以上诸多单元协同工作，就形成了渲染管线（Shader Pipeline）的概念。渲染管线也习惯上被成为渲染流水线，从某种程度上来讲，我们可以把它看做工厂里面常见的生产流水线，工厂里的生产流水线是为了提高产品的生产能力和效率，而渲染管线则是提高显卡的工作能力和效率。当然，同样按照工种，还可分为顶点渲染管线（Vertex Shader Pipeline，主要就是指顶点单元）和像素渲染管线（Pixel Shder Pipeline，包括PSU、TMU和ROP/RBE），而我们常说的渲染管线就是指像素渲染管线。
在传统GPU实时渲染的时候，一条管线显然是远远不够的，于是多条管线并行处理的结构诞生了。一般在同等芯片的对比情况下，管线数量越多性能越高；同样管线数量的情况下，新核心的性能要高于于老核心的产品。不过另外一个问题又出现了，传统意义上的像素流水线各个部分单元比例相当，但随着3D图形技术的发展，管线各部分负载的压力开始不均衡起来。
最简单的例子就是，VS很快完成顶点处理的任务，然后发现PS部分还忙得不可开交。由于运算量太大，PS既不能接收VS的新数据，又不能给后面的ROP/RBE输出信号，就造成数据的延迟出现。所以PS成为了管线中的瓶颈；这种情况下，使用更多的PS单元来加强像素和纹理处理工作就成为显卡着重改进的地方。而PS的数量也成了衡量显卡性能的标准之一（针对早期GPU来说）。
VS和PS都是四元组结构
经过上面的介绍，我们知道VS和PS是传统GPU中的两项重要指标，那么VS和PS在架构又有何异同呢？在计算机图形处理中，最常见的像素数据都是由R、G、B（红、绿、蓝）三种颜色构成的，加上它们共有的信息说明（Alpha），用来表示颜色的透明度，加起来总共是四个通道；而顶点数据一般是由X、Y、Z、W四个坐标构成，这样也是四个通道。所以从架构上来看，VS和PS既有相同又有不同之处。相同之处在于，二者处理的都是四元组数据，不同之处在于VS需要比较高的计算精度，而PS计算精度较低。
事实上，在3D图形进行渲染的过程中，VS和PS的主要工作就是进行X、Y、Z、W四个坐标运算和计算除R、G、B、A得出像素颜色。为了一次性处理1个完整的几何转换或像素渲染，GPU的VS和PS从最初就被设计成为同时具备4次运算能力的算数逻辑运算器（ALU）。 而数据的基本单元是Scalar（标量），就是指一个单独的变量，所以GPU的ALU进行一次这种变量操作，被称做1D标量。
SIMD架构示意
与标量对应的是Vector（矢量），一个矢量由N个标量标量组成。所以传统GPU的ALU在一个时钟周期可以同时执行4次标量的并行运算被称做4D Vector（矢量）操作。虽然GPU的ALU指令发射端只有一个，但却可以同时运算4个通道的数据，这就是单指令多数据流（Single Instruction Multiple Data，SIMD）架构。
