V računalniških napravah imamo procesorsko enoto, ki obdeluje podatke. Ta enota je znana kot centralna procesna enota. Glavne naloge te enote vključujejo kodiranje in dekodiranje podatkov, shranjevanje podatkov, obdelavo in zbiranje podatkov, izvajanje podatkov itd. CPU določa hitrost obdelave ali dela naprave. Pri delu z veliko količino podatkov je potreben večji pomnilnik. Danes s povečanjem števila tehnik obdelave slik uživamo v slikah visoke ločljivosti, jasni grafiki itd. Matematični postopki, potrebni za te tehnike, so zelo veliki in zahtevajo enoto hitrejše obdelave. Da bi to premagali, je v središču pozornosti grafična procesna enota (GPU).
Kaj je enota za grafično obdelavo?
Procesorske enote se uporabljajo za izračune v računalniški napravi. S pojavom tehnoloških konceptov, kot so 3D-posnetki, pretakanje video posnetkov visoke ločljivosti, grafika itd. Za izvajanje teh konceptov na strojni napravi je treba velike in zapletene matematične operacije izvajati z večjo hitrostjo.
Centralna procesna enota, čeprav ima visoko frekvenco, ne more učinkovito obdelovati izračunov v tako velikem obsegu. Tako je bila uvedena namenska procesna enota za izvajanje večjih izračunov z visoko frekvenco. Ta procesna enota se je imenovala grafična procesna enota. GPU je specializirana elektronska naprava, ki se uporablja predvsem za izračune na podlagi računalniške grafike in obdelave slik. Ti so bodisi vdelani v SoC skupaj z mikroprocesorjem ali glavnim procesorjem ali na voljo kot samostojni čipi z namenskimi pomnilniškimi enotami.
Računske funkcije
Za izračune, povezane z računalniško grafiko 3D, GPU uporablja tranzistorje, ki so prisotni v njegovi zasnovi. Izračuni okoli 3D grafike vključujejo geometrijske operacije, kot so vrtenje in prevajanje oglišč v različne koordinatne sisteme, preslikava tekstur in upodabljanje poligonov. Številne nedavne funkcije GPU vključujejo tudi funkcije CPU, tehnike prekomernega vzorčenja in interpolacije za zmanjšanje vzdevkov.
Danes se je uporaba GPU izjemno povečala s povečanjem tehnologij globokega učenja in strojnega učenja. Za usposabljanje modela globokega učenja je treba opraviti večje število zapletenih izračunov. Uporaba GPU je olajšala usposabljanje modelov strojnega učenja.
Ugotovljeno je, da so grafične procesne enote 250-krat hitrejše od CPU. Pri pospešenem dekodiranju videoposnetka z GPU-jem GPU izvede dele postopka dekodiranja in naknadne obdelave videoposnetkov. V ta namen se pogosto uporabljajo API-ji DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Tu je DxVA namenjen operacijskemu sistemu z operacijskim sistemom Windows, preostali del pa je namenjen operacijskim sistemom, ki temeljijo na Linuxu in Unixu. XvMC lahko dekodira samo videoposnetke, kodirane z MPEG-1 in MPEG-2.
Procesi video dekodiranja, ki jih lahko izvaja GPU, so naslednji -
- Kompenzacija gibanja
- Inverzna diskretna transformacija kosinusa
- Inverzno spremenjena diskretna kosinusna transformacija.
- Filter za deblokiranje v zanki
- Napovedovanje znotraj okvira
- Inverzna kvantizacija
- Dekodiranje s spremenljivo dolžino
- Prostorsko-časovno prepletanje
- Samodejno zaznavanje vira prepletanja
- Obdelava bitnega toka
- Odlično pozicioniranje slikovnih pik
Arhitektura grafične procesne enote
GPU se običajno uporablja kot soprocesor skupaj s CPU. S tem lahko CPU izvaja splošne znanstvene in inženirske računalnike z višjo frekvenco. Tu se zamuden in računsko zahteven del kode premakne na GPU, preostala koda pa še vedno deluje na CPU. GPU izvaja vzporedno obdelavo kode in s tem povečuje zmogljivost sistema. Ta vrsta računalništva je znana kot hibridno računalništvo.
Arhitektura grafične procesne enote
Za razliko od CPU, ki vsebuje dve do osem CPU jeder, je GPU sestavljen iz stotine manjših jeder. Vsa ta jedra delujejo skupaj v vzporedni obdelavi. Za učinkovito uporabo funkcij arhitekture vzporednega računalništva GPU so razvijalci aplikacij pri NVIDIA zasnovali vzporedni model programiranja, imenovan 'CUDA'.
Arhitektura GPU se razlikuje glede na svoj model. Splošno arhitekturo GPU sestavljajo več procesorskih grozdov. Te gruče vsebujejo več pretočnih večprocesorjev. Tukaj je vsak od pretakanja večprocesorji vsebuje plast predpomnilnika ukazov plast-1 skupaj s pripadajočimi jedri.
Obrazci GPU
Glede na njihovo funkcionalnost in metode obdelave so na trgu na voljo različne oblike grafičnih procesorjev. V osebnih računalnikih obstajata dve glavni obliki GPU - namenska grafična kartica, integrirana grafika. Namenska grafična kartica je znana tudi pod imenom Discrete GPU. Integrirana grafika je znana tudi kot Unified memory architecture, skupne grafične rešitve.
Večina grafičnih procesorjev je zasnovanih glede na njihovo uporabo, na primer za obdelavo 3D grafike, igranje ipd. GeForceGTX je posebej zasnovan za igre na srečo, Nvidia Titan je zasnovan za računalništvo v oblaku, Nvidia Quadro je zasnovan za delovne postaje in 3D animacije, Nvidia Tesla pa za oblak usposabljanje za delovne postaje in umetno inteligenco, Nvidia Drive PX, namenjen avtomatiziranemu avtomobilu itd.
Namenska grafična kartica
Sistemi z namenskim grafičnim procesorjem so znani kot 'DIS sistemi'. Tu se namensko sklicuje na dejstvo, da imajo ti GPU čipi namenski namen Oven uporablja izključno kartica. Ti so običajno povezani z matično ploščo z uporabo razširitvenih rež, kot sta PCI Express ali Accelerated Graphics Port. Te čipe je enostavno zamenjati ali nadgraditi. Zaradi omejitev velikosti in teže so namenski GPU na prenosnih računalnikih povezani prek nestandardne reže.
Integrirana enota za obdelavo grafike
Ta vrsta GPU nima namenske enote RAM. Namesto tega za svoje delovanje uporablja del računalniškega pomnilnika. Ta grafični procesor se lahko vgradi v matično ploščo bodisi kot del njegovega nabora čipov bodisi zgrajen na isti matrici s CPU. Ti imajo manj zmogljivosti kot namenska grafična kartica, vendar so cenejši za uporabo. Primeri tega grafičnega procesorja sta Intel HD Graphics in AMD Accelerated Process Unit.
Obdelava hibridne grafike
Funkcionalnost tega grafičnega procesorja je med namensko grafično kartico in integrirano grafično kartico. Ta uporablja del sistemskega pomnilnika in ima tudi majhen namenski predpomnilnik. Ta namenski predpomnilnik nadomešča visoko zakasnitev RAM-a. Hiperpomnilnik ATI in Nvidia TurboCache sta pogosto uporabljeni enoti za obdelavo hibridne grafike.
Stream Processing in General Processing GPU
Ti se popularno imenujejo GPGPU. Enota za grafično obdelavo splošnega namena se običajno uporablja kot spremenjeni procesor toka za izvajanje računalniških jeder. Z uporabo tega koncepta se kot splošna računalniška moč uporablja ogromna računska moč senčnika sodobnega grafičnega pospeševalnika. Za množične vektorske operacije ta metoda daje večjo zmogljivost kot preprost CPU.
Zunanji GPU
Podobno kot velik zunanji trdi disk je tudi ta grafična procesna enota prisotna na zunanji strani računalniške enote. Ti so tudi zunanje povezani s prenosnimi računalniki. Prenosniki imajo običajno veliko RAM-a in dovolj zmogljiv CPU. Namesto zmogljivega grafičnega procesorja so prenosniki vgrajeni z manj zmogljivim, a energetsko učinkovitejšim vgrajenim grafičnim čipom. Te niso dovolj zmogljive za izvajanje grafike v igrah in ne podpirajo iger z višjo grafiko. Torej, ta zunanji grafični procesor se uporablja za prenosnike za večje zmogljivosti.
Z naraščajočim povpraševanjem po visoki grafiki in dobri ločljivosti slike se povečuje tudi povpraševanje po zmogljivejših grafičnih procesorjih. Z razpoložljivostjo zmogljivega grafičnega procesorja lahko dosežemo veliko več na področju visokoprocesorskih tehnologij, kot sta strojno učenje in globoko učenje. GPU je pospešil tudi izjemen razcvet v igralniški industriji. Uvedenih je bilo veliko grafičnih iger, ki v celoti izkoriščajo moč GPU. Katero vrsto grafičnega procesorja je mogoče zunanje pritrditi na prenosnike?
Pogosta vprašanja
1). Je GPU grafična kartica?
Grafična kartica, ki je prisotna na računalniški napravi, je celoten del strojne opreme. Medtem ko je GPU čip, ki je prisoten na grafični kartici.
2). Kaj je hitrejši CPU ali GPU?
Danes je GPU na voljo z večjimi pomnilniškimi enotami, večjo procesorsko močjo in večjo pasovno širino pomnilnika v primerjavi s tradicionalnim CPU. Ugotovljeno je, da je GPU približno 50 do 100-krat hitrejši od CPU.
3). Koliko jeder ima GPU?
GPU opravlja vzporedno računalništvo. Ima na stotine manjših jeder, ki delujejo skupaj. To masivno vzporedno računalništvo daje GPU svojo vrhunsko računalniško moč.
4). Je RTX ali GTX boljši?
V primerjavi z GTX 1080 Ti ima RTX 2080 novejšo tehnologijo in nudi boljše in hitrejše delovanje. RTX je cenejši v primerjavi z GTX.
5). Ali lahko GPU nadomesti CPU?
GPU je hitrejši od CPU. Nalogo opravijo zelo hitro, tako da hkrati opravijo več nalog. Lahko pa izvaja le nekatere višje frekvence in vse druge izvedbe, kot je upravljanje prekinitev, shranjevanje podatkov izvaja CPU. Ne, GPU ne more nadomestiti CPU.
