Ekran kartları veya Grafik İşleme Üniteleri (GPU'lar), bilgisayarın görsel ve grafiksel işlemlerini hızlandırmak için özel olarak tasarlanmış güçlü donanım bileşenleridir. İşlemcilerden (CPU) farklı olarak, çoklu paralel işlem yeteneği sayesinde grafik ve görüntü işlemlerinde oldukça etkilidirler. İşte GPU'ların nasıl çalıştığına dair temel bir açıklama:
1. Veri İşleme ve Paralel İşlem
- GPU'lar, özellikle aynı anda birçok işlemi hızlı bir şekilde gerçekleştirmeye yönelik mimarilere sahiptir. Bu nedenle, grafik hesaplamaları gibi büyük miktarda veri içeren ve aynı anda birçok küçük işlem yapılması gereken işlemlerde etkilidir.
- Grafik işlemlerinde, bir ekran görüntüsünün her bir pikselinin rengini ve pozisyonunu hesaplamak için karmaşık matematiksel işlemler gerekir. GPU, aynı anda yüzlerce veya binlerce çekirdeği sayesinde bu piksellerin hesaplamalarını paralel olarak yapabilir.
2. Shader İşleme Birimleri
- GPU'larda “shader” adı verilen özel işlem birimleri bulunur. Shader'lar, 3D nesnelerin ekranda nasıl görüntüleneceğini belirlemek için kullanılır.
- Vertex shader'lar, nesnelerin şeklini ve konumunu belirlerken, fragment shader'lar ise bu nesnelerin yüzeyindeki ışık, renk ve doku hesaplamalarını yapar.
3. Veri Akışı ve Bellek Yönetimi
- GPU'lar, çok yüksek bant genişliğine sahip belleklerle (genellikle GDDR6 gibi) çalışır. Bu sayede, çok hızlı bir şekilde bellekten veri okuyup işleyebilirler.
- Bellekte saklanan 3D model, doku, ışıklandırma ve diğer grafik verileri GPU tarafından işlenerek ekrana aktarılır.
4. 3D İşleme Aşamaları
- Modelleme: 3D nesneler önce bir model olarak tanımlanır ve her nesne bir dizi üçgen veya poligon ile oluşturulur.
- Dönüşüm: Bu modeller GPU'da belirli açılara göre döndürülür ve ölçeklendirilir.
- Görüntüleme: Modelin ekran üzerinde nerede görüneceğine karar verilir.
- Gölgelendirme: Işık ve renk hesaplamaları ile nesnelerin daha gerçekçi görünmesi sağlanır.
- Rasterizasyon: Son olarak, 3D modelin 2D ekran görüntüsüne dönüştürülmesi sağlanır ve her bir pikselin rengi belirlenir.
5. Özel Algoritmalar ve Yapay Zeka İşleme Yeteneği
- Günümüzde GPU'lar sadece grafik değil, yapay zeka, makine öğrenimi ve bilimsel hesaplamalar gibi paralel işlem gerektiren görevlerde de kullanılır. CUDA ve OpenCL gibi platformlar, geliştiricilerin GPU üzerinde farklı işlemler gerçekleştirmesine imkan tanır.
