Arvutusseadmetes on meil andmetöötlusüksus. Seda seadet nimetatakse keskprotsessoriks. Selle üksuse põhiülesanded on andmete kodeerimine ja dekodeerimine, andmete salvestamine, andmete töötlemine ja koostamine, andmete käivitamine jne. Protsessor määrab seadme töötlemise või töötamise kiiruse. Suure andmemahuga töötamisel on vaja suuremat mälumahtu. Tänapäeval on pilditöötlustehnikate suurenemisega seotud kõrglahutusega pildid, selge graafika jms. Nende tehnikate jaoks vajalik matemaatiline operatsioon on väga suur ja nõuab kiirema töötlemise seadet. Sellest ülesaamiseks sattus graafilise töötlemise üksus (GPU) tähelepanu keskpunkti.
Mis on graafilise töötlemise üksus?
Arvutusseadmes arvutuste tegemiseks kasutatakse protsessoreid. Selliste tehnoloogiakontseptsioonide nagu 3D-kujutised tulekuga tutvustatakse kõrglahutusega video voogesitust, graafikat jne. Nende kontseptsioonide rakendamiseks riistvaraseadmel tuleb läbi viia suured ja keerukamad matemaatilised toimingud ning suurema kiirusega.
Ehkki keskprotsessor on kõrge sagedusega, ei suuda nii suures ulatuses arvutusi tõhusalt töödelda. Niisiis võeti kasutusele spetsiaalne protsessor suuremate arvutuste tegemiseks kõrgsagedusega. Seda töötlusüksust nimetati graafilise töötlemise üksuseks. GPU on spetsiaalne elektrooniline seade, mida kasutatakse peamiselt arvutigraafikal ja pilditöötlusel põhinevateks arvutusteks. Need on kas manustatud SoC koos mikroprotsessori või põhiprotsessoriga või saadaval eraldi mälumoodulitega kiipidena.
Arvutusfunktsioonid
3D arvutigraafikaga seotud arvutuste jaoks kasutab GPU oma disainis olevaid transistore. 3D-graafika ümber tehtud arvutused hõlmavad geomeetrilisi toiminguid, nagu tippude pööramine ja tõlkimine erinevatesse koordinaatsüsteemidesse, tekstuuri kaardistamine ja hulknurkade renderdamine. Paljud hiljutised GPU funktsioonid hõlmavad ka protsessori funktsionaalsust, ülevalimis- ja interpoleerimistehnikaid aliasimise vähendamiseks.
Täna on graafikaprotsessorite kasutamine tohutult suurenenud koos süvaõppe ja masinõppe tehnoloogiate kasvuga. Sügava õppimise mudeli koolitamiseks tuleb teha suurem arv keerukaid arvutusi. GPU kasutamine on teinud masinõppemudelite koolituse lihtsamaks ülesandeks.
Leitakse, et graafilised protsessorid on protsessorist 250 korda kiiremad. GPU kiirendatud video dekodeerimisel teostab GPU video dekodeerimise ja video järeltöötluse osad. Sel eesmärgil on tavaliselt kasutatavad API-d DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Siin on DxVA Windowsi põhise operatsioonisüsteemi jaoks ja ülejäänud Linuxi ja Unixi sarnaste operatsioonisüsteemide jaoks. XvMC saab dekodeerida ainult MPEG-1 ja MPEG-2 kodeeritud videoid.
Video dekodeerimise protsessid, mida GPU saab läbi viia, on järgmised-
- Liikumise kompenseerimine
- Pöörddiskreetne koosinus teisendus
- Pöörd modifitseeritud diskreetne koosinus teisendus.
- Silmusesisene blokeerimisfilter
- Kaadrisisene ennustus
- Pöördkvantimine
- Muutuva pikkusega dekodeerimine
- Ruumiline-ajaline põimimine
- Automaatne põimimisallika tuvastamine
- Bitivoo töötlemine
- Täiuslik pikslite positsioneerimine
Graafilise töötlemise üksuse arhitektuur
GPU-d kasutatakse tavaliselt ka protsessorina koos protsessoriga. Selle abil saab keskseade üldkasutatavaid teadus- ja insenertehnilisi arvutusi teostada suurema sagedusega. Siin viiakse koodi aeganõudev ja arvutusmahukas osa GPU-le, samas kui ülejäänud kood töötab endiselt protsessoril. GPU töötleb koodi paralleelselt, parandades seeläbi süsteemi jõudlust. Seda tüüpi arvutusi tuntakse hübriidarvutitena.
Graafilise töötlemise üksuse arhitektuur
Erinevalt kahe kuni kaheksa protsessori südamikku sisaldavast protsessorist koosneb GPU sadadest väiksematest tuumadest. Kõik need südamikud töötavad koos paralleelsel töötlemisel. GPU paralleelarvutusarhitektuuri funktsioonide tõhusaks kasutamiseks on NVIDIA rakenduste arendajad välja töötanud paralleelse programmeerimismudeli nimega ‘CUDA’.
GPU arhitektuur erineb selle mudeli järgi. GPU üldine arhitektuur koosneb mitmest töötlusklastrist. Need klastrid sisaldavad mitut voogesituse multiprotsessorit. Siin iga voogesitus multiprotsessorid sisaldab kiht-1 käskude vahemälu koos sellega seotud tuumadega.
GPU vormid
Nende funktsionaalsuse ja töötlemismeetodite põhjal on turul saadaval erinevad GPU vormid. GPUini personaalarvutitel on kaks peamist vormi - spetsiaalne graafikakaart, integreeritud graafika. Spetsiaalne graafikakaart on tuntud ka kui diskreetne GPU. Integreeritud graafikat tuntakse ka kui ühendatud mäluarhitektuuri, jagatud graafika lahendusi.
Enamik graafikaprotsessoritest on loodud nende rakendusi arvestades, näiteks 3D-graafika töötlemiseks, mängimiseks jne. tööjaama ja tehisintellekti koolitus, automatiseeritud autole mõeldud Nvidia Drive PX jne.
Pühendatud graafikakaart
Spetsiaalse GPU-ga süsteeme nimetatakse DIS-süsteemideks. Siin viitab pühendatud asjaolule, et neil GPU kiipidel on spetsiaalne RAM mida kasutab ainult kaart. Need on tavaliselt emaplaadiga liidestatud, kasutades laienduspesasid, näiteks PCI Express või Accelerated Graphics Port. Need kiibid on hõlpsasti asendatavad või täiendatavad. Suuruse ja kaalu piirangute tõttu on kaasaskantavate arvutite spetsiaalne GPU liidestatud mittestandardse pesa kaudu.
Integreeritud graafika töötlemise üksus
Seda tüüpi GPU-del pole spetsiaalset RAM-i. Selle asemel kasutab ta oma tööks osa arvutimälust. Selle GPU saab emaplaadile integreerida kas kiibistiku osana või ehitada samale protsessoriga. Nende maht on väiksem kui spetsiaalsel graafikakaardil, kuid nende rakendamine on vähem kulukas. Selle GPU näited on Intel HD Graphics ja kiirendatud AMD-protsessor.
Hübriidgraafika töötlemine
Selle GPU funktsionaalsus asub spetsiaalse graafikakaardi ja integreeritud graafikakaardi vahel. See kasutab osa süsteemimälust ja sellel on ka väike spetsiaalne mälumälu. See spetsiaalne vahemälu korvab RAM-i suure latentsuse. ATI hüpermälu ja Nvidia TurboCache on tavaliselt kasutatavad hübriidgraafika töötlemise üksused.
Voo töötlemine ja üldprotsessorite GPU-d
Neid nimetatakse rahva seas GPGPU-deks. Arvutituumade käitamiseks muudetud voogprotsessorina kasutatakse tavaliselt üldotstarbelist graafikaprotsessorit. Selle kontseptsiooni kasutamisel kasutatakse tänapäevase graafikakiirendi varjutaja massiivset arvutusvõimsust üldotstarbelise arvutusvõimena. Massiivsete vektoroperatsioonide jaoks annab see meetod suurema jõudluse kui lihtne protsessor.
Väline GPU
Sarnaselt suurele välisele kõvakettale on see graafiline töötlusseade olemas ka arvuti üksuse välisküljel. Need on ka väliselt ühendatud sülearvutitega. Sülearvutitel on tavaliselt korralik RAM ja piisavalt võimas protsessor. Võimas graafikaprotsessori asemel on sülearvutid sisse ehitatud vähem võimsa, kuid energiasäästlikuma rongisisese graafikakiibiga. Need ei ole mängugraafika esitamiseks piisavalt võimsad ega toeta kõrgema graafikaga mänge. Niisiis, seda välist GPU-d kasutatakse kõrgemate jõudluste jaoks koos sülearvutitega.
Suureneva nõudlusega kõrge graafika ja hea eraldusvõime järele kasvab ka nõudlus võimsamate graafikaprotsessorite järele. Võimsa graafikaprotsessori olemasolul on palju rohkem võimalik saavutada selliste kõrgtehnoloogiliste tehnoloogiate valdkonnas nagu masinõpe ja süvaõpe. GPU on kiirendanud ka tohutut buumit mängutööstuses. Käivitatud on palju kõrge graafikaga mänge, mis kasutavad täielikult ära GPU võimsust. Millist tüüpi graafikaprotsessorit saab sülearvutite väliselt kinnitada?
KKK
1). Kas GPU on graafikakaart?
Arvutiseadmes olev graafikakaart on terve riistvaraosa. GPU on graafikakaardil olev kiip.
2). Milline on kiirem protsessor või GPU?
Täna on GPU saadaval suuremate mäluüksuste, suurema töötlemisvõimsuse ja suurema mälu ribalaiusega võrreldes traditsioonilise protsessoriga. Niisiis leitakse, et GPU on protsessorist umbes 50–100 korda kiirem.
3). Mitu südamikku on GPU-l?
GPU teeb paralleelset arvutust. Sellel töötab koos sadu väiksemaid südamikke. See tohutu paralleelarvutus annab GPU-le selle suurepärase arvutusvõime.
4). Kas RTX või GTX on parem?
Võrreldes GTX 1080 Ti-ga on RTX 2080-l uuem tehnoloogia ning see pakub paremat ja kiiremat jõudlust. RTX on võrreldes GTX-iga madalama hinnaga.
5). Kas GPU saab protsessorit asendada?
GPU on kiirem kui protsessor. Nad täidavad ülesannet väga kiiresti, sooritades korraga palju ülesandeid. Kuid see võib teha ainult teatud kõrgema sagedusega toiminguid ja kõiki muid hukkamisi, näiteks katkestuste haldamine, andmete salvestamine toimub protsessori abil. Ei, GPU ei saa protsessorit asendada.
