Aufgabe 1:
Unter der Aufgabenstellung findet ihr Informationen und Fragen zum Thema GPU. Eure Aufgabe ist es, die Mindmap mit wichtigen Informationen zu erweitern. Fangt mit einer eigenen Recherche zum Thema an und versucht, die Fragen zu beantworten. Euch ist es freigestellt, auch die Texte und Videos von dieser Webseite zu verwenden. Falls auf dem A3-Blatt nicht genügend Platz ist, könnt ihr auch ein Extrablatt verwenden.

Diese Leitfragen können euch helfen, nach anfänglichen Informationen zu suchen. Sucht auch gerne nach anderen Informationen, die euch interessieren.

1. Welche Hauptaufgaben übernimmt eine GPU im Vergleich zur CPU?
2. Was ist der Unterschied zwischen GPU und Grafikkarte?
3. Müssen Grafikkarten immer separat gekauft werden?
4. Wie viele Kerne besitzt eine GPU?
5. Welche Grafikkarten-Hersteller gibt es? (Nenne mindestens drei und eins ihrer Produkte)

Was ist eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU)?

Eine Grafikverarbeitungseinheit ist eine elektronische Schaltung, die Computergrafik- und Bildverarbeitung auf einer Vielzahl von Geräten beschleunigen soll. Zu diesen Geräten gehören Grafikkarten, Systemboards, Mobiltelefone und Personalcomputer (PCs). Durch die schnelle Ausführung mathematischer Berechnungen verkürzt ein Grafikprozessor die Zeit, die ein Computer für die Ausführung mehrerer Programme benötigt. Dies macht sie zu einem wesentlichen Wegbereiter für aufkommende und zukünftige Technologien wie maschinelles Lernen (ML), künstliche Intelligenz (KI) und Blockchain.

Vor der Erfindung der GPUs in den 1990er Jahren waren die Grafikcontroller in PCs und Videospiel-Controllern auf die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) eines Computers angewiesen, um Aufgaben auszuführen. Seit den frühen 1950er Jahren sind CPUs die wichtigsten Prozessoren in einem Computer. Mit dem Aufkommen von Computerspielen und computergestütztem Design (CAD) in den 1990er Jahren benötigte die Branche jedoch eine schnellere und effizientere Methode, um Pixel schnell zu berechnen und darzustellen.

Was ist der Unterschied zwischen einer GPU und einer Grafikkarte?

Die Bezeichnungen Grafikverarbeitungseinheit und Grafikkarte werden oft synonym verwendet, sind aber nicht dasselbe. Grafikkarten sind Zusatzplatinen (AIB), die an einer Stelle auf der Hauptplatine (Mainboard) eines Computers eingesetzt werden. Grafikkarten sind nicht in den Computer selbst eingebaut, sie sind austauschbare Karten. Eine Grafikkarte wird komplett mit einer GPU geliefert. Die GPU ist die Hauptkomponente von Grafikkarten. Sie existiert zusammen mit anderen Komponenten wie Video-RAM (VRAM) für Videospeicher, Anschlüssen (wie HDMI oder DisplayPort) und einer Kühleinheit. Eine GPU kann jedoch auch direkt in das Motherboard eingebaut oder zusammen mit anderen Komponenten als All-in-One-Chip integriert werden.

Wie funktioniert eine GPU?

Moderne GPUs enthalten typischerweise eine Reihe von Multiprozessoren. Jeder hat einen gemeinsamen Speicherblock sowie eine Reihe von Prozessoren und entsprechende Register. Die GPU selbst verfügt über konstanten Speicher sowie über Gerätespeicher auf der Platine, auf der sie untergebracht ist. Jede GPU funktioniert je nach Verwendungszweck und Hersteller unterschiedlich. Die Besonderheiten des Chips und der verwendeten Software, die die GPU nutzt, sind leicht unterschiedlich. Mit der CUDA-Parallelverarbeitungssoftware von Nvidia können Entwickler die GPU beispielsweise speziell für fast jede Allzweck-Parallelverarbeitungsanwendung programmieren. GPUs können eigenständige Chips sein, die als diskrete GPUs bezeichnet werden, oder in andere Computerhardware integriert sein, sogenannte integrierte GPUs (iGPUs).

• Diskrete GPU:
  Diskrete GPUs existieren als Chips, die sich voll und ganz der jeweiligen Aufgabe widmen. Während diese Aufgabe traditionell in der Grafik lag, können diskrete GPUs jetzt als dedizierte Verarbeitung für Aufgaben wie ML oder komplexe Simulationen verwendet werden. Bei Verwendung in der Grafik befindet sich die GPU normalerweise auf einer Grafikkarte, die in ein Motherboard gesteckt wird. Bei anderen Aufgaben befindet sich die GPU möglicherweise auf einer anderen Karte oder einem Steckplatz direkt auf dem Motherboard selbst.
• Integrierte GPU:
  In den frühen 2010er Jahren begann man, eine Abkehr von diskreten GPUs zu beobachten. Die Hersteller begrüßten die Einführung der kombinierten CPU und GPU auf einem Chip, der sogenannten iGPU. Die ersten dieser iGPUs für PCs waren Intels Celeron-, Pentium- und Core-Linien. Diese sind bei Laptops und PCs nach wie vor beliebt. Eine andere Art von iGPU ist das System auf einem Chip (SoC), das Komponenten wie CPU, GPU, Speicher und Netzwerke enthält. Dies sind die Arten von Chips, die typischerweise in Smartphones zu finden sind.

CPU vs. GPU

Anmerkung: CPU- und GPU-Kerne können nicht 1-zu-1 verglichen werden, da CPU-Kerne leistungsstärkere Rechenkerne sind, die komplexe Befehle verarbeiten (z.B. Steuerung, Logik etc.). GPU-Kerne sind in den meisten Fällen einfacher aufgebaut und verfügen über weniger Rechenleistung und Speicher. Sie sind dafür gemacht, viele kleine Aufgaben gleichzeitig sehr effizient auszuführen.

Wo kommen GPUs zum Einsatz?

Aufgabe:
Macht euch Notizen zum Thema „Wo kommen GPUs zum Einsatz?“ als Stichpunkte auf einem Extrablatt, verwendet dafür euer Wissen aus der Recherche. Danach vergleicht ihr eure Ideen mit dem Text. Mit dem Button könnt ihr euch Beispiele zum Einsatz von GPUs anschauen.

Video