CPU: 1つの複雑な処理を高速実行 (汎用的な計算)

1. **頂点シェーダー（Vertex Shader）**

   - 3D 座標を画面座標に変換 (射影変換)
   - 頂点ごとの属性計算 (法線ベクトル、テクスチャ座標の変換)
   - 実行頻度：頂点数に依存（メッシュの複雑さに比例）
   - 使用言語: HLSL (DirectX), GLSL (OpenGL), Metal (Apple)
   - 例：頂点の位置、回転、スケールを適用し、カメラ座標に変換する

2. **フラグメント/ピクセルシェーダー**

   - ピクセルの最終色を決定 (テクスチャサンプリング、ライティング計算)
   - テクスチャマッピング：2D 画像からピクセルに色情報を適用
   - シェーディングモデル：Phong shading, Blinn-Phong shading, Physically Based Rendering (PBR)
   - 実行頻度：ピクセル数に依存（画面解像度に比例）
   - 使用言語: HLSL (DirectX), GLSL (OpenGL), Metal (Apple)
   - 例：テクスチャの色を適用し、ライティング計算を行い、最終的なピクセル色を決定する

3. **ジオメトリシェーダー**
   - 頂点データから新しい頂点生成 (パーティクル、草などの表現)
   - 動的な形状変更 (メッシュの細分化・結合)
   - パーティクル生成 (大量の小さなオブジェクトを生成して表現)
   - 実行頻度：頂点数に依存（形状の複雑さに比例）

4. **コンピュートシェーダー**

   - 汎用 GPU 計算（GPGPU） (物理シミュレーション、AI/機械学習)
   - 物理シミュレーション (流体シミュレーション、剛体運動)
   - AI/機械学習処理 (画像認識、自然言語処理)
   - 実行頻度：用途による（並列処理に適したタスク）

5. **テッセレーションシェーダー**
   - 動的な細分化 (滑らかな曲面生成、LOD制御)
   - LOD（Level of Detail）制御 (距離に応じてポリゴン数を調整)
   - 滑らかな曲面生成 (少ないポリゴンで滑らかな形状を表現)

GPU アーキテクチャとシェーダーユニット：

- **CUDA コア**: NVIDIA GPU における並列処理ユニット (2048-10752 個)
- **RT コア**: NVIDIA GPU におけるレイトレーシング専用ハードウェアユニット
- **Tensor コア**: NVIDIA GPU におけるAI処理専用ハードウェアユニット (深層学習)
- **シェーダークロック**: GPU の動作周波数 (1.4-2.5GHz)
- **CU（Compute Unit）**: AMD GPU における計算ユニット (16-120 個)
- **Infinity Cache**: AMD GPU の高速キャッシュメモリ
- **RDNA 3 アーキテクチャ**: AMD 最新GPUアーキテクチャ (効率向上、機能強化)
- **Xe-Core**: Intel GPU における計算ユニット (128-512 個)
- **Ray Tracing Unit**: Intel GPU の専用RTユニット
- **XMX（AI）エンジン**: Intel GPU のAI処理ユニット
- **AV1 エンコード**: 最新動画コーデックサポート

パフォーマンス指標：

- **ストリームプロセッサ**: GPU の並列処理能力 (1024-7680 個)
- **理論性能**: コア数 × クロック周波数 × 命令/クロック (TFLOPS)
- **実効性能**: 理論性能 × 効率率 (実際のパフォーマンス)

例：RTX 4080
10752コア × 2.5GHz × 1命令 = 26.88 TFLOPS（理論値）

シェーダーの種類と用途：

1. **メモリ帯域幅**

   - テクスチャアクセス (テクスチャの読み込み・書き込み速度)
   - フレームバッファ書き込み (画面への描画速度)
   - VRAM 容量 (テクスチャやフレームバッファの保存容量)

2. **演算複雑度**
   - 分岐処理 (if 文などの条件分岐)
   - 浮動小数点演算 (数値計算の精度)
   - 特殊関数 (三角関数、指数関数など)

シェーダーの選択と最適化：

1. **用途別要件**

   - **ゲーミング**: ピクセル/頂点シェーダー性能 (高解像度、高フレームレート)
   - **クリエイティブ**: コンピュートシェーダー性能 (物理シミュレーション、レンダリング)
   - **AI/ML**: Tensor コア/専用ユニット (深層学習の高速化)

2. **解像度別性能**
   - **1080p**: エントリー GPU で十分
   - **1440p**: ミドルレンジ GPU 推奨 (高解像度ゲーミング)
   - **4K**: ハイエンド GPU 必須 (高負荷なゲーム、プロフェッショナル用途)

シェーダーの品質設定：

- **低**: 基本的なライティングのみ (パフォーマンス重視)
- **中**: 標準的なエフェクト (バランス重視)
- **高**: 高品質エフェクト (視覚的クオリティ重視)
- **最高**: 全エフェクト有効 (最高の視覚体験、パフォーマンス低下)

シェーダー言語：

- **HLSL（DirectX）**
   ```hlsl
   float4 PixelShader(VertexOutput input) : SV_Target
   {
       float3 color = tex2D(MainTexture, input.uv).rgb;
       return float4(color, 1.0);
   }