Vo výpočtových zariadeniach máme procesorovú jednotku, ktorá údaje spracováva. Táto jednotka je známa ako centrálna procesorová jednotka. Medzi hlavné úlohy tejto jednotky patrí kódovanie a dekódovanie údajov, ukladanie údajov, spracovanie a zostavovanie údajov, vykonávanie dát atď. Frekvencia CPU určuje rýchlosť spracovania alebo práce zariadenia. Ak pracujete na veľkom množstve dát, potrebujete väčšie úložisko pamäte. Dnes s pribúdajúcimi technikami spracovania obrazu si užívame obrázky vo vysokom rozlíšení, čistú grafiku atď. Matematické operácie vyžadované pre tieto techniky sú veľmi obrovské a vyžadujú si rýchlejšiu jednotku spracovania. Aby sa to prekonalo, dostala sa do centra pozornosti grafická procesorová jednotka (GPU).
Čo je jednotka grafického spracovania?
Procesné jednotky sa používajú na vykonávanie výpočtov vo výpočtovom zariadení. S nástupom technologických konceptov, ako sú 3D snímky, streamovanie videa vo vysokom rozlíšení, grafika atď. Na implementáciu týchto konceptov do hardvérového zariadenia je potrebné vykonať veľké a zložité matematické operácie a rýchlejšie.
Centrálna procesorová jednotka, hoci má vysokú frekvenciu, nedokáže efektívne spracovať výpočty v takom veľkom rozsahu. Bola teda zavedená jednoúčelová procesorová jednotka na vykonávanie väčších výpočtov s vysokou frekvenciou. Táto procesorová jednotka sa nazývala Grafická procesorová jednotka. GPU je špecializované elektronické zariadenie používané hlavne na výpočty založené na počítačovej grafike a spracovaní obrazu. Tieto sú buď vložené do súboru SoC spolu s mikroprocesorom alebo hlavným procesorom alebo sú k dispozícii ako samostatné čipy s vyhradenými pamäťovými jednotkami.
Výpočtové funkcie
Na výpočty súvisiace s počítačovou 3D grafikou používa GPU vo svojom dizajne tranzistory. Výpočty okolo 3D grafiky zahŕňajú geometrické operácie, ako sú rotácia a preklad vrcholov do rôznych súradnicových systémov, mapovanie textúr a vykreslenie polygónov. Mnoho nedávnych funkcií GPU zahŕňa aj funkčnosť CPU, techniky prevzorkovania a interpolácie na zníženie aliasingu.
Dnes došlo k obrovskému nárastu používania GPU s nárastom technológií hlbokého učenia a strojového učenia. Ak chcete trénovať model hlbokého učenia, je potrebné vykonať väčšie množstvo zložitých výpočtov. Využitie GPU uľahčilo školenie modelov strojového učenia.
Zistilo sa, že grafické jednotky sú 250-krát rýchlejšie ako CPU. Pri dekódovaní videa urýchlenom GPU vykonáva GPU časti procesu dekódovania videa a následného spracovania videa. Bežne používané API na tento účel sú DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Tu je DxVA určený pre operačný systém Windows a zvyšné sú určené pre operačné systémy Linux a Unix. XvMC dokáže dekódovať iba videá kódované vo formátoch MPEG-1 a MPEG-2.
Procesy dekódovania videa, ktoré je možné vykonať pomocou GPU, sú nasledujúce -
- Kompenzácia pohybu
- Inverzná diskrétna kosínusová transformácia
- Inverzne modifikovaná diskrétna kosínusová transformácia.
- In-loop deblocking filter
- Predikcia v rámci
- Inverzná kvantizácia
- Dekódovanie s premennou dĺžkou
- Priestorovo-časové prekladanie
- Automatická detekcia prekladaného zdroja
- Spracovanie bitového toku
- Perfektné umiestnenie pixelov
Architektúra jednotky grafického spracovania
GPU sa zvyčajne používa ako koprocesor spolu s CPU. CPU tak môže vykonávať univerzálne vedecké a technické výpočty s vyššou frekvenciou. Tu sa časovo náročná a výpočtovo náročná časť kódu presunie na GPU, zatiaľ čo zvyšný kód stále funguje na CPU. GPU vykonáva paralelné spracovanie kódu, čím zvyšuje výkon systému. Tento typ výpočtov je známy ako hybridné výpočty.
Architektúra jednotky grafického spracovania
Na rozdiel od procesora, ktorý obsahuje dve až osem jadier procesora, GPU je tvorený stovkami menších jadier. Všetky tieto jadrá spolupracujú pri paralelnom spracovaní. Pre efektívne využitie funkcií architektúry paralelného výpočtu GPU vyvinuli vývojári aplikácií v NVIDIA model paralelného programovania s názvom „CUDA“.
Architektúra GPU sa líši podľa jeho modelu. Všeobecná architektúra GPU pozostáva z viacerých klastrov spracovania. Tieto klastre obsahujú viac streamovacích multiprocesorov. Tu je každý zo streamov multiprocesory obsahuje vrstvu vyrovnávacej pamäte inštrukcií vrstvy 1 spolu s pridruženými jadrami.
Formuláre GPU
Na základe ich funkčnosti a metód spracovania sú na trhu dostupné rôzne formy GPU. Existujú dve hlavné formy osobných počítačov GPUin - vyhradená grafická karta, integrovaná grafika. Špeciálna grafická karta je tiež známa ako Diskrétne GPU. Integrovaná grafika je tiež známa ako architektúra zjednotenej pamäte, zdieľané grafické riešenia.
Väčšina GPU je navrhnutá s ohľadom na ich aplikácie, ako napríklad na 3D grafické spracovanie, hranie hier atď. GeForceGTX je špeciálne navrhnutá pre hranie hier, Nvidia Titan je určená pre cloud computing, Nvidia Quadro je určená pre pracovnú stanicu a 3D animácie, Nvidia Tesla je určená pre cloud školenie pracovných staníc a umelej inteligencie, Nvidia Drive PX určené pre automatizovaný automobil atď.
Vyhradená grafická karta
Systémy s vyhradeným GPU sú známe ako „DIS Systems“. Tu sa vyhradený odkazuje na skutočnosť, že tieto GPU čipy majú vyhradený RAM používa sa výlučne na karte. Spravidla sú prepojené so základnou doskou pomocou rozširujúcich slotov, ako sú PCI Express alebo Accelerated Graphics Port. Tieto čipy sa dajú ľahko vymeniť alebo inovovať. Kvôli obmedzeniam veľkosti a hmotnosti sú vyhradené GPU na prenosných počítačoch prepojené cez neštandardný slot.
Integrovaná jednotka grafického spracovania
Tento typ GPU nemá vyhradenú jednotku RAM. Namiesto toho na svoju činnosť využíva časť pamäte počítača. Tento GPU môže byť integrovaný do základnej dosky buď ako súčasť jeho čipsetu, alebo zabudovaný do rovnakej matrice s CPU. Tieto majú menšiu kapacitu ako vyhradená grafická karta, ale implementácia je lacnejšia. Intel HD Graphics a AMD Accelerated processing Unit sú príkladmi tohto GPU.
Hybridné grafické spracovanie
Funkčnosť tohto GPU spočíva medzi vyhradenou grafickou kartou a integrovanou grafickou kartou. Toto využíva časť systémovej pamäte a má tiež malú vyhradenú pamäť cache. Táto vyhradená vyrovnávacia pamäť vyrovnáva vysokú latenciu pamäte RAM. Hyperpamäť ATI a TurboCache od Nvidie sú bežne používané jednotky hybridného grafického spracovania.
Streamujte spracovanie a všeobecné spracovanie GPU
Ľudovo sa nazývajú GPGPU. Univerzálna grafická procesorová jednotka sa bežne používa ako procesor s upraveným prúdom na vykonávanie počítačových jadier. Pri použití tohto konceptu sa ako univerzálny výpočtový výkon používa masívny výpočtový výkon shaderu moderného grafického akcelerátora. Pri masívnych vektorových operáciách poskytuje táto metóda vyšší výkon ako jednoduchý procesor.
Externý GPU
Podobne ako veľký externý pevný disk je aj táto grafická procesorová jednotka k dispozícii na vonkajšej strane počítačovej jednotky. Sú tiež externe pripojené k prenosným počítačom. Notebooky majú zvyčajne dobré množstvo pamäte RAM a dostatočne výkonný procesor. Namiesto výkonného grafického procesora sú v notebookoch zabudované menej výkonné, ale energeticky efektívnejšie integrované grafické čipy. Nie sú dostatočne výkonné na vykonávanie hernej grafiky a nepodporujú hry s vyššou grafikou. Tento externý grafický procesor sa teda používa s notebookmi na zvýšenie výkonu.
So zvyšujúcim sa dopytom po vysokej grafike a dobrom rozlíšení obrazu rastie aj dopyt po výkonnejších GPU. S dostupnosťou výkonného GPU možno v oblasti technológií na vysoké spracovanie, ako je strojové učenie a hlboké učenie, dosiahnuť oveľa viac. GPU tiež urýchlilo obrovský rozmach v hernom priemysle. Bolo spustených veľa vysoko grafických hier, ktoré plne využívajú výkon GPU. Aký typ GPU je možné k notebookom pripojiť externe?
Časté otázky
1). Je GPU grafická karta?
Grafická karta prítomná na výpočtovom zariadení je celou hardvérovou súčasťou. Zatiaľ čo GPU je čip prítomný na grafickej karte.
2). Čo je rýchlejší procesor alebo GPU?
Dnes je GPU v porovnaní s tradičným CPU k dispozícii s väčšími pamäťovými jednotkami, väčším procesorovým výkonom a väčšou šírkou pásma pamäte. Zistilo sa teda, že GPU je asi 50 až 100-krát rýchlejší ako procesor.
3). Koľko jadier má GPU?
GPU vykonáva paralelné výpočty. Má stovky menších jadier spolupracujúcich. Tento obrovský paralelný výpočet poskytuje GPU vynikajúci výpočtový výkon.
4). Je RTX alebo GTX lepší?
V porovnaní s GTX 1080 Ti má RTX 2080 novšiu technológiu a ponúka lepší a rýchlejší výkon. Cena RTX je v porovnaní s GTX nižšia.
5). Môže GPU nahradiť CPU?
GPU je rýchlejší ako procesor. Úlohu plnia veľmi rýchlo tým, že plnia veľa úloh súčasne. Môže však vykonávať iba určitú operáciu s vyššou frekvenciou a všetky ďalšie spustenia, ako napríklad správu prerušení, ukladanie údajov vykonáva procesor. Nie, GPU nemôže nahradiť CPU.
