito a una carenza di reperibilità di schede video, causata da un duplice motivo: crisi dei materiali e della logistica causata dal mwqgCOVID-19 e la crescente richiesta dei miner di mwqwcriptovalutecite-ref-7[6]

cite-note-6N 1. ↑ Si assimila di seguito GPU (cioè il processore grafico) alla scheda video di cui, in realtà, il processore è solo un componente

cite-note-11. ↑ mwvw(mwwamwwqEN) Denny Atkin, mwwgmwwwComputer Shopper: The Right GPU for You, su mwxacomputershopper.com. mwxqURL consultato il 2 dicembre 2020 mwxg(archiviato dall'mwxwurl originale il 6 maggio 2007).

cite-note-22. ↑ mwyw(mwzamwzqEN) E.T. Barron e R.M. Glorioso, mwzgmwzwA micro controlled peripheral processor, su mw0adl.acm.org, settembre 1973. mw0qURL consultato il 2 dicembre 2020.

cite-note-33. ↑ mw1q(mw1gmw1wEN) Ken Levine, mw2amw2qCore standard graphic package for the VGI 3400, su mw2gdl.acm.org, agosto 1978. mw2wURL consultato il 2 dicembre 2020.

cite-note-44. ↑ mw3w(mw4amw4qEN) Jon Peddie, mw4gmw4wIs it Time to Rename the GPU?, su mw5acomputer.org. mw5qURL consultato il 2 dicembre 2020.

cite-note-55. ↑ mw6q(mw6gmw6wEN) mw7amw7qNVIDIA Launches the World's First Graphics Processing Unit: GeForce 256, su mw7gnvidia.com. mw7wURL consultato il 2 dicembre 2020 mw8a(archiviato dall'mw8qurl originale il 12 aprile 2016).

cite-note-76. ↑ mw9qmw9gmw9wSchede video introvabili? La colpa è (anche) del mining delle criptovalute, su mw-acorriere.it. mw-qURL consultato il 17 dicembre 2021.

• mw-qCoprocessore

• mw-wCPU

• mwaqeHigh Bandwidth Memory

• mwaqmRendering

• mwaquScheda video

• mwaqcNVIDIA

Altri progetti

• Wikizionario

• Wikimedia Commons

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario «GPU»

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sulla GPU

• mwaqwArchitettura di una GPU, su appuntidigitali.it.

• mwaq4Superscalare e vliw nel mondo GPU, su appuntidigitali.it.

• mwaramwareCos'è la GPU, su mwarirobadainformatici.it.