Karta graficzna to jeden z najważniejszych elementów komputera odpowiedzialnych za generowanie obrazu i przekazywanie go do monitora lub innego urządzenia wyjściowego. Współczesne układy graficzne potrafią jednak znacznie więcej niż tylko wyświetlać obraz. Ich moc obliczeniowa jest wykorzystywana również w renderowaniu, obliczeniach naukowych czy sztucznej inteligencji. 

Fot. 1. Przykładowa karta graficzna Gigabyte RTX 4070 Aero - Wikimedia, Autorstwa Jacek Halicki – Praca własna

Karta graficzna czy GPU?

Te dwa pojęcia są często używane zamiennie, choć nie oznaczają dokładnie tego samego. Karta graficzna to całe urządzenie, zwykle w formie karty rozszerzeń montowanej w komputerze. GPU, czyli Graphics Processing Unit, jest natomiast procesorem graficznym i jednym z jej najważniejszych elementów. To właśnie on wykonuje obliczenia związane z generowaniem obrazu. 

Nie każdy układ graficzny występuje jednak jako osobna karta. Procesor graficzny może być także zintegrowany z płytą główną lub procesorem i współdzielić pamięć operacyjną z CPU. 

Od bufora ramki do pierwszych standardów

Początki kart graficznych były znacznie prostsze. Jednym z najwcześniejszych komercyjnych rozwiązań był system Picture System z 1974 roku, który wyświetlał obraz w 256 odcieniach szarości przy rozdzielczości 512 × 512 pikseli. Wczesne systemy graficzne miały charakter bufora ramki – przechowywały informacje potrzebne do utworzenia obrazu, a wiele operacji wykonywał główny procesor komputera.

Wraz z rozwojem komputerów osobistych pojawiały się kolejne standardy, takie jak MDA, CGA, Hercules, EGA czy VGA. Każdy z nich zwiększał możliwości wyświetlania obrazu: rosła liczba dostępnych kolorów, pojawiały się wyższe rozdzielczości i coraz bardziej rozbudowane tryby graficzne. 

Od akceleratorów do GPU

Kolejnym etapem było przenoszenie coraz większej części pracy z głównego procesora na wyspecjalizowane układy graficzne. W 1984 roku pojawił się IBM Professional Graphics Adapter, jedna z pierwszych masowo produkowanych kart wykorzystujących osobny procesor do przetwarzania grafiki. Później rozwijano akceleratory 2D, które potrafiły samodzielnie wykonywać część operacji, takich jak rysowanie linii, wielokątów czy wypełnianie obszarów. 

Duży przełom nastąpił w latach 90., kiedy zaczęła rozwijać się akceleracja grafiki trójwymiarowej. W 1996 roku na rynku pojawił się Voodoo Graphics, jeden z pierwszych powszechnie dostępnych akceleratorów 3D. Początkowo tego typu rozwiązania działały obok zwykłej karty graficznej, a później funkcje 2D i 3D zaczęto integrować w jednym urządzeniu. 

W 1999 roku rozpoczęła się główna era GPU, a samo określenie Graphics Processing Unit zaczęło być szerzej używane. Kolejne generacje przynosiły programowalne jednostki obliczeniowe, coraz większą wydajność, obsługę nowych technologii 3D i możliwość wykorzystywania procesora graficznego także do zadań niezwiązanych bezpośrednio z wyświetlaniem obrazu.

Fot. 2. Procesor graficzny karty 6600GT  - Wikimedia, Autorstwa Berkut – Praca własna

Z czego składa się współczesna karta graficzna?

Sercem karty pozostaje GPU, ale do działania potrzebne są również inne elementy. Jednym z najważniejszych jest pamięć VRAM, w której przechowywane są dane potrzebne do tworzenia obrazu. Karta posiada także złącze służące do komunikacji z płytą główną, wyjścia sygnału do monitora oraz układ chłodzenia. 

Współczesna karta graficzna ma więc własny procesor, pamięć i system odprowadzania ciepła. Dzięki temu może przejmować od procesora głównego dużą część pracy związanej z grafiką i innymi intensywnymi obliczeniami.

Nie tylko gry i obraz

Dzisiejsze procesory graficzne znajdują zastosowanie znacznie szerzej niż tylko w grach czy obsłudze monitora. Ich architektura pozwala wykonywać wiele obliczeń równolegle, dlatego są wykorzystywane między innymi w analizie danych, symulacjach naukowych i uczeniu maszynowym. Duża moc obliczeniowa sprawiła również, że GPU zaczęły odgrywać ważną rolę w treningu modeli sztucznej inteligencji. 

Od prostego obrazu do osobnego komputera

Historia kart graficznych pokazuje drogę od prostych układów przechowujących informacje o obrazie do wyspecjalizowanych urządzeń wykonujących ogromną liczbę obliczeń. Współczesna karta ma własny procesor, pamięć, zasilanie i chłodzenie, a jej możliwości wykraczają daleko poza samo generowanie obrazu. Z tego powodu można ją traktować niemal jak wyspecjalizowany komputer pracujący wewnątrz komputera. 

Źródło: Wikipedia