上世紀的絕大多數顯示加速晶元都不能稱之為完整意義上的gpu，因為它們僅僅只有畫素填充和紋理貼圖的基本功能。而
nvidia
公司在2023年所發布的geforce 256圖形處理晶元則首次提出了gpu的概念。gpu所採用的核心技術有硬體t&l、立方環境材質貼圖和頂點混合、紋理壓縮和凹凸對映貼圖、雙重紋理四畫素256位渲染引擎等，而硬體t&l（transform and lighting，多邊形轉換與光源處理）技術可以說是gpu問世的標誌。
渲染管線類似工作流水線，為了提高工作能力和效率。
什麼叫做一條「畫素渲染管線」？簡單的說，
傳統的一條渲染管線是由包括pixel shader unit（畫素著色單元）+ tmu(紋理貼圖單元) + rop（光柵化引擎）三部分組成的
。用公式表達可以簡單寫作：ps=psu+tmu+rop 。從功能上看，psu完成畫素處理，tmu負責紋理渲染，而rop則負責畫素的最終輸出。所以，一條完整的畫素管線意味著在乙個時鐘週期完成至少進行1個ps運算，並輸出一次紋理。
而gpu的下一次革新則是引入可程式設計shader（著色器）。著色器代替了傳統的渲染管線，可以實現3d圖形學中的相關計算。由於可程式設計性，由於可程式設計性，從而實現各種各樣的影象效果，而不受顯示卡固定渲染管線限制。這極大的提高了影象的畫質。而從geforce 3到geforce 9，gpu的發展都是一直基於這種用於顯示卡硬體幾何架構/渲染過程的shader來進行的。
目前面向gpu的程式設計有三種高階影象語言庫可供選擇：微軟提供hlsl(high level shading language),低層是通過direct3d編寫的。opengl提供glsl(opengl shading language),第三個就是nvidia研發的cg(c for graphics)語言。由於cg是由nvidia和微軟公司共同研發的，也就是以hlsl為基礎開發的，二者很相識。不過cg同時相容d3d和opengl圖形介面，這意味著cg編寫的shader可以編譯到d3d和opengl都能適應執行的環境。
早期的shader（著色器）有兩種，一種是頂點著色器，稱為vertex shader(opengl叫vertex program 也有叫vertex shader),取代渲染管線中的變換和光照部分，程式設計師可以自己控制頂點變換和光照等。另一種是畫素作色器，稱為pixel shader(opengl稱為fragment program,也有叫fragment
shader)取代固定渲染管線中的光柵化部分，程式設計師可以自己控制畫素顏色和紋理取樣等。
在圖形處理中，最常見的畫素都是由rgb（紅綠藍）三種顏色構成的，加上它們共有的資訊說明（alpha），總共是4個通道。而頂點資料一般是由xyzw四個座標構成，這樣也是4個通道。在3d圖形進行渲染時，其實就是改變rgba四個通道或者xyzw四個座標的數值。為了一次性處理1個完整的畫素渲染或幾何轉換，
gpu的畫素著色單元和頂點著色單元從一開始就被設計成為同時具備4次運算能力的算數邏輯運算器（alu）。
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