وحدة معالجة الرسومات

تستخدم وحدات معالجة الرسومات المخصصة ذاكرة وصول عشوائي (RAM) مدمجة مخصصة لها، بدلاً من الاعتماد على ذاكرة النظام الرئيسية للحاسوب. عادةً ما تُختار هذه الذاكرة خصيصًا لتناسب حجم العمل التسلسلي المتوقع لبطاقة الرسومات، مثل ذاكرة GDDR SDRAM . يوفر هذا أداءً فائقًا، ولكنه يُعرّض النظام لخطر التباطؤ عند نفاد الذاكرة المخصصة، مما يؤدي إلى تدهور الأداء.

تتيح تقنيات مثل واجهة الربط القابلة للتوسع (SLI) و NVLink و CrossFire لوحدات معالجة الرسومات المتعددة رسم الصور في وقت واحد على شاشة واحدة، مما يزيد من قوة المعالجة المتاحة للرسومات. مع ذلك، أصبحت هذه التقنيات نادرة الاستخدام؛ فمعظم الألعاب لا تستغل وحدات معالجة الرسومات المتعددة بشكل كامل، لأن معظم المستخدمين لا يستطيعون تحمل تكلفتها. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} لا تزال وحدات معالجة الرسومات المتعددة تُستخدم في الحواسيب العملاقة (كما هو الحال في Summit )؛ وفي محطات العمل لتسريع معالجة الفيديو (معالجة عدة مقاطع فيديو في وقت واحد) ^{[ 8 ] [ 4 ] [ 9 ]} والرسم ثلاثي الأبعاد؛ ^{[ 10 ]} وللمؤثرات البصرية ؛ ^{[ 11 ]} ولأحمال عمل وحدة معالجة الرسومات للأغراض العامة (GPGPU) وللمحاكاة، ^{[ 12 ]} وفي الذكاء الاصطناعي لتسريع التدريب، كما هو الحال مع مجموعة محطات عمل وخوادم DGX من Nvidia.

تستخدم وحدات معالجة الرسومات المتكاملة (IGPU)، والتي تُسمى أيضًا الرسومات المتكاملة ، أو حلول الرسومات المشتركة ، أو معالجات الرسومات المتكاملة (IGP)، أو بنى الذاكرة الموحدة (UMA)، جزءًا من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الخاصة بنظام الكمبيوتر بدلاً من ذاكرة الرسومات المخصصة. يمكن دمج وحدات معالجة الرسومات المتكاملة على اللوحة الأم كجزء من شريحة الجسر الشمالي ، ^{[ 13 ]} أو على نفس الشريحة (الدائرة المتكاملة) مع وحدة المعالجة المركزية (CPU)، مثل وحدة المعالجة المُسرّعة (AMD APU) أو معالج الرسومات Intel HD Graphics . تُعد وحدات معالجة الرسومات المتكاملة ووحدات المعالجة المُسرّعة أقل تكلفة من معالجة الرسومات المخصصة، ولكنها تميل إلى أن تكون أقل كفاءة. كان يُنظر إلى معالجة الرسومات المتكاملة على أنها غير مناسبة لألعاب ثلاثية الأبعاد أو البرامج ذات الرسومات المكثفة، ولكنها قادرة على تشغيل برامج أقل كثافة مثل Adobe Flash. ومن أمثلة هذه الوحدات، منتجات شركتي SiS وVIA في عام 2004 تقريبًا. ^{[ 14 ]} ومع ذلك، فإن معالجات الرسومات المتكاملة الحديثة، مثل وحدات المعالجة المُسرّعة من AMD وتقنية الرسومات من Intel ، قادرة حتى على تشغيل ألعاب AAA بإعدادات منخفضة.

نظرًا لأن عمليات معالجة الرسومات (GPU) تتطلب ذاكرة كبيرة، فقد تتنافس المعالجة المدمجة مع وحدة المعالجة المركزية (CPU) على ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الخاصة بالنظام، والتي تتميز ببطء نسبي، نظرًا لقلة أو انعدام ذاكرة الفيديو المخصصة لها. تستخدم وحدات معالجة الرسومات المدمجة ذاكرة النظام بعرض نطاق ترددي يصل حاليًا إلى 128 جيجابايت في الثانية كحد أقصى، بينما قد يصل عرض النطاق الترددي لبطاقة الرسومات المنفصلة ^{[ 15 ]} إلى أكثر من 1000 جيجابايت في الثانية بين ذاكرة الوصول العشوائي للفيديو (VRAM) ونواة وحدة معالجة الرسومات. قد يحد عرض نطاق ناقل الذاكرة هذا من أداء وحدة معالجة الرسومات المدمجة، على الرغم من أن الذاكرة متعددة القنوات يمكن أن تخفف من هذا القصور. ^{[ 16 ]}

في الأنظمة التي تحتوي على "بنية الذاكرة الموحدة" (UMA)، بما في ذلك معالجات AMD الحديثة المزودة برسومات مدمجة، ^{[ 17 ]} ومعالجات Intel الحديثة المزودة برسومات مدمجة، ^{[ 18 ]} ومعالجات Apple، ووحدات التحكم الحديثة، تشترك نوى وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات في نفس مجموعة ذاكرة الوصول العشوائي ومساحة عناوين الذاكرة.

يشيع استخدام وحدة معالجة الرسومات للأغراض العامة (GPGPU) كشكل مُعدَّل من معالج التدفق أو معالج المتجهات ، حيث تُشغِّل نواة حسابية . يُحوِّل هذا الأسلوب القدرة الحسابية الهائلة لخط أنابيب التظليل في مُسرِّع الرسومات الحديث إلى قدرة حسابية للأغراض العامة. في بعض التطبيقات التي تتطلب عمليات متجهات ضخمة، يُمكن أن يُحقق هذا أداءً أعلى بعدة مراتب من وحدة المعالجة المركزية التقليدية. يتبنى أكبر مُصمِّمي وحدات معالجة الرسومات المنفصلة، ​​وهما AMD و Nvidia ، هذا النهج في مجموعة واسعة من التطبيقات. تعاونت Nvidia وAMD مع جامعة ستانفورد لإنشاء عميل قائم على وحدة معالجة الرسومات لمشروع الحوسبة الموزعة Folding@home لحسابات طي البروتين. في بعض الحالات، تُجري وحدة معالجة الرسومات الحسابات أسرع بأربعين مرة من وحدات المعالجة المركزية التي تُستخدم عادةً في مثل هذه التطبيقات. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

تلعب الحواسيب عالية الأداء القائمة على وحدات معالجة الرسومات دورًا هامًا في النمذجة واسعة النطاق. وتستفيد ثلاثة من أقوى عشرة حواسيب عملاقة في العالم من تسريع وحدات معالجة الرسومات. ^{[ 21 ]}

منذ عام 2005، ازداد الاهتمام باستخدام الأداء الذي توفره وحدات معالجة الرسومات (GPUs) في الحوسبة التطورية عمومًا، وفي تسريع تقييم اللياقة في البرمجة الجينية خصوصًا. تعتمد معظم الطرق على تجميع البرامج الخطية أو الشجرية على الحاسوب المضيف، ثم نقل الملف التنفيذي إلى وحدة معالجة الرسومات لتشغيله. وعادةً ما تُحقق ميزة الأداء فقط بتشغيل البرنامج النشط الوحيد بالتوازي على العديد من مسائل المثال، باستخدام بنية SIMD ( تعليمات واحدة، بيانات متعددة ) الخاصة بوحدة معالجة الرسومات. ^{[ 22 ]}ويمكن أيضاً الحصول على تسريع كبير عن طريق عدم تجميع البرامج، ونقلها بدلاً من ذلك إلى وحدة معالجة الرسومات (GPU) ليتم تفسيرها هناك. ^{[ 23 ]}

يمكن توصيل وحدة معالجة الرسومات (GPU) بأحد منافذ النقل الخارجية في الكمبيوتر المحمول. يُعد PCI Express المنفذ الوحيد المُستخدم لهذا الغرض. قد يكون المنفذ، على سبيل المثال، منفذ ExpressCard أو mPCIe (PCIe × 1، بسرعة تصل إلى 5 أو 2.5 جيجابت في الثانية على التوالي)، أو منفذ Thunderbolt 1 أو 2 أو 3 (PCIe × 4، بسرعة تصل إلى 10 أو 20 أو 40 جيجابت في الثانية على التوالي)، أو منفذ USB 4 متوافق مع Thunderbolt ، أو منفذ OCuLink . تتوفر هذه المنافذ فقط في بعض أنظمة الكمبيوتر المحمول. ^{[ 24 ]} تتضمن حاويات eGPU وحدة تزويد طاقة خاصة بها، لأن وحدات معالجة الرسومات القوية قد تستهلك مئات الواط. ^{[ 25 ]}

يعود تاريخ أجهزة الرسومات ثلاثية الأبعاد المخصصة إلى محطات الرسومات مثل Adage AGT-30 من عام 1967 المزودة بمعالجات مصفوفة تناظرية . وفي عام 1969، قدمت شركة إيفانز آند ساذرلاند (E&S) نظام رسم الخطوط-1 (LDS-1)، الذي كان أول نظام رقمي بالكامل يوفر ضرب المصفوفات. وفي العام نفسه، تم طرح محطة الرسومات منخفضة التكلفة IMLAC PDS-1 ، والتي استُخدمت لاحقًا كجهاز ألعاب ثلاثي الأبعاد مبكر، مثل لعبة Maze War.

في سبعينيات القرن العشرين، كان مصطلح "GPU" يشير في الأصل إلى وحدة معالجة الرسومات، وكان يصف وحدة معالجة قابلة للبرمجة تعمل بشكل مستقل عن وحدة المعالجة المركزية (CPU) وكانت مسؤولة عن معالجة الرسومات وإخراجها. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

في مجال الأجهزة الاحترافية، بدأ تشغيل نظام PLATO IV في جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين عام 1972. وبين عامي 1973 و1978 تقريبًا، طُوّرت العديد من ألعاب ثلاثية الأبعاد متعددة اللاعبين عبر الشبكة، وحظيت بشعبية واسعة بين مستخدمي النظام. وفي عام 1972 أيضًا، سُلّم نظام E&S Continuous Tone 1 (CT1) المعروف باسم "صندوق واتكينز" (والذي يتألف من وحدة E&S LDS-2 ونظام الصور المظللة ) إلى جامعة كيس ويسترن ريزيرف . وقدّم هذا النظام أول تظليل غورو في الوقت الفعلي . وفي عام 1975، أثمر جهد مشترك بين شركة إيفانز آند ساذرلاند للحاسوب وقسم رسومات الحاسوب في جامعة يوتا عن أول مخزن مؤقت لإطارات الفيديو بتقنية MOSFET ، قادر على عرض الألوان والتظليل السلس. وفي عام 1977، سُلّم نظام E&S Continuous Tone 3 (CT3) إلى شركة لوفتهانزا لتدريب الطيارين باستخدام محاكاة الحاسوب. كان هذا أول نظام رسومات قادر على رسم خرائط النسيج في الوقت الحقيقي. وقد صنعت شركة إيكوناس أنظمة رسومات برسومات 8 و24 بت وتسريع ثلاثي الأبعاد في أواخر السبعينيات. ^{[ 26 ]}

استخدمت لوحات أنظمة ألعاب الأركيد دوائر رسومات ثنائية الأبعاد متخصصة منذ سبعينيات القرن الماضي. في أجهزة ألعاب الفيديو المبكرة، كانت ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لمخازن الإطارات باهظة الثمن، لذلك قامت رقائق الفيديو بتجميع البيانات معًا أثناء مسح الشاشة. ^{[ 27 ]}

ساعدت دائرة تحويل برميلية متخصصة وحدة المعالجة المركزية في تحريك رسومات إطار المخزن المؤقت لألعاب الفيديو الأركيدية المختلفة في سبعينيات القرن الماضي من شركتي ميدواي وتايتو ، مثل Gun Fight (1975) و Sea Wolf (1976) و Space Invaders (1978). ^{[ 28 ]} استخدم نظام ألعاب نامكو جالاكسيان في عام 1979 أجهزة رسومات متخصصة تدعم ألوان RGB ، والرسوم المتحركة متعددة الألوان، وخلفيات الخرائط المربعة . ^{[ 29 ]} شاع استخدام جهاز جالاكسيان خلال العصر الذهبي لألعاب الفيديو الأركيدية ، من قبل شركات ألعاب مثل نامكو ، وسنتوري ، وجريملين ، وإيريم ، وكونامي ، وميدواي، ونيتشيبوتسو ، وسيجا ، وتايتو . ^{[ 30 ]}

استخدم جهاز أتاري 2600 عام 1977 مُحوِّل فيديو يُسمى مُهايئ واجهة التلفزيون . ^{[ 31 ]} احتوت حواسيب أتاري ذات 8 بت (1979) على معالج الفيديو ANTIC ، الذي يُفسِّر التعليمات التي تصف " قائمة العرض " - أي كيفية ربط خطوط المسح بأنماط الصور النقطية أو الأحرف المُحددة ، ومكان تخزين الذاكرة (لذا لم تكن هناك حاجة إلى مُخزن إطارات مُتصل). ^{[ 32 ]} يُمكن تشغيل إجراءات فرعية لرمز الآلة 6502 على خطوط المسح عن طريق ضبط بت في تعليمة قائمة العرض. ^{[ 33 ]} كما دعم معالج ANTIC التمرير الرأسي والأفقي السلس بشكل مُستقل عن وحدة المعالجة المركزية. ^{[ 34 ]}

شهدت ثمانينيات القرن العشرين تطوراتٍ هائلة في مجال أجهزة الرسومات ثلاثية الأبعاد الاحترافية. ولعلّ أبرزها تطوير " محرك الهندسة" (Geometry Engine) عام ١٩٨١ ، وهو معالج متجهي متكامل واسع النطاق (VLSI) مصمم خصيصًا (ASIC) من قِبل جيم كلارك ومارك هانا في جامعة ستانفورد . يُعدّ هذا المعالج رائدًا لمعالجات Tensor Cores الحديثة وغيرها من المعالجات المماثلة المُسوّقة لتطبيقات الرسومات والذكاء الاصطناعي. استُخدم "محرك الهندسة" في محطات عمل شركة "سيليكون غرافيكس" (Silicon Graphics) لسنواتٍ عديدة. وكان أول منتجٍ لشركة "سيليكون غرافيكس"، الذي طُرح في نوفمبر ١٩٨٣، هو "آيريس ١٠٠٠" (IRIS 1000)، وهو جهاز طرفي مزود برسومات ثلاثية الأبعاد مُسرّعة بواسطة الأجهزة، ويعتمد على "محرك الهندسة". ^{[ ٢٦ ]} كان "محرك الهندسة" قادرًا على إجراء ما يقارب ٦ ملايين عملية في الثانية. ^{[ ٣٥ ]}

كانت شريحة NEC μPD7220، التي طُرحت عام 1981، أول معالج رسومات حاسوب شخصي يُقدّم على شكل شريحة دارة متكاملة واسعة النطاق (LSI) . وقد مكّن هذا من تصميم بطاقات رسومات فيديو منخفضة التكلفة وعالية الأداء، مثل تلك التي أنتجتها شركة Number Nine Visual Technology . وأصبحت هذه الشريحة أشهر وحدة معالجة رسومات (GPU) حتى منتصف ثمانينيات القرن العشرين. ^{[ 36 ]} وكانت أول معالج رسومات متكامل بالكامل بتقنية VLSI (التكامل واسع النطاق جدًا) وأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة ( NMOS ) لأجهزة الحاسوب الشخصية، حيث دعمت دقة تصل إلى 1024×1024 بكسل ، ووضعت بذلك أسس سوق رسومات الحاسوب الشخصي. وقد استُخدمت في عدد من بطاقات الرسومات، وتم ترخيصها لإنتاج نسخ مقلدة منها، مثل Intel 82720، أول وحدة معالجة رسومات من إنتاج شركة Intel . ^{[ 37 ]} تحتوي ألعاب الأركيد من إنتاج شركة ويليامز إلكترونيكس ، وهي روبوترون: 2084 ، وجوست ، وسينستار ، وبابلز ، والتي صدرت جميعها عام 1982، على رقائق معالجة مخصصة للعمل على صور نقطية ذات 16 لونًا. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

في عام 1984، أصدرت شركة هيتاشي معالج الرسومات ARTC HD63484، وهو أول معالج رسومات CMOS رئيسي لأجهزة الكمبيوتر الشخصية. كان بإمكان معالج ARTC عرض دقة تصل إلى 4K في وضع أحادي اللون . وقد استُخدم في عدد من بطاقات الرسومات والمحطات الطرفية خلال أواخر ثمانينيات القرن العشرين. ^{[ 40 ]}

في عام 1985، تم إصدار جهاز أميغا مزودًا بشريحة رسومات مخصصة تُسمى أغنوس، تتضمن وحدة معالجة الصور النقطية (blitter) لمعالجة الصور النقطية، ورسم الخطوط، وتعبئة المساحات. كما تضمن معالجًا مساعدًا مزودًا بمجموعة تعليمات بسيطة خاصة به، قادرًا على معالجة سجلات أجهزة الرسومات بالتزامن مع شعاع الفيديو (على سبيل المثال، لتبديل لوحة الألوان لكل سطر مسح، وتعدد إرسال الصور النقطية ، وتقسيم الشاشة)، أو تشغيل وحدة معالجة الصور النقطية.

في عام 1985 أيضًا، أصدرت شركة IBM وحدة التحكم الرسومية الاحترافية (Professional Graphics Controller )، التي صممها كورتيس بريم ، أحد مؤسسي شركة Nvidia لاحقًا. كانت هذه الوحدة بطاقة رسومات ثلاثية الأبعاد بدائية بدقة 640 × 480 بكسل و256 لونًا، وتستخدم وحدة معالجة مركزية مخصصة لرسم الرسومات بشكل مستقل عن النظام الرئيسي. وقد استُخدمت كأساس لبطاقات رسومات من قِبل عدد من الشركات المصنعة (بما في ذلك Matrox )، وأدت إشارات RGB التناظرية الخاصة بها مباشرةً إلى معيار فيديو VGA. ^{[ 26 ]} وفي وقت لاحق من ثمانينيات القرن الماضي، عمل بريم على بطاقة الرسومات ثنائية الأبعاد المؤثرة Sun Microsystems GX (المعروفة أيضًا باسم cgsix). ^{[ 41 ]}

في عام 1986، أصدرت شركة تكساس إنسترومنتس معالج TMS34010 ، وهو أول معالج رسومات قابل للبرمجة بالكامل. ^{[ 42 ]} كان بإمكانه تشغيل برامج عامة الأغراض، بالإضافة إلى احتوائه على مجموعة تعليمات موجهة للرسومات. خلال الفترة من 1990 إلى 1992، أصبحت هذه الشريحة أساسًا لبطاقات تسريع ويندوز TIGA ( بنية رسومات تكساس إنسترومنتس ) .

في عام 1987، تم إطلاق نظام الرسومات IBM 8514. وكان من أوائل بطاقات الفيديو لأجهزة الكمبيوتر المتوافقة مع IBM PC التي طبقت وظائف ثنائية الأبعاد ثابتة في الأجهزة الإلكترونية . أما جهاز X68000 من شركة شارب ، الذي صدر عام 1987، فقد استخدم شريحة رسومات مخصصة ^{[ 43 ]} مع لوحة ألوان تضم 65,536 لونًا ودعمًا ماديًا للرسومات المتحركة، والتمرير، وساحات اللعب المتعددة. ^{[ 44 ]} وقد استُخدم كجهاز تطوير للوحة ألعاب CP System من شركة كابكوم . في حين أن جهاز FM Towns من شركة فوجيتسو ، الذي صدر عام 1989، كان يدعم لوحة ألوان تضم 16,777,216 لونًا. ^{[ 45 ]}

في سياق متصل، طرحت شركة IBM نظام عرض VGA ( مصفوفة الرسومات المرئية ) عام 1987، بدقة قصوى تبلغ 640 × 480 بكسل. وعلى عكس معيار 8514/A، لم يكن نظام VGA مزودًا بميزات تسريع الأجهزة. وفي نوفمبر 1988، أعلنت شركة NEC Home Electronics عن تأسيس جمعية معايير الإلكترونيات المرئية (VESA) لتطوير معيار Super VGA (SVGA) للعرض الحاسوبي والترويج له كبديل لنظام VGA. وقد مكّن معيار Super VGA من عرض الرسومات بدقة تصل إلى 800 × 600 بكسل ، أي بزيادة قدرها 56%. ^{[ 46 ]}

في عام 1988، باعت شركة SGI بطاقات رسومات محطة العمل IRIS المزودة بـ 10-12 محركًا هندسيًا، وقدمت أيضًا لوحة IrisVision الإضافية لحافلة IBM MicroChannel ( RS/6000 ) والتي تعتمد على المحرك الهندسي أيضًا. ^{[ 26 ]}

وفي عام 1988 أيضًا، تم تقديم أول لوحات رسومات ثلاثية الأبعاد متعددة الأضلاع مخصصة لأجهزة الألعاب مع نظام نامكو 21 ^{[ 47 ]} ونظام تايتو إير. ^{[ 48 ]}

شهدت تسعينيات القرن الماضي تطورات ملحوظة في أجهزة معالجة الرسومات ثلاثية الأبعاد لمحطات العمل الاحترافية من شركات مثل صن مايكروسيستمز وإس جي آي وغيرها. وقد مهد إطلاق إس جي آي لتقنية OpenGL عام ١٩٩٢ الطريق أمام واجهات برمجة ثلاثية الأبعاد قياسية مستقلة عن الأجهزة. ^{[ ٤٩ ] [ ٥٠ ]} مع ذلك، وبحلول منتصف وأواخر التسعينيات، بدأت المنتجات الاستهلاكية تتفوق تدريجيًا على الأجهزة الاحترافية، حيث قدمت أداءً مماثلاً أو حتى أفضل، لا سيما فيما يتعلق برسم الخرائط النسيجية، بتكلفة أقل وعلى منصات مألوفة للمستخدمين النهائيين. ^{[ ٥٠ ] [ ٥١ ]}

في عام 1991، طرحت شركة S3 Graphics معالج الرسومات S3 86C911 ، الذي أطلق عليه مصمموه اسم سيارة بورش 911 دلالةً على التحسن الملحوظ في الأداء. ^{[ 52 ]} وقد ألهم هذا المعالج العديد من المعالجات المقلدة: فبحلول عام 1995، أضافت جميع الشركات المصنعة الرئيسية لرقائق الرسومات الخاصة بالحواسيب الشخصية دعمًا لتسريع الرسومات ثنائية الأبعاد إلى رقائقها. ^{[ 53 ]} تفوقت معالجات تسريع ويندوز ذات الوظائف الثابتة على معالجات الرسومات المساعدة متعددة الأغراض باهظة الثمن من حيث أداء ويندوز، مما أدى إلى اختفاء هذه المعالجات المساعدة من سوق الحواسيب الشخصية.

في أوائل ومنتصف التسعينيات، أصبحت الرسومات ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي شائعة بشكل متزايد في ألعاب الصالات وألعاب الكمبيوتر وألعاب المنصات، مما أدى إلى زيادة الطلب الجماهيري على الرسومات ثلاثية الأبعاد المُسرّعة بواسطة الأجهزة. ويمكن العثور على أمثلة مبكرة لأجهزة الرسومات ثلاثية الأبعاد المُتاحة على نطاق واسع في لوحات أنظمة ألعاب الصالات مثل سيجا موديل 1 ، ونامكو سيستم 22 ، وسيجا موديل 2 ، وأجهزة ألعاب الفيديو من الجيل الخامس مثل سيجا ساترن ، وبلاي ستيشن ، ونينتندو 64. كانت أنظمة ألعاب الصالات مثل سيجا موديل 2 ونامكو ماجيك إيدج هورنت سيموليتور (المبنية على معالج SGI Onyx) في عام 1993 قادرة على تنفيذ عمليات التحويل والقص والإضاءة (T&L ) على مستوى الأجهزة قبل سنوات من ظهورها في بطاقات الرسومات الاستهلاكية. ^{[ 54 ] [ 55 ]} في عام 1994، استخدمت سوني مصطلح GPU (بمعنى وحدة معالجة الرسومات) للإشارة إلى وحدة معالجة الرسومات الخاصة بجهاز بلاي ستيشن، والتي صممتها توشيبا. ^{[ 3 ]}

ومن الأمثلة المبكرة الأخرى شريحة Super FX ، وهي شريحة رسومات مدمجة في خرطوشة تعتمد على معمارية RISC، وتُستخدم في بعض ألعاب SNES ، ولا سيما Doom و Star Fox . استخدمت بعض الأنظمة معالجات الإشارات الرقمية (DSPs) لتسريع عمليات التحويل. بدأت شركة Fujitsu ، التي عملت على نظام ألعاب Sega Model 2، ^{[ 56 ]} العمل على دمج التحويل والإضاءة في حل LSI واحد للاستخدام في أجهزة الكمبيوتر المنزلية في عام 1995؛ ^{[ 57 ]} وأُعلن عن Fujitsu Pinolite، أول معالج هندسة ثلاثية الأبعاد لأجهزة الكمبيوتر الشخصية، في عام 1997. ^{[ 58 ]} كان أول معالج رسومات (GPU) للتحويل والإضاءة في أجهزة ألعاب الفيديو المنزلية هو معالج Reality Coprocessor الخاص بجهاز Nintendo 64 ، والذي صدر في عام 1996. ^{[ 59 ]} في عام 1997، أصدرت Mitsubishi معالج 3Dpro/2MP ، وهو معالج رسومات (GPU) قادر على التحويل والإضاءة، لمحطات العمل وأجهزة سطح المكتب التي تعمل بنظام Windows NT ؛ ^{[ 60 ]} استخدمتها شركة ATi في بطاقة الرسومات FireGL 4000 الخاصة بها ، والتي تم إصدارها في عام 1997. ^{[ 61 ]}

صاغت شركة سوني مصطلح "GPU" في إشارة إلى وحدة معالجة الرسومات سوني 32 بت (التي صممتها شركة توشيبا ) في جهاز ألعاب الفيديو بلاي ستيشن ، الذي تم إصداره في عام 1994. ^{[ 62 ]}

في أكتوبر 2002، مع طرح بطاقة الرسومات ATI Radeon 9700 (المعروفة أيضًا باسم R300)، أول مُسرِّع Direct3D 9.0 في العالم ، أصبحت مُظلِّلات البكسل والرؤوس قادرة على تنفيذ عمليات التكرار والحسابات المعقدة ذات الفاصلة العائمة ، وسرعان ما أصبحت تتمتع بمرونة تُضاهي وحدات المعالجة المركزية، بل وأسرع منها بكثير في عمليات مصفوفات الصور. يُستخدم تظليل البكسل غالبًا في رسم الخرائط النتوئية ، التي تُضيف نسيجًا لجعل الجسم يبدو لامعًا أو باهتًا أو خشنًا، أو حتى دائريًا أو بارزًا. ^{[ 63 ]}

مع إطلاق سلسلة Nvidia GeForce 8 ووحدات معالجة التدفقات العامة الجديدة، أصبحت وحدات معالجة الرسومات (GPUs) أجهزة حوسبة أكثر شمولية. تُحرز وحدات معالجة الرسومات المتوازية تقدماً ملحوظاً في مجال الحوسبة مقارنةً ^{بوحدات المعالجة المركزية (} CPUs)، وقد وجد مجال فرعي من الأبحاث، يُعرف باسم الحوسبة باستخدام وحدات معالجة الرسومات (GPU ⁾ أو الحوسبة للأغراض العامة على وحدات معالجة الرسومات ⁽ GPGPU ) ، تطبيقات في مجالات متنوعة مثل التعلم الآلي ، واستكشاف النفط ، ومعالجة الصور العلمية ، والجبر الخطي ^، والإحصاء ^، وإعادة البناء ثلاثي ^{الأبعاد ،} وتسعير خيارات الأسهم . كانت وحدات معالجة الرسومات للأغراض العامة ⁽ GPGPUs) بمثابة النواة لما يُعرف الآن باسم مُظلل الحوسبة (مثل CUDA و OpenCL و DirectCompute )، وقد استغلت هذه الوحدات إمكانيات الأجهزة إلى حد ما من خلال معالجة البيانات المُمررة إلى الخوارزميات كخرائط نسيجية وتنفيذ الخوارزميات عن طريق رسم مثلث أو مربع باستخدام مُظلل البكسل المناسب. وهذا يستلزم بعض النفقات العامة نظرًا لوجود وحدات مثل محول المسح الضوئي حيث لا تكون هناك حاجة إليها (ولا تشكل عمليات معالجة المثلثات مصدر قلق على الإطلاق - باستثناء استدعاء مظلل البكسل).

كانت منصة CUDA من Nvidia، التي طُرحت لأول مرة عام 2007، ^{[ 67 ]} أول نموذج برمجة يُعتمد على نطاق واسع لحوسبة وحدات معالجة الرسومات (GPU). أما OpenCL فهو معيار مفتوح وضعته مجموعة Khronos ، يسمح بتطوير برامج لكل من وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية، مع التركيز على قابلية النقل. ^{[ 68 ]} وتدعم حلول OpenCL شركات Intel وAMD وNvidia وARM، ووفقًا لتقرير صادر عن Evans Data عام 2011 ، أصبح OpenCL ثاني أكثر أدوات الحوسبة عالية الأداء (HPC) شيوعًا. ^{[ 69 ]}

في عام 2010، تعاونت شركة إنفيديا مع أودي لتزويد لوحات عدادات سياراتها بمعالج الرسوميات Tegra ، مما أدى إلى تحسين وظائف أنظمة الملاحة والترفيه. ^{[ 70 ]} ساهمت التطورات في تقنية معالجات الرسوميات في السيارات في تطوير تقنية القيادة الذاتية . ^{[ 71 ]} أُصدرت بطاقات سلسلة Radeon HD 6000 من AMD في عام 2010، وفي عام 2011، أصدرت AMD معالجات الرسوميات المنفصلة من سلسلة 6000M للأجهزة المحمولة. ^{[ 72 ]} أُصدرت سلسلة Kepler من بطاقات الرسوميات من إنفيديا في عام 2012، واستُخدمت في بطاقات سلسلتي Nvidia 600 و700. تضمنت إحدى ميزات هذه البنية الدقيقة لمعالج الرسوميات تقنية GPU Boost، وهي تقنية تُعدّل سرعة معالج الرسوميات لزيادة أو تقليل استهلاك الطاقة. ^{[ 73 ]} كما قدمت Kepler تقنية تسريع ترميز الفيديو NVENC .

صدر جهازا PS4 و Xbox One في عام 2013، وكلاهما يستخدم معالجات رسوميات مبنية على معالجات AMD Radeon HD 7850 و7790 . ^{[ 74 ]} تبع ذلك سلسلة معالجات الرسوميات Kepler من Nvidia ، ثم سلسلة Maxwell المصنعة بنفس التقنية. صُنعت رقائق Nvidia بتقنية 28 نانومتر بواسطة شركة TSMC في تايوان. مقارنةً بتقنية 40 نانومتر السابقة، أتاحت هذه التقنية زيادة في الأداء بنسبة 20% مع استهلاك أقل للطاقة. ^{[ 75 ] [ 76 ]} تتطلب نظارات الواقع الافتراضي مواصفات نظام عالية؛ وقد أوصى المصنعون ببطاقات GTX 970 وR9 290X أو أفضل منها عند إصدارها. ^{[ 77 ] [ 78 ]} صدرت البطاقات المبنية على معمارية Pascal الدقيقة في عام 2016. وتُعد سلسلة GeForce 10 من هذا الجيل من بطاقات الرسوميات. يتم تصنيعها باستخدام  عملية التصنيع بتقنية 16 نانومتر، والتي تُحسّن من البنى الدقيقة السابقة. ^{[ 79 ]}

في عام 2018، أطلقت إنفيديا سلسلة معالجات الرسوميات RTX 20 التي أضافت نوى تتبع الأشعة ، مما أتاح أداءً عاليًا لتتبع الأشعة في الوقت الفعلي على أجهزة السوق العامة. ^{[ 80 ]} تُصنّع معالجات الرسوميات Polaris 11 و Polaris 10 من AMD بتقنية 14 نانومتر. وقد أدى إطلاقها إلى زيادة كبيرة في كفاءة استهلاك الطاقة لبطاقات الفيديو من AMD. ^{[ 81 ]} كما أطلقت AMD سلسلة معالجات الرسوميات Vega للسوق المتطورة كمنافس لبطاقات Pascal المتطورة من إنفيديا، والتي تتميز أيضًا بذاكرة HBM2 مثل Titan V.

في عام 2019، أطلقت AMD الجيل الجديد من معمارية الرسومات /مجموعة التعليمات الخاصة بها، RDNA ، والتي كانت أول منتج يستخدمها، وهي سلسلة بطاقات الفيديو Radeon RX 5000. ^{[ 82 ]} أعلنت الشركة أن الجيل الجديد من معمارية RDNA سيكون تطويرًا تدريجيًا (تحديثًا). وكشفت AMD النقاب عن سلسلة Radeon RX 6000 ، وهي بطاقات رسومات RDNA 2 تدعم تتبع الأشعة المُسرّع بواسطة الأجهزة. ^{[ 83 ]} تضمنت سلسلة المنتجات، التي أُطلقت في أواخر عام 2020، بطاقات RX 6800 وRX 6800 XT وRX 6900 XT. ^{[ 84 ] [ 85 ]} أُطلقت بطاقة RX 6700 XT، المبنية على معمارية Navi 22، في أوائل عام 2021. ^{[ 86 ]}

تم إطلاق أجهزة PlayStation 5 و Xbox Series X وSeries S في عام 2020؛ وتستخدم جميعها وحدات معالجة رسومية (GPUs) مبنية على معمارية RDNA 2 الدقيقة، مع تحسينات تدريجية وتكوينات مختلفة لوحدات المعالجة الرسومية في كل نظام. ^{[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]}

في العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين، ازداد استخدام وحدات معالجة الرسومات (GPUs) في العمليات الحسابية التي تتضمن مسائل متوازية معقدة ، مثل تدريب الشبكات العصبية على مجموعات بيانات ضخمة ضرورية لنماذج اللغة الكبيرة في الذكاء الاصطناعي. توفر نوى المعالجة المتخصصة في معظم وحدات معالجة الرسومات الحديثة، والمخصصة للتعلم العميق ، تحسينات كبيرة في أداء العمليات الحسابية (FLOPS) ، باستخدام ضرب وقسمة المصفوفات 4×4. وقد حققت التطبيقات المبكرة، مثل بنية فولتا الدقيقة من إنفيديا ، التي صدرت عام 2017، ^{[ 90 ]} نتائج تصل إلى 128 تيرافلوب في بعض التطبيقات. ^{[ 91 ]}

منذ ذلك الحين، أصبحت نوى تسريع الذكاء الاصطناعي ميزة شائعة في البنى الدقيقة للحواسيب الشخصية ومحطات العمل، بدءًا من بنية تورينج الدقيقة من إنفيديا في عام 2018، ^{[ 80 ]} والتي أُطلق عليها اسم نوى تينسور. استُخدمت هذه النوى في الأصل لتقنية التعلّم العميق الفائق (DLSS) لتحسين أداء الألعاب وجودة الصورة، ثم استُخدمت لاحقًا في برنامج البث من إنفيديا لتوفير العديد من التأثيرات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، مثل تصفية الصوت وإزالة تشويش الفيديو، وفي برامج أخرى مثل بلندر لتطبيق تقنية DLSS في نافذة العرض.

قامت AMD في الأصل بتطبيق أنوية "Matrix" المكافئة للمستهلكين في معمارية RDNA 3 ، إلا أن أنوية Matrix في RDNA 4 كانت أول من قدم تسريع FP8، وهو أمر ضروري لتشغيل مجموعة ميزات FSR Redstone الكاملة ، مثل ترقية دقة التعلم الآلي وتوليد الإطارات. مع ذلك، سمحت تعديلات مجتمعية على كل من Linux وWindows لوحدات معالجة الرسومات RDNA 2 و3، بالإضافة إلى وحدات معالجة الرسومات المنافسة، بتشغيل نسخة أضعف من FSR 4 تُعرف باسم FSR 4 INT8. يحتوي جهاز PlayStation 5 Pro ، الذي أُطلق عام 2024، على أنوية تعلم آلي مُخصصة - تركز حصريًا على تسريع INT8 - استنادًا إلى أنوية RDNA 4 الخاصة بتقنية PlayStation Spectral Super Resolution لتحسين معدلات الإطارات وجودة الصورة.

قامت إنتل بتطبيق أنوية "XMX" المكافئة في جميع وحدات معالجة الرسومات Arc الخاصة بها ، بدءًا من بنية Alchemist الدقيقة. تُستخدم هذه الأنوية في تقنيات XeSS (المعاينة الفائقة لـ Xe) وXeFG (توليد الإطارات لـ Xe) وغيرها.

شهدت تقنية تتبع الأشعة انتشارًا واسعًا في العقد الحالي، حيث تتطلب بعض الألعاب، مثل DOOM: The Dark Ages ، وحدة معالجة رسومية (GPU) تدعم هذه التقنية لتشغيلها ^{[ 92 ]} . ورغم أن ذلك يؤدي إلى انخفاض الأداء وتقليل إمكانية الوصول، إلا أن شركة id Software ادّعت أن هذا وفّر ساعات عمل عديدة وقلّل حجم اللعبة بأكثر من 100 غيغابايت، نظرًا لأن اللعبة مبنية بالكامل على تقنية تتبع الأشعة .

• قائمة وحدات معالجة الرسومات من AMD
• قائمة وحدات معالجة الرسومات من إنفيديا
• قائمة وحدات معالجة الرسومات من إنتل
• قائمة وحدات معالجة الرسومات المنفصلة والمتكاملة
• معالج رسومات Intel GMA
• لارابي
• Nvidia PureVideo – تقنية تدفق البتات من Nvidia المستخدمة في رقائق الرسومات الخاصة بهم لتسريع فك تشفير الفيديو على وحدة معالجة الرسومات للأجهزة باستخدام DXVA.
• نظام على شريحة
• UVD (وحدة فك تشفير الفيديو الموحدة) – تقنية فك تشفير الفيديو من ATI لدعم فك التشفير باستخدام وحدة معالجة الرسومات (GPU) مع DXVA

• مجموعة وحدات معالجة الرسومات
• برنامج Mathematica – يتضمن دعمًا مدمجًا لتنفيذ CUDA و OpenCL على وحدة معالجة الرسومات
• النمذجة الجزيئية على وحدة معالجة الرسومات
• Deeplearning4j – التعلم العميق الموزع مفتوح المصدر للغة جافا

• قائمة بأسماء البنى الدقيقة لوحدات معالجة الرسومات من إنفيديا