במכשירי מחשוב יש לנו יחידת עיבוד שמעבדת את הנתונים. יחידה זו ידועה כיחידת העיבוד המרכזית. המשימות העיקריות של יחידה זו כוללות קידוד ופענוח של נתונים, אחסון נתונים, עיבוד ועריכת נתונים, ביצוע נתונים וכו '. תדירות מעבד קובע את מהירות העיבוד או העבודה של המכשיר. כשעובדים על כמות גדולה של נתונים זה דורש אחסון זיכרון גדול יותר. כיום עם הגידול בטכניקות עיבוד התמונה אנו נהנים מתמונות בהבחנה גבוהה, גרפיקה ברורה וכו '. הפעולה המתמטית הנדרשת לטכניקות אלו היא עצומה מאוד ודורשת יחידת עיבוד מהיר יותר. כדי להתגבר על כך, יחידת העיבוד הגרפי (GPU) נכנסה לאור הזרקורים.
מהי יחידת עיבוד גרפי?
יחידות עיבוד משמשות לביצוע חישובים במכשיר מחשוב. עם כניסתם של מושגים טכנולוגיים כמו תמונות תלת מימד, הזרמת וידאו בחדות גבוהה, גרפיקה וכו '. כדי ליישם מושגים אלה במכשיר חומרה יש לבצע פעולות מתמטיות גדולות ומורכבות ובמהירות רבה יותר.
יחידת העיבוד המרכזית, למרות שהיא בעלת תדירות גבוהה אינה יכולה לעבד את החישובים בקנה מידה כה גדול ביעילות. אז הוצגה יחידת עיבוד ייעודית לביצוע חישובים גדולים יותר בתדירות גבוהה. יחידת עיבוד זו נקראה יחידת עיבוד גרפי. GPU הוא מכשיר אלקטרוני מתמחה המשמש בעיקר לחישובים המבוססים על גרפיקה ממוחשבת ועיבוד תמונה. אלה מוטבעים על ה- SoC יחד עם המעבד או המעבד הראשי או זמינים כשבבים העצמאים עם יחידות זיכרון ייעודיות.
פונקציות חישוביות
לצורך חישובים הקשורים לגרפיקה ממוחשבת בתלת מימד, GPU משתמש בטרנזיסטורים הקיימים בתכנון. החישובים סביב הגרפיקה התלת-ממדית כוללים פעולות גיאומטריות כגון סיבוב ותרגום קודקודים למערכות קואורדינטות שונות, מיפוי מרקמים ועיבוד מצולעים. פונקציות רבות אחרות של GPU כוללות גם פונקציונליות של מעבד, טכניקות יתר של דגימה ואינטרפולציה להפחתת כינויים.
כיום חלה עלייה אדירה בשימוש ב- GPU עם הגידול בטכנולוגיות למידה עמוקה ולמידת מכונה. כדי להכשיר מודל למידה עמוקה יש לבצע מספר גדול יותר של חישובים מורכבים. השימוש ב- GPU הפך את האימון של מודלים ללימוד מכונה למשימה קלה יותר.
יחידות עיבוד גרפיות נמצאות מהירות פי 250 מהמעבד. בפענוח וידאו מואץ של GPU, ה- GPU מבצע את החלקים של תהליך פענוח הווידאו ועיבוד הווידאו שלאחר מכן. ה- API הנפוץ למטרה זו הוא DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. כאן DxVA מיועדת למערכת ההפעלה מבוססת חלונות והיתר למערכות הפעלה מבוססות לינוקס ו- Unix. XvMC יכול לפענח רק קטעי וידאו המקודדים באמצעות MPEG-1 ו- MPEG-2.
תהליכי פענוח הווידאו שניתן לבצע על ידי GPU הם כדלקמן -
- פיצוי תנועה
- טרנספורמציה קוסינוס בדידה הפוכה
- הפוך טרנספורמציה של קוסינוס בדידה שונה.
- מסנן ביטול חסימה בלולאה
- חיזוי מסגרת תוך
- כימות הפוך
- פענוח באורך משתנה
- התפרקות מרחבית-זמנית
- זיהוי מקור שרשרת אוטומטי
- עיבוד זרם סיביות
- מיקום פיקסל מושלם
אדריכלות יחידת עיבוד גרפי
GPU משמש בדרך כלל כמעבד משותף יחד עם המעבד. על ידי זה, המעבד יכול לבצע מחשוב מדעי והנדסי למטרות כלליות בתדירות גבוהה יותר. כאן החלק הקודם ועתיר החישוב של הקוד מועבר ל- GPU ואילו הקוד שנותר עדיין עובד על המעבד. GPU מבצע עיבוד מקביל של הקוד ובכך מגביר את ביצועי המערכת. סוג מחשוב זה מכונה מחשוב היברידי.
אדריכלות יחידת עיבוד גרפי
שלא כמו מעבד המכיל שתיים עד שמונה ליבות מעבד, GPU מורכב ממאות ליבות קטנות יותר. כל הליבות הללו פועלות יחד בעיבוד מקביל. כדי להשתמש ביעילות בפונקציות של ארכיטקטורת מחשוב מקבילה של GPU, מפתחי יישומים ב- NVIDIA תכננו מודל תכנות מקביל בשם 'CUDA'.
ארכיטקטורת GPU שונה על פי המודל שלה. הארכיטקטורה הכללית של ה- GPU מורכבת מאשכולות עיבוד מרובים. אשכולות אלה מכילים מספר מעבדי הזרמה מרובים. הנה, כל אחד מהסטרימינג מעבדים מרובי מכיל שכבה של מטמון הוראות שכבה -1 יחד עם הליבות המשויכות אליו.
טפסים של GPU
בהתבסס על הפונקציונליות ושיטות העיבוד שלהם קיימות בשוק צורות שונות של GPU. ישנן שתי צורות עיקריות של מחשבים אישיים של GPUin - כרטיס גרפי ייעודי, גרפיקה משולבת. כרטיס המסך הייעודי מכונה גם GPU בדידים. גרפיקה משולבת ידועה גם כארכיטקטורת זיכרון מאוחדת, פתרונות גרפיים משותפים.
רוב ה- GPU תוכננו בהתחשב ביישום שלהם כמו לעיבוד גרפי תלת ממדי, גיימינג וכו '. GeForceGTX תוכנן במיוחד למשחקים, Nvidia Titan מיועד למחשוב ענן, Nvidia Quadro מיועד לתחנות עבודה ואנימציות תלת מימד, Nvidia Tesla מיועד לענן. אימון בתחנות עבודה ובינה מלאכותית, Nvidia Drive PX המיועד לרכב האוטומטי וכו '...
כרטיס גרפי ייעודי
מערכות עם GPU ייעודי מכונות 'מערכות מערכות'. כאן הייעודי מתייחס לעובדה שבשבבי GPU אלה יש ייעודי RAM משמש אך ורק את הכרטיס. אלה בדרך כלל מתממשקים ללוח האם באמצעות חריצי הרחבה כגון PCI Express או יציאת גרפיקה מואצת. שבבים אלה מוחלפים או משודרגים בקלות. בגלל אילוצי גודל ומשקל, GPU ייעודי למחשבים הניידים מתממשק דרך חריץ לא סטנדרטי.
יחידת עיבוד גרפיקה משולבת
לסוג זה של GPU אין יחידת RAM ייעודית. במקום זאת, הוא משתמש בחלק מזיכרון המחשב להפעלתו. ניתן לשלב GPU זה בלוח האם כחלק מערכת השבבים שלו או לבנות על אותו מתכת עם מעבד. אלה הם בעלי קיבולת נמוכה יותר מכרטיס המסך הייעודי, אך הם פחות יקרים ליישום. גרפיקה של אינטל HD ויחידת עיבוד מואצת של AMD הם הדוגמאות ל- GPU זה.
עיבוד גרפי היברידי
הפונקציונליות של GPU זה טמונה בין כרטיס המסך הייעודי לכרטיס המסך המשולב. זה משתמש בחלק מזיכרון המערכת ויש לו גם מטמון זיכרון ייעודי קטן. מטמון ייעודי זה מפצה על החביון הגבוה של ה- RAM. זיכרון ההיפר של ATI ו- TurboCache של Nvidia הם היחידות לעיבוד גרפי היברידי הנפוץ.
עיבוד זרמים ועיבוד כללי של GPUs
אלה נקראים בכינויו GPGPU. יחידת עיבוד גרפיקה למטרות כלליות משמשת בדרך כלל כמעבד זרם שונה לביצוע גרעיני מחשב. באמצעות מושג זה כוח החישוב המסיבי של הצללית של מאיץ הגרפיקה המודרני משמש ככח המחשוב הכללי. עבור פעולות וקטוריות מסיביות, שיטה זו מעניקה ביצועים גבוהים יותר מאשר מעבד פשוט.
GPU חיצוני
בדומה לכונן קשיח חיצוני גדול, יחידת עיבוד גרפי זו קיימת גם בחלקה החיצוני של יחידת המחשב. אלה גם מחוברים חיצונית למחשבים ניידים. למחשבים ניידים בדרך כלל יש כמות טובה של זיכרון RAM ומעבד חזק במיוחד. במקום מעבד גרפי חזק, מחשבים ניידים משובצים עם שבב גרפי משולב פחות חזק אך יעיל יותר באנרגיה. אלה אינם חזקים מספיק בכדי לבצע גרפיקה של משחק ואינם תומכים במשחקי גרפיקה גבוהים יותר. אז, GPU חיצוני זה משמש מחשבים ניידים לביצועים גבוהים יותר.
עם הביקוש הגובר לגרפיקה גבוהה ורזולוציות תמונה טובות, הדרישה ל- GPUs חזקים יותר גוברת. עם הזמינות של GPU חזק, ניתן להשיג הרבה יותר בתחום טכנולוגיות עיבוד גבוהות כגון למידת מכונה ולמידה עמוקה. GPU גם האיצה תנופה אדירה בתעשיית המשחקים. הושקו משחקים גרפיים גבוהים רבים המנצלים באופן מלא את כוחו של GPU. איזה סוג של GPU ניתן לחבר חיצונית למחשבים ניידים?
שאלות נפוצות
1). האם GPU הוא כרטיס גרפי?
כרטיס גרפי הקיים במכשיר המחשוב הוא חלק חומרה שלם. בעוד ש- GPU הוא שבב הקיים בכרטיס הגרפי.
2). מהו מעבד או GPU מהירים יותר?
כיום זמין GPU עם יחידות זיכרון גדולות יותר, כוח עיבוד גדול יותר ורוחב פס זיכרון גדול יותר בהשוואה למעבד המסורתי. לכן, נמצא כי GPU מהיר פי 50 עד 100 מהמעבד.
3). כמה ליבות יש ל- GPU?
GPU עושה מחשוב מקביל. יש בו מאות ליבות קטנות יותר העובדות יחד. מחשוב מקבילי מסיבי זה מעניק ל- GPU את כוח המחשוב המעולה שלו.
4). האם RTX או GTX טובים יותר?
בהשוואה ל- GTX 1080 Ti, ל- RTX 2080 יש טכנולוגיה חדשה יותר ומציעה ביצועים טובים ומהירים יותר. עלות ה- RTX נמוכה יותר בהשוואה ל- GTX.
5). האם GPU יכול להחליף מעבד?
GPU מהיר יותר מהמעבד. הם מבצעים את המשימה במהירות רבה על ידי ביצוע משימות רבות בכל פעם. אבל זה יכול לבצע רק פעולות מסוימות בתדרים גבוהים וכל שאר ההוצאות להורג כמו איסור הפרעות, אחסון נתונים נעשים על ידי מעבד. לא, GPU אינו יכול להחליף מעבד.
