Die Graphics Processing Unit (GPU) ist der Grafikprozessor und übernimmt die Grafikberechnungen. Meist befindet sich die GPU auf einer Grafikkarte und entlastet die CPU bzw. dient als Grafikbeschleuniger. Manchmal ist die GPU auch auf dem  Motherboard integriert (on-Board). Moderne GPUs sind 3D-Beschleuniger und unterstützen Antialiasing, Anisotropes Filtern (Methode der Texturfilterung) oder Vertex Shader. In einer GPU sind im Allgemeinen eine Transform & Lightning Engine, eine  Rendering-Engine sowie Triangle-Setup- und Clipping-Engine integriert. GPUs sind von der Leistungsfähigkeit CPUs inzwischen gleichzusetzen. Die Transistorendichte ist im 2-stelligen Millionenbereich und höher angekommen. Das Gesetz von Moore gilt auch  für GPUs, und zwar inzwischen sogar mit einem Faktor von fast 2,5! GPUs arbeiten mit Vektoren und finden auch ausserhalb des Grafikbereiches Verwendung. Sie sind vergleichbar mit SIMD-Parallelprozessoren. 

Multiple GPU-Technologien: SLI und Crossfire 
Mit einer Multiple-GPU-Technologie (z. B. Scalable Link Interface (SLI) von nVidia oder Crossfire von ATI) ist es möglich, mehrere GPUs zusammenzuschalten, um eine höhere Performance zu erzielen oder mehrere  Monitore an einem Rechner zu betreiben. Bekannte Hersteller sind AMD (ATI), nVidia, SiS, S3 Graphics, 3DLabs, MSI, Sapphire, ASUS, Matrox, Intel,  XGI, Gainward, Abit oder 3dfx. Ein Synonym für Graphics Processing Unit ist Visual Processing Unit (VPU).  Eine Entwicklung, die sich abzeichnet ist, dass GPU und CPU auf einem Chip zusammenwachsen.

General Purpose Computation on Graphics Processing Unit 
Die GPU kann auch eingesetzt werden, um Aufgaben der CPU zu übernehmen, und damit den FLOPS-Wert (Floating Point Operations per Second: Fliesskommaoperationen pro Sekunde) zu steigern. Diesen Trend nennt man  General Purpose Computation on Graphics Processing Unit (GPGPU). Bei GPGPU wird die hohe Leistungsfähigkeit der Grafik-Prozessoren ausgenutzt. Vor allem in technisch-wissenschaftlichen Bereichen können Berechnungen  der Algorithmen von der GPU übernommen werden. Dieser Trend wird auch durch programmierbare Pipelines mit Vertex-Shader oder Fragment-Shader (Pixel-Shader) möglich. Softwaretechnisch kann der Einsatz der GPU beispielsweise  durch die CUDA-API (Compute Unified Device Architecture) von Nvidia realisiert werden. Dadurch kann die GPU als Co-Prozessor eingesetzt werden.  So hat beispielsweise die Forschungsgruppe ASTRA (All Scale Tomographic Reconstruction Antwerp) der Universität von Antwerpen  ein High-End-Computersystem aus im Handel erhältlichen PC-Bestandteilen konstruiert, um die Erzeugung von Bildern aus Computer-Tomographiedaten zu beschleunigen. Dieses High-End PC-System besteht aus einem MSI-Mainboard K9A2 Platinum mit dem  Chipsatz von AMDs 790FX sowie einer CPU von AMD: dem Phenom 9850-Prozessor mit Scythe Infinity Kühler. Als Grafikkarte respektive GPU kommen vier MSI Nvidia GeForce9800GX2 zum Einsatz. Dieses System leistet mit seinen 8 GPU  mehr FLOPS als ein Cluster aus 300 Intel Core 2 Duo Systemen bei einer Taktung von 2,4 GHz. Das High-End-GPGPU System schlägt sogar den Supercomputer CalcUA, den die Universität von Antwerpen 2005  angeschafft hat, was die Rechenleistung betrifft. CalcUA betreibt 512 AMD-Opteron Prozessoren.  Das 'FASTRA' getaufte Projekt arbeitet mit der Softwareschnitstelle CUDA von Nvidia unter Windows XP-64. 

Nvidia hat von 2005 bis 2012 einen Hochleistungs-Grafik-Prozessor entwickelt, die Kepler GPU GK110 mit 7,1 Milliarden Transistoren.                   

Über die Grafikkarte wird die Bildschirmausgabe eines Computers gesteuert. Grafikkarten unterstützen die CPU bei der Berechnung der Bilddaten. Man spricht dann von einer Beschleunigerkarte. Eine andere angewendete Technologie ist die des  "Shared Memory": die Grafikkarte hat Zugriff auf den Arbeitsspeicher des Rechners. Diese veraltete Technologie spart Produktionskosten bei der Grafikkarte und verursacht eine Leistungsverringerung bei allen involvierten Ressourcen  (Grafikkarte und CPU). Schnittstellen für Grafikkarten zum Mainboard des PC für Steckkarten sind: ISA, VLB, PCI, AGP und PCI-Express. Auf manchen Mainboards ist der Grafikchip  integriert (On-Board).

Bestandteile einer Grafikkarte:
- Grafikprozessor (Graphics Processing Unit, GPU)
- Videospeicher
- Windows Beschleuniger:  RAM, EDO-DRAM, SDRAM, VRAM (Video Random Access Memory), WRAM (Window RAM), MDRAM (Multi-bank DRAM) 
- 3D-Beschleuniger: SGRAM (Synchronous Graphics RAM), DDR-SDRAM, GDDR 
- RAMDAC.
Diese Komponenten sind entscheidend für die erreichbare Auflösung, Bildwiederholfrequenz, Farbtiefe und Geschwindigkeit. 
Früher verwendeten Grafikkarten den eigenen Speicherbereich nur als Framebuffer: die CPU liefert die vorberechneten Grafikdaten und die GPU legt sie im lokalen Grafikspeicher ab.

Grafikstandards 
Grafikstandard war: MDA, CGA (1981), EGA (1984), VGA (1987), SVGA (1989), XGA (1990). Modernere Grafikstandards sind: Wide-XGA (WXGA), Ultra-XGA (UXGA), Wide-UXGA (WUXGA, UWXGA) sowie SXGA  (Super eXtended Graphics Array) und QXGA (Quad eXtended Graphics Array).  Moderne Grafikkarten bieten ausserdem Vertex-Shader und Pixel-Shader (Fragment-Shader), Mehrfach-Antialiasing, Anisotropes Filtern und Transform and Lightning.  Auch zwei oder mehr verbundene Karten wie bei Scalable Link Interface (SLI) von NVIDIA oder Crossfire von ATI sind  bei bestimmten Hauptplatinen (Motherboard) möglich. Sofware-Schnittstellen sind DirectX (Windows), OpenGL (Betriebssystemunabhängig) sowie X11 (Linux, UNIX). 

GPU, VPU, GPGPU
Die GPU  (oder auch Visual Processing Unit, VPU) ist auf der Grafikarte selber oder auf dem Mainboard angebracht. Die GPU übernimmt die  Grafikberechnungen. Eine Entwicklung, die sich abzeichnet ist, dass GPU und CPU auf einem Chip zusammenwachsen. Dies trägt bei den Herstellern auch Rechnung, z. B. durch die Übernahme von ATI durch AMD.  Die GPU kann auch eingesetzt werden, um Aufgaben der CPU zu übernehmen, und damit den FLOPS-Wert (Fliesskommaoperationen pro Sekunde) zu steigern. Diesen Trend nennt man  General Purpose Computation on Graphics Processing Unit (GPGPU).                       

Scalable Link Interface (SLI) ist eine Technologie von nVidia, die es erlaubt, zwei oder mehr Grafikkarten bzw. deren GPU (Graphics Processing Unit) zusammenzuschalten. Die so verbundenen GPUs weisen eine Steigerung der Gesamtperformance beim  Rendering auf (SLI Frame Rendering) oder ermöglichen den Anschluss von 2 und mehr Monitoren an einem Rechner (SLI Multi View). Um SLI zu nutzen ist ein Motherboard mit einem speziellen SLI-Chipsatz notwendig. Weiterhin muss es über mindestens 2  PCI-Express-x-16 Kartensteckplätze verfügen. nVidia beschränkte die SLI Technologie zunächst auf die eigenen Chipsätze und ging sehr restriktiv damit um.  So funktionierte SLI ursprünglich nur mit einer SLI Bridge oder nur bei identischen GPUs mit identischen  BIOS-Versionen. Mittlerweile ist die SLI-Bridge nicht mehr zwingend notwendig und es ist mit jedem Treiber-Update und jeder neuen GPU-Generation zu hoffen, dass SLI sich für weitere Grafikkartentypen oder Fremdhersteller öffnet. Eine weitere  Einschränkung besteht darin, dass sich im SLI Frame Rendering Modus der SLI Multi View Modus nicht aktivieren lässt. Weitere Multi-GPU-Technologien sind: Crossfire von ATI, XGI BitFluent und S3 MultiChrome.