Στις υπολογιστικές συσκευές, έχουμε μια μονάδα επεξεργασίας που επεξεργάζεται τα δεδομένα. Αυτή η μονάδα είναι γνωστή ως κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Τα κύρια καθήκοντα αυτής της μονάδας περιλαμβάνουν την κωδικοποίηση και την αποκωδικοποίηση δεδομένων, την αποθήκευση δεδομένων, την επεξεργασία και τη συλλογή δεδομένων, την εκτέλεση δεδομένων κ.λπ. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ καθορίζει την ταχύτητα επεξεργασίας ή λειτουργίας της συσκευής. Όταν εργάζεστε σε μεγάλο αριθμό δεδομένων απαιτείται μεγαλύτερη αποθήκευση μνήμης. Σήμερα με την αύξηση των τεχνικών επεξεργασίας εικόνας απολαμβάνουμε εικόνες υψηλής ευκρίνειας, καθαρά γραφικά κ.λπ. Η μαθηματική λειτουργία που απαιτείται για αυτές τις τεχνικές είναι πολύ τεράστια και απαιτεί μια ταχύτερη μονάδα επεξεργασίας. Για να ξεπεραστεί αυτό, η μονάδα επεξεργασίας γραφικών (GPU) τέθηκε στο προσκήνιο.
Τι είναι μια μονάδα επεξεργασίας γραφικών;
Οι μονάδες επεξεργασίας χρησιμοποιούνται για να κάνουν υπολογισμούς σε μια υπολογιστική συσκευή. Με την έλευση τεχνολογικών εννοιών όπως τρισδιάστατες εικόνες, ροή βίντεο υψηλής ευκρίνειας, γραφικά κ.λπ .. Για την εφαρμογή αυτών των εννοιών σε μια συσκευή υλικού πρέπει να εκτελούνται μεγάλες και πολύπλοκες μαθηματικές λειτουργίες και με μεγαλύτερη ταχύτητα.
Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας, αν και έχει υψηλή συχνότητα δεν μπορεί να επεξεργαστεί αποτελεσματικά τους υπολογισμούς τόσο μεγάλης κλίμακας. Έτσι, δημιουργήθηκε μια ειδική μονάδα επεξεργασίας για την εκτέλεση μεγαλύτερων υπολογισμών με υψηλή συχνότητα. Αυτή η μονάδα επεξεργασίας ονομάστηκε μονάδα επεξεργασίας γραφικών. Η GPU είναι μια εξειδικευμένη ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται κυρίως για υπολογισμούς με βάση γραφικά υπολογιστών και επεξεργασία εικόνας. Αυτά είναι είτε ενσωματωμένα στο SoC μαζί με τον μικροεπεξεργαστή ή τον κύριο επεξεργαστή ή διατίθεται ως αυτόνομα τσιπ με ειδικές μονάδες μνήμης.
Υπολογιστικές συναρτήσεις
Για υπολογισμούς που σχετίζονται με τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστών, η GPU χρησιμοποιεί τα τρανζίστορ που υπάρχουν στο σχεδιασμό της. Οι υπολογισμοί γύρω από τα 3D γραφικά περιλαμβάνουν γεωμετρικές λειτουργίες όπως περιστροφή και μετάφραση κορυφών σε διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων, χαρτογράφηση υφής και απόδοση πολυγώνων. Πολλές πρόσφατες λειτουργίες GPU περιλαμβάνουν επίσης τη λειτουργικότητα της CPU, τεχνικές υπερ δειγματοληψίας και παρεμβολής για τη μείωση του aliasing.
Σήμερα σημειώθηκε μια τεράστια αύξηση στη χρήση της GPU με την αύξηση των τεχνολογιών βαθιάς μάθησης και μηχανικής μάθησης. Για να εκπαιδεύσετε ένα μοντέλο βαθιάς μάθησης πρέπει να γίνει μεγαλύτερος αριθμός πολύπλοκων υπολογισμών. Η χρήση της GPU διευκόλυνε την εκπαίδευση των μοντέλων μηχανικής μάθησης.
Οι γραφικές μονάδες επεξεργασίας βρέθηκαν να είναι 250 φορές γρηγορότερες από την CPU. Στην αποκωδικοποίηση βίντεο με επιτάχυνση GPU, η GPU εκτελεί τα τμήματα της διαδικασίας αποκωδικοποίησης βίντεο και μετά την επεξεργασία βίντεο. Το API που χρησιμοποιείται συνήθως για αυτόν τον σκοπό είναι DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Εδώ το DxVA προορίζεται για λειτουργικό σύστημα που βασίζεται σε Windows και τα υπόλοιπα για λειτουργικά συστήματα που βασίζονται σε Linux και Unix. Το XvMC μπορεί να αποκωδικοποιήσει μόνο βίντεο κωδικοποιημένα με MPEG-1 και MPEG-2.
Οι διαδικασίες αποκωδικοποίησης βίντεο που μπορούν να εκτελεστούν από την GPU είναι οι εξής:
- Αντιστάθμιση κίνησης
- Μετασχηματισμός αντίστροφων διακριτών συνημίτων
- Αντίστροφος τροποποιημένος διακριτός συνημίτονος μετασχηματισμός
- Φίλτρο αποκλεισμού εντός βρόχου
- Πρόβλεψη εντός πλαισίου
- Αντίστροφη ποσοτικοποίηση
- Αποκωδικοποίηση μεταβλητού μήκους
- Χωρική-χρονική αποσύνδεση
- Αυτόματη ανίχνευση πηγής interlace
- Επεξεργασία bitstream
- Τέλεια τοποθέτηση pixel
Αρχιτεκτονική μονάδας επεξεργασίας γραφικών
Η GPU χρησιμοποιείται συνήθως ως συν-επεξεργαστής μαζί με τη CPU. Με αυτό, η CPU μπορεί να εκτελεί επιστημονικούς και μηχανολογικούς υπολογιστές γενικής χρήσης με υψηλότερη συχνότητα. Εδώ, το χρονοβόρο και εντατικό υπολογιστικό μέρος του κώδικα μεταφέρεται στην GPU, ενώ ο υπόλοιπος κώδικας εξακολουθεί να λειτουργεί στη CPU. Η GPU κάνει παράλληλη επεξεργασία του κώδικα ενισχύοντας έτσι την απόδοση του συστήματος. Αυτός ο τύπος υπολογιστών είναι γνωστός ως Hybrid Computing.
Αρχιτεκτονική μονάδας επεξεργασίας γραφικών
Σε αντίθεση με την CPU που περιέχει δύο έως οκτώ πυρήνες CPU, η GPU αποτελείται από εκατοντάδες μικρότερους πυρήνες. Όλοι αυτοί οι πυρήνες συνεργάζονται σε παράλληλη επεξεργασία. Για την αποτελεσματική χρήση των λειτουργιών της παράλληλης αρχιτεκτονικής υπολογιστών της GPU, οι προγραμματιστές εφαρμογών στη NVIDIA έχουν σχεδιάσει ένα μοντέλο παράλληλου προγραμματισμού που ονομάζεται «CUDA»
Η αρχιτεκτονική GPU διαφέρει ανάλογα με το μοντέλο της. Η γενική αρχιτεκτονική της GPU αποτελείται από πολλαπλές ομάδες επεξεργασίας. Αυτά τα συμπλέγματα περιέχουν πολλούς πολυεπεξεργαστές ροής. Εδώ, κάθε ροή πολυεπεξεργαστές περιέχει ένα επίπεδο της προσωρινής μνήμης επιπέδου-1 μαζί με τους αντίστοιχους πυρήνες του.
Φόρμες GPU
Με βάση τη λειτουργικότητά τους και τις μεθόδους επεξεργασίας τους, υπάρχουν διάφορες μορφές GPU που διατίθενται στην αγορά. Υπάρχουν δύο κύριες μορφές προσωπικών υπολογιστών GPUin - αποκλειστική κάρτα γραφικών, ενσωματωμένα γραφικά. Η ειδική κάρτα γραφικών είναι επίσης γνωστή ως Discrete GPU. Τα ενσωματωμένα γραφικά είναι επίσης γνωστά ως ενοποιημένη αρχιτεκτονική μνήμης, κοινές λύσεις γραφικών.
Τα περισσότερα από τα GPU έχουν σχεδιαστεί λαμβάνοντας υπόψη την εφαρμογή τους, όπως για επεξεργασία γραφικών 3D, παιχνίδια κ.λπ. Το GeForceGTX έχει σχεδιαστεί ειδικά για παιχνίδια, το Nvidia Titan έχει σχεδιαστεί για υπολογιστικό νέφος, το Nvidia Quadro έχει σχεδιαστεί για σταθμούς εργασίας και 3D animations, το Nvidia Tesla σχεδιασμένο για cloud Σταθμός εργασίας και εκπαίδευση τεχνητής νοημοσύνης, Nvidia Drive PX σχεδιασμένο για αυτοματοποιημένο αυτοκίνητο κ.λπ.…
Ειδική κάρτα γραφικών
Τα συστήματα με αποκλειστική GPU είναι γνωστά ως «Συστήματα DIS». Εδώ το ειδικό αναφέρεται στο γεγονός ότι αυτά τα τσιπ GPU έχουν ένα ειδικό ΕΜΒΟΛΟ χρησιμοποιείται αποκλειστικά από την κάρτα. Συνδέονται συνήθως με τη μητρική πλακέτα χρησιμοποιώντας υποδοχές επέκτασης όπως PCI Express ή Accelerated Graphics Port. Αυτές οι μάρκες αντικαθίστανται ή αναβαθμίζονται εύκολα. Λόγω περιορισμών μεγέθους και βάρους, η ειδική GPU στους φορητούς υπολογιστές διασυνδέεται μέσω μη τυπικής υποδοχής.
Ενσωματωμένη μονάδα επεξεργασίας γραφικών
Αυτός ο τύπος GPU δεν διαθέτει ειδική μονάδα RAM. Αντ 'αυτού, χρησιμοποιεί ένα μέρος της μνήμης του υπολογιστή για τη λειτουργία του. Αυτή η GPU μπορεί να ενσωματωθεί στη μητρική πλακέτα είτε ως μέρος του chipset της είτε να ενσωματωθεί στην ίδια μήτρα με CPU. Αυτά έχουν μικρότερη χωρητικότητα από την ειδική κάρτα γραφικών, αλλά είναι λιγότερο δαπανηρή για εφαρμογή. Τα Intel HD Graphics και AMD Accelerated processing Unit είναι τα παραδείγματα αυτής της GPU.
Επεξεργασία υβριδικών γραφικών
Η λειτουργικότητα αυτής της GPU βρίσκεται μεταξύ της ειδικής κάρτας γραφικών και της ενσωματωμένης κάρτας γραφικών. Αυτό χρησιμοποιεί ένα μέρος της μνήμης του συστήματος και διαθέτει επίσης μια μικρή προσωρινή μνήμη μνήμης. Αυτή η ειδική προσωρινή μνήμη αντισταθμίζει τον υψηλό λανθάνοντα χρόνο της μνήμης RAM. Η υπερ μνήμη του ATI και το TurboCache της Nvidia είναι οι κοινώς χρησιμοποιούμενες μονάδες επεξεργασίας υβριδικών γραφικών.
Επεξεργασία ροής και γενική επεξεργασία GPU
Αυτά ονομάζονται ευρέως ως GPGPU. Η μονάδα επεξεργασίας γραφικών γενικής χρήσης χρησιμοποιείται συνήθως ως τροποποιημένος επεξεργαστής ροής για την εκτέλεση πυρήνων υπολογιστή. Χρησιμοποιώντας αυτήν την ιδέα, η τεράστια υπολογιστική δύναμη του shader του σύγχρονου γραφικού επιταχυντή χρησιμοποιείται ως υπολογιστική δύναμη γενικής χρήσης. Για μαζικές λειτουργίες διανυσμάτων, αυτή η μέθοδος δίνει υψηλότερη απόδοση από μια απλή CPU.
Εξωτερική GPU
Παρόμοια με έναν μεγάλο εξωτερικό σκληρό δίσκο, αυτή η μονάδα επεξεργασίας γραφικών υπάρχει επίσης στο εξωτερικό της μονάδας υπολογιστή. Αυτά είναι επίσης εξωτερικά συνδεδεμένα με φορητούς υπολογιστές. Οι φορητοί υπολογιστές έχουν συνήθως καλή ποσότητα μνήμης RAM και αρκετά ισχυρή CPU. Αντί για έναν ισχυρό επεξεργαστή γραφικών, οι φορητοί υπολογιστές είναι ενσωματωμένοι με ένα λιγότερο ισχυρό αλλά πιο ενεργειακά αποδοτικό ενσωματωμένο τσιπ γραφικών. Αυτά δεν είναι αρκετά ισχυρά για την εκτέλεση γραφικών παιχνιδιών και δεν υποστηρίζουν υψηλότερα παιχνίδια γραφικών. Έτσι, αυτή η εξωτερική GPU χρησιμοποιείται με φορητούς υπολογιστές για υψηλότερες επιδόσεις.
Με την αυξανόμενη ζήτηση για υψηλά γραφικά και καλές αναλύσεις εικόνας, αυξάνεται επίσης η ζήτηση για πιο ισχυρές GPU. Με τη διαθεσιμότητα ισχυρής GPU, πολλά περισσότερα μπορούν να επιτευχθούν στον τομέα των τεχνολογιών υψηλής επεξεργασίας όπως η μηχανική μάθηση και η βαθιά μάθηση. Η GPU επιτάχυνε επίσης μια τεράστια έκρηξη στη βιομηχανία τυχερών παιχνιδιών. Πολλά παιχνίδια γραφικών έχουν ξεκινήσει που αξιοποιούν πλήρως τη δύναμη της GPU. Ποιος τύπος GPU μπορεί να συνδεθεί εξωτερικά σε φορητούς υπολογιστές;
Συχνές ερωτήσεις
1). Είναι μια GPU μια κάρτα γραφικών;
Μια κάρτα γραφικών που υπάρχει στη συσκευή υπολογιστών είναι ένα ολόκληρο μέρος υλικού. Ενώ η GPU είναι ένα τσιπ που υπάρχει στην κάρτα γραφικών.
2). Ποια είναι ταχύτερη CPU ή GPU;
Σήμερα η GPU είναι διαθέσιμη με μεγαλύτερες μονάδες μνήμης, μεγαλύτερη ισχύ επεξεργασίας και μεγαλύτερο εύρος ζώνης μνήμης σε σύγκριση με την παραδοσιακή CPU. Έτσι, η GPU βρίσκεται περίπου 50 έως 100 φορές ταχύτερη από την CPU.
3). Πόσους πυρήνες έχει μια GPU;
Η GPU κάνει παράλληλους υπολογιστές. Έχει εκατοντάδες μικρότερους πυρήνες που συνεργάζονται. Αυτός ο τεράστιος παράλληλος υπολογιστής δίνει στην GPU την ανώτερη υπολογιστική του δύναμη.
4). Είναι καλύτερο το RTX ή το GTX;
Σε σύγκριση με το GTX 1080 Ti, το RTX 2080 διαθέτει νεότερη τεχνολογία και προσφέρει καλύτερες, ταχύτερες επιδόσεις. Το RTX έχει χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με το GTX.
5). Μπορεί μια GPU να αντικαταστήσει μια CPU;
Η GPU είναι ταχύτερη από την CPU. Εκτελούν την εργασία πολύ γρήγορα εκτελώντας πολλές εργασίες κάθε φορά. Αλλά μπορεί να εκτελέσει μόνο συγκεκριμένη λειτουργία υψηλότερης συχνότητας και όλες τις άλλες εκτελέσεις, όπως το manging των διακοπών, η αποθήκευση δεδομένων γίνεται από την CPU. Όχι, η GPU δεν μπορεί να αντικαταστήσει μια CPU.
