В изчислителните устройства имаме процесор, който обработва данните. Това устройство е известно като централен процесор. Основните задачи на тази единица включват кодиране и декодиране на данни, съхранение на данни, обработка и компилиране на данни, изпълнение на данни и др. Честотата на процесор определя скоростта на обработка или работа на устройството. Когато се работи върху голямо количество данни, се изисква по-голямо съхранение в паметта. Днес с увеличаването на техниките за обработка на изображения се наслаждаваме на снимки с висока разделителна способност, ясни графики и др. Математическите операции, необходими за тези техники, са много огромни и изискват ускорител. За да се преодолее това, графичният процесор (GPU) попадна в центъра на вниманието.
Какво е графичен процесор?
Блоците за обработка се използват за извършване на изчисления в изчислително устройство. С появата на технологични концепции като 3D изображения, поточно предаване на видео с висока разделителна способност, графики и др. За да се приложат тези концепции на хардуерно устройство, трябва да се извършват големи и сложни математически операции с по-голяма скорост.
Централният процесор, въпреки че има висока честота, не може ефективно да обработва изчисленията от такъв голям мащаб. И така, беше въведен специален процесор за изпълнение на по-големи изчисления с висока честота. Тази обработваща единица се наричаше графична обработваща единица. GPU е специализирано електронно устройство, използвано главно за изчисления, базирани на компютърна графика и обработка на изображения. Те или са вградени в SoC заедно с микропроцесора или основния процесор или се предлагат като самостоятелни чипове със специални модули памет.
Изчислителни функции
За изчисления, свързани с 3D компютърна графика, GPU използва транзисторите, присъстващи в неговия дизайн. Изчисленията около 3D графиката включват геометрични операции като въртене и превеждане на върховете в различни координатни системи, текстуриране на карти и рендиране на полигони. Много скорошни функции на графичния процесор също включват функционалността на процесора, техниките за предискретизиране и интерполация за намаляване на псевдонимите.
Днес се наблюдава огромен ръст в използването на GPU с увеличаването на технологиите за дълбоко обучение и машинно обучение. За да се обучи модел за задълбочено учене, трябва да се направят по-голям брой сложни изчисления. Използването на GPU улесни обучението на модели за машинно обучение.
Установено е, че графичните процесори са 250 пъти по-бързи от CPU. При ускореното видео декодиране на видеокартата, графичният процесор изпълнява частите от процеса на видео декодиране и последващата обработка на видеоклипа. Често използваните API за тази цел са DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Тук DxVA е за Windows базирана операционна система, а останалите са за Linux базирани и Unix подобни операционни системи. XvMC може да декодира само видеоклипове, кодирани с MPEG-1 и MPEG-2.
Процесите за декодиране на видео, които могат да бъдат изпълнени от GPU, са както следва -
- Компенсация на движението
- Обратно дискретно косинусно преобразуване
- Обратно модифицирано дискретно косинусово преобразуване.
- Филтър за деблокиране в цикъл
- Вътрешнокадрово предсказване
- Обратно квантуване
- Декодиране с променлива дължина
- Пространствено-времево преплитане
- Автоматично разпознаване на източника на редуване
- Обработка на битови потоци
- Перфектно позициониране на пикселите
Архитектура на графичната обработваща единица
GPU обикновено се използва като копроцесор заедно с процесора. По този начин CPU може да извършва научни и инженерни изчисления с общо предназначение с по-висока честота. Тук отнемащата време и изискваща изчисления част от кода се премества върху графичния процесор, докато останалият код все още работи на процесора. GPU прави паралелна обработка на кода, като по този начин повишава производителността на системата. Този тип изчисления са известни като хибридни изчисления.
Архитектура на графичната обработваща единица
За разлика от CPU, който съдържа две до осем CPU ядра, GPU се състои от стотици по-малки ядра. Всички тези ядра работят заедно в паралелна обработка. За ефективно използване на функциите на паралелна изчислителна архитектура на GPU, разработчиците на приложения от NVIDIA са проектирали модел за паралелно програмиране, наречен „CUDA“.
GPU архитектурата се различава в зависимост от своя модел. Общата архитектура на графичния процесор се състои от множество клъстери за обработка. Тези клъстери съдържат множество поточни мултипроцесори. Тук всеки от стрийминга мултипроцесори съдържа слой от кеш инструкции за слой-1 заедно със свързаните с него ядра.
GPU Форми
Въз основа на тяхната функционалност и методи за обработка на пазара се предлагат различни форми на графичен процесор. Има две основни форми на GPUв персонални компютри - специална графична карта, интегрирана графика. Специалната графична карта е известна още като Discrete GPU. Интегрираната графика е известна още като Унифицирана архитектура на паметта, споделени графични решения.
Повечето от графичните процесори са проектирани, като се има предвид тяхното приложение като за обработка на 3D графики, игри и т.н .. GeForceGTX е специално създаден за игри, Nvidia Titan е предназначен за изчисления в облак, Nvidia Quadro е предназначен за работна станция и 3D анимации, Nvidia Tesla е проектирана за облак обучение на работна станция и изкуствен интелект, Nvidia Drive PX, предназначена за автоматизираната кола и др ...
Специална графична карта
Системите със специален графичен процесор са известни като „DIS системи“. Тук специалното се отнася до факта, че тези GPU чипове имат специален RAM използва се изключително от картата. Те обикновено се свързват с дънната платка, като се използват слотове за разширение като PCI Express или Accelerated Graphics Port. Тези чипове лесно се заменят или надграждат. Поради ограниченията на размера и теглото, специалните графични процесори на преносимите компютри са свързани чрез нестандартен слот.
Интегриран графичен процесор
Този тип GPU няма специален RAM блок. Вместо това използва част от компютърната памет за своята работа. Този графичен процесор може да бъде интегриран към дънната платка или като част от чипсета му, или изграден върху същата матрица с процесор. Те имат по-малък капацитет от специалната графична карта, но са по-евтини за изпълнение. Примерите за този графичен процесор са Intel HD Graphics и AMD Accelerated Process Unit.
Хибридна графична обработка
Функционалността на този графичен процесор се намира между специалната графична карта и вградената графична карта. Това използва част от системната памет и също има малък специален кеш памет. Този специален кеш компенсира голямата латентност на RAM. Хипер паметта на ATI и TurboCache на Nvidia са често използваните единици за хибридна графична обработка.
Потокова обработка и обща обработка GPU
Те се наричат популярно като GPGPU. Устройството за графична обработка с общо предназначение обикновено се използва като модифициран процесор на потока за изпълнение на компютърни ядра. Използвайки тази концепция, масивната изчислителна мощ на шейдъра на съвременния графичен ускорител се използва като изчислителна мощ с общо предназначение. За масивни векторни операции този метод дава по-висока производителност от обикновения процесор.
Външен графичен процесор
Подобно на голям външен твърд диск, този графичен процесор се намира и от външната страна на компютърния блок. Те също са свързани външно към преносими компютри. Лаптопите обикновено имат добро количество RAM и достатъчно мощен процесор. Вместо мощен графичен процесор лаптопите са вградени с по-малко мощен, но по-енергийно ефективен вграден графичен чип. Те не са достатъчно мощни за изпълнение на игрови графики и не поддържат по-високи графични игри. Така че, този външен графичен процесор се използва с лаптопи за по-висока производителност.
С нарастващото търсене на висока графика и добри разделителни способности, нараства и търсенето на по-мощни графични процесори. С наличието на мощен GPU може да се постигне много повече в областта на високите технологии за обработка като машинно обучение и дълбоко обучение. GPU също ускори огромен бум в игралната индустрия. Пуснати са много игри с висока графика, които напълно използват силата на GPU. Кой тип GPU може да се прикачи външно към лаптопи?
Често задавани въпроси
1). GPU графична карта ли е?
Графичната карта, присъстваща на изчислителното устройство, е цяла хардуерна част. Докато GPU е чип, присъстващ на графичната карта.
2). Кое е по-бързо CPU или GPU?
Днес GPU се предлага с по-големи единици памет, по-голяма процесорна мощност и по-голяма честотна лента на паметта в сравнение с традиционния процесор. Така се установява, че графичният процесор е около 50 до 100 пъти по-бърз от процесора.
3). Колко ядра има графичният процесор?
GPU прави паралелни изчисления. Той има стотици по-малки ядра, работещи заедно. Това масивно паралелно изчисление дава на GPU превъзходната изчислителна мощ.
4). RTX или GTX по-добър ли е?
В сравнение с GTX 1080 Ti, RTX 2080 има по-нова технология и предлага по-добра и по-бърза производителност. RTX е с по-ниски разходи в сравнение с GTX.
5). Може ли GPU да замени CPU?
GPU е по-бърз от CPU. Те изпълняват задачата много бързо, като изпълняват много задачи едновременно. Но той може да изпълнява само някои по-високочестотни операции и всички други изпълнения като управление на прекъсвания, съхранението на данни се извършва от процесора. Не, GPU не може да замени CPU.
