Ve výpočetních zařízeních máme procesorovou jednotku, která zpracovává data. Tato jednotka je známá jako centrální procesorová jednotka. Mezi hlavní úkoly této jednotky patří kódování a dekódování dat, ukládání dat, zpracování a kompilace dat, provádění dat atd. Frekvence procesor určuje rychlost zpracování nebo práce zařízení. Při práci na velkém množství dat vyžaduje větší paměť. Dnes s nárůstem technik zpracování obrazu si užíváme obrázky ve vysokém rozlišení, jasnou grafiku atd. Matematická operace vyžadovaná pro tyto techniky je velmi obrovská a vyžaduje rychlejší jednotku zpracování. K překonání tohoto problému se dostala do centra pozornosti grafická procesorová jednotka (GPU).
Co je jednotka grafického zpracování?
Zpracovávací jednotky se používají k provádění výpočtů ve výpočetním zařízení. S příchodem technologických konceptů, jako jsou 3D snímky, streamování videa ve vysokém rozlišení, grafika atd., Jsou zavedeny. K implementaci těchto konceptů na hardwarové zařízení je třeba provádět velké a složité matematické operace a vyšší rychlostí.
Centrální procesorová jednotka, i když má vysokou frekvenci, nemůže efektivně zpracovávat výpočty tak velkého rozsahu. Byla tedy zavedena vyhrazená procesorová jednotka pro provádění větších výpočtů s vysokou frekvencí. Tato jednotka zpracování se nazývala jednotka grafického zpracování. GPU je specializované elektronické zařízení používané hlavně pro výpočty založené na počítačové grafice a zpracování obrazu. Ty jsou buď vloženy do SoC spolu s mikroprocesorem nebo hlavním procesorem nebo k dispozici jako samostatné čipy s vyhrazenými paměťovými jednotkami.
Výpočetní funkce
Pro výpočty související s 3D počítačovou grafikou používá GPU ve svém návrhu přítomné tranzistory. Výpočty kolem 3D grafiky zahrnují geometrické operace, jako je rotace a překlad vrcholů do různých souřadnicových systémů, mapování textur a vykreslování polygonů. Mnoho nedávných funkcí GPU také zahrnuje funkce CPU, převzorkování a techniky interpolace pro snížení aliasingu.
Dnes došlo k obrovskému nárůstu používání GPU s nárůstem technologií hlubokého učení a strojového učení. Aby bylo možné trénovat model hlubokého učení, je třeba provést větší počet složitých výpočtů. Použití GPU usnadnilo školení modelů strojového učení.
Bylo zjištěno, že jednotky grafického zpracování jsou 250krát rychlejší než CPU. V dekódování videa s akcelerací GPU provádí GPU části procesu dekódování videa a následného zpracování videa. Běžně používané API pro tento účel jsou DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Zde je DxVA určen pro operační systém Windows a zbývající jsou pro operační systémy Linux a Unix. XvMC dokáže dekódovat pouze videa kódovaná pomocí MPEG-1 a MPEG-2.
Procesy dekódování videa, které lze provádět pomocí GPU, jsou následující -
- Kompenzace pohybu
- Inverzní diskrétní kosinová transformace
- Inverzní modifikovaná diskrétní kosinová transformace.
- Filtr pro odblokování ve smyčce
- Predikce uvnitř snímku
- Inverzní kvantování
- Dekódování s proměnnou délkou
- Prostorově-časové prokládání
- Automatická detekce prokládaného zdroje
- Zpracování bitového toku
- Perfektní umístění pixelů
Architektura grafické jednotky zpracování
GPU se obvykle používá jako koprocesor spolu s CPU. Tímto způsobem může CPU provádět univerzální vědecké a technické výpočty s vyšší frekvencí. Zde se časově náročná a výpočetně náročná část kódu přesune na GPU, zatímco zbývající kód stále funguje na CPU. GPU provádí paralelní zpracování kódu, čímž zvyšuje výkon systému. Tento typ výpočtu se nazývá hybridní výpočetní technika.
Architektura grafické jednotky zpracování
Na rozdíl od CPU, které obsahuje dvě až osm jader CPU, je GPU tvořeno stovkami menších jader. Všechna tato jádra spolupracují při paralelním zpracování. Pro efektivní využití funkcí architektury paralelního výpočtu GPU vyvinuli vývojáři aplikací ve společnosti NVIDIA model paralelního programování s názvem „CUDA“.
Architektura GPU se liší podle jeho modelu. Obecná architektura GPU se skládá z více klastrů zpracování. Tyto klastry obsahují více streamovacích multiprocesorů. Tady, každý ze streamování multiprocesory obsahuje vrstvu mezipaměti instrukcí vrstvy 1 spolu s přidruženými jádry.
Formuláře GPU
Na základě jejich funkčnosti a metod zpracování jsou na trhu k dispozici různé formy GPU. Existují dvě hlavní formy osobních počítačů GPU - vyhrazená grafická karta, integrovaná grafika. Dedikovaná grafická karta je také známá jako Diskrétní GPU. Integrovaná grafika je také známá jako architektura sjednocené paměti, řešení sdílené grafiky.
Většina GPU je navržena s ohledem na jejich použití, jako je 3D zpracování grafiky, hraní her atd. GeForceGTX je speciálně navržen pro hraní her, Nvidia Titan je navržen pro cloud computing, Nvidia Quadro je určen pro pracovní stanici a 3D animace, Nvidia Tesla navržený pro cloud trénink pracovní stanice a umělé inteligence, Nvidia Drive PX navržený pro automatizovaný automobil atd.…
Vyhrazená grafická karta
Systémy s vyhrazeným GPU jsou známé jako „DIS Systems“. Zde se vyhrazený odkazuje na skutečnost, že tyto GPU čipy mají vyhrazený RAM používá výhradně kartou. Obvykle jsou propojeny se základní deskou pomocí rozšiřujících slotů, jako jsou PCI Express nebo Accelerated Graphics Port. Tyto čipy lze snadno vyměnit nebo upgradovat. Kvůli omezením velikosti a hmotnosti jsou vyhrazené GPU na přenosných počítačích propojeny prostřednictvím nestandardního slotu.
Integrovaná jednotka zpracování grafiky
Tento typ GPU nemá vyhrazenou jednotku RAM. Místo toho pro svoji činnost využívá část paměti počítače. Tento GPU může být integrován na základní desku buď jako součást jeho čipové sady, nebo postaven na stejné matrici s CPU. Ty mají menší kapacitu než vyhrazená grafická karta, ale jejich implementace je méně nákladná. Intel HD Graphics a AMD Accelerated processing Unit are the examples of this GPU.
Zpracování hybridní grafiky
Funkčnost tohoto GPU spočívá mezi vyhrazenou grafickou kartou a integrovanou grafickou kartou. Toto využívá část systémové paměti a má také malou vyhrazenou mezipaměť paměti. Tato vyhrazená mezipaměť vyrovnává vysokou latenci paměti RAM. Hyper paměť ATI a Nvidia TurboCache jsou běžně používané jednotky hybridního zpracování grafiky.
Streamujte zpracování a obecné zpracování GPU
Lidově se tomu říká GPGPU. Univerzální grafická procesorová jednotka se běžně používá jako upravený streamový procesor k provádění počítačových jader. Při použití tohoto konceptu se jako univerzální výpočetní výkon používá obrovská výpočetní síla shaderu moderní grafické akcelerátoru. U masivních vektorových operací poskytuje tato metoda vyšší výkon než jednoduchý procesor.
Externí GPU
Podobně jako u velkého externího pevného disku je tato grafická procesorová jednotka také na vnější straně počítačové jednotky. Jsou také externě připojeny k přenosným počítačům. Notebooky mají obvykle dobré množství paměti RAM a dostatečně výkonný procesor. Místo výkonného grafického procesoru jsou notebooky vybaveny méně výkonným, ale energeticky efektivnějším integrovaným grafickým čipem. Nejsou dostatečně výkonné na to, aby prováděly grafiku her, a nepodporují hry s vyšší grafikou. Tento externí GPU se tedy používá u notebooků pro vyšší výkon.
S rostoucí poptávkou po vysoké grafice a dobrém rozlišení obrazu roste také poptávka po výkonnějších GPU. Díky dostupnosti výkonného GPU lze dosáhnout mnohem více v oblasti technologií s vysokým zpracováním, jako je strojové učení a hluboké učení. GPU také zrychlil obrovský boom v herním průmyslu. Bylo spuštěno mnoho vysoce grafických her, které plně využívají sílu GPU. Jaký typ GPU lze k notebookům připojit externě?
Časté dotazy
1). Je GPU grafická karta?
Grafická karta přítomná na výpočetním zařízení je celou hardwarovou součástí. Zatímco GPU je čip přítomný na grafické kartě.
2). Co je rychlejší CPU nebo GPU?
Dnes je GPU ve srovnání s tradičním CPU k dispozici s většími paměťovými jednotkami, větším výpočetním výkonem a větší šířkou pásma paměti. Zjistilo se tedy, že GPU je asi 50 až 100krát rychlejší než CPU.
3). Kolik jader má GPU?
GPU provádí paralelní výpočty. Má stovky menších jader spolupracujících. Tento masivní paralelní výpočet dává GPU vynikající výpočetní výkon.
4). Je RTX nebo GTX lepší?
Ve srovnání s GTX 1080 Ti má RTX 2080 novější technologii a nabízí lepší a rychlejší výkon. RTX má nižší náklady ve srovnání s GTX.
5). Může GPU nahradit CPU?
GPU je rychlejší než CPU. Provádějí úkol velmi rychle tím, že plní mnoho úkolů najednou. Může však provádět pouze určitou operaci s vyšší frekvencí a všechny ostatní spouštění, jako je řízení přerušení, ukládání dat provádí CPU. Ne, GPU nemůže nahradit CPU.
