В вычислительных устройствах у нас есть процессор, который обрабатывает данные. Этот блок известен как центральный процессор. К основным задачам этого блока относятся кодирование и декодирование данных, хранение данных, обработка и компиляция данных, выполнение данных и т. Д. Частота ЦПУ определяет скорость обработки или работы устройства. При работе с большим объемом данных требуется больший объем памяти. Сегодня, с расширением технологий обработки изображений, мы наслаждаемся изображениями высокой четкости, четкой графикой и т. Д. Математические операции, необходимые для этих методов, очень огромны и требуют ускоренного процессора. Чтобы преодолеть это, в центре внимания оказался графический процессор (GPU).
Что такое графический процессор?
Блоки обработки используются для выполнения вычислений в вычислительном устройстве. С появлением таких технологических концепций, как 3D-изображения, потоковое видео высокой четкости, графика и т. Д. Были представлены. Чтобы реализовать эти концепции на аппаратном устройстве, необходимо выполнять большие и сложные математические операции с большей скоростью.
Центральный процессор, хотя и имеет высокую частоту, не может эффективно обрабатывать вычисления такого большого размера. Таким образом, был введен специальный процессор для выполнения больших вычислений с высокой частотой. Этот блок обработки был назван блоком графической обработки. GPU - это специализированное электронное устройство, используемое в основном для вычислений на основе компьютерной графики и обработки изображений. Они либо встроены в SoC вместе с микропроцессором или основным процессором или доступны как автономные микросхемы с выделенными блоками памяти.
Вычислительные функции
Для расчетов, связанных с компьютерной 3D-графикой, GPU использует транзисторы, присутствующие в его конструкции. Вычисления вокруг 3D-графики включают геометрические операции, такие как поворот и перевод вершин в разные системы координат, наложение текстуры и рендеринг полигонов. Многие последние функции графического процессора также включают в себя функции центрального процессора, методы передискретизации и интерполяции для уменьшения наложения спектров.
Сегодня наблюдается огромный рост использования графических процессоров с развитием технологий глубокого обучения и машинного обучения. Для обучения модели глубокого обучения необходимо выполнить большее количество сложных вычислений. Использование графического процессора облегчило задачу обучения моделей машинного обучения.
Установлено, что графические процессоры в 250 раз быстрее ЦП. При декодировании видео с ускорением с помощью графического процессора графический процессор выполняет части процесса декодирования видео и постобработку видео. Обычно для этой цели используются API DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. Здесь DxVA предназначен для операционной системы на базе Windows, а остальные - для операционных систем на основе Linux и Unix. XvMC может декодировать только видео, закодированные в MPEG-1 и MPEG-2.
Процессы декодирования видео, которые может выполнять графический процессор, следующие:
- Компенсация движения
- Обратное дискретное косинусное преобразование
- Обратное модифицированное дискретное косинусное преобразование.
- Петлевой фильтр удаления блочности
- Внутрикадровое предсказание
- Обратное квантование
- Декодирование переменной длины
- Пространственно-временной деинтерлейсинг
- Автоматическое обнаружение источника чересстрочной развертки
- Обработка битового потока
- Идеальное расположение пикселей
Архитектура графического процессора
GPU обычно используется как сопроцессор вместе с CPU. Благодаря этому ЦП может выполнять научные и инженерные вычисления общего назначения с более высокой частотой. Здесь трудоемкая и требовательная к вычислениям часть кода перемещается на GPU, тогда как оставшийся код по-прежнему работает на CPU. GPU выполняет параллельную обработку кода, тем самым повышая производительность системы. Этот тип вычислений известен как гибридные вычисления.
Архитектура графического процессора
В отличие от ЦП, который содержит от двух до восьми ядер ЦП, графический процессор состоит из сотен меньших ядер. Все эти ядра работают вместе при параллельной обработке. Чтобы эффективно использовать функции архитектуры параллельных вычислений графического процессора, разработчики приложений в NVIDIA разработали модель параллельного программирования под названием «CUDA».
Архитектура GPU различается в зависимости от модели. Общая архитектура графического процессора состоит из кластеров с множественной обработкой. Эти кластеры содержат несколько потоковых мультипроцессоров. Здесь каждый из потоковых мультипроцессоры содержит слой кэша инструкций уровня 1 вместе с соответствующими ядрами.
Формы GPU
В зависимости от их функций и методов обработки на рынке доступны различные формы графических процессоров. В персональных компьютерах есть две основные формы графических процессоров - выделенная видеокарта и встроенная графика. Выделенная видеокарта также известна как дискретный графический процессор. Интегрированная графика также известна как архитектура единой памяти, общие графические решения.
Большинство графических процессоров разработаны с учетом их применения, например, для обработки трехмерной графики, игр и т. Д. GeForceGTX специально разработан для игр, Nvidia Titan разработан для облачных вычислений, Nvidia Quadro разработан для рабочих станций и 3D-анимации, Nvidia Tesla разработан для облака рабочая станция и обучение искусственному интеллекту, Nvidia Drive PX для автоматизированных автомобилей и т. д.
Выделенная видеокарта
Системы с выделенным графическим процессором известны как «системы DIS». Здесь выделенный относится к тому факту, что эти чипы графического процессора имеют выделенный баран используется исключительно картой. Обычно они подключаются к материнской плате с помощью слотов расширения, таких как PCI Express или Accelerated Graphics Port. Эти микросхемы легко заменяются или модернизируются. Из-за ограничений по размеру и весу выделенный графический процессор портативных компьютеров подключается через нестандартный слот.
Встроенный графический процессор
Этот тип графического процессора не имеет выделенного блока оперативной памяти. Вместо этого он использует для своей работы часть памяти компьютера. Этот графический процессор может быть интегрирован в материнскую плату как часть набора микросхем или построен на одном кристалле с процессором. У них меньшая емкость, чем у выделенной видеокарты, но их реализация дешевле. Intel HD Graphics и AMD Accelerated Processing Unit являются примерами этого графического процессора.
Гибридная обработка графики
Функциональность этого графического процессора находится между выделенной видеокартой и встроенной видеокартой. Это использует часть системной памяти, а также имеет небольшой выделенный кеш памяти. Этот выделенный кеш компенсирует высокую задержку ОЗУ. Гиперпамять ATI и TurboCache от Nvidia - это обычно используемые блоки гибридной графики.
GPU для потоковой обработки и общей обработки
Их обычно называют GPGPU. Универсальный графический процессор обычно используется в качестве модифицированного потокового процессора для работы компьютерных ядер. Используя эту концепцию, огромная вычислительная мощность шейдера современного графического ускорителя используется в качестве вычислительной мощности общего назначения. Для массовых векторных операций этот метод дает более высокую производительность, чем простой ЦП.
Внешний GPU
Подобно большому внешнему жесткому диску, этот графический процессор также находится снаружи компьютера. Они также имеют внешнее соединение с портативными компьютерами. Ноутбуки обычно имеют хороший объем оперативной памяти и достаточно мощный процессор. Вместо мощного графического процессора в ноутбуки встроен менее мощный, но более энергоэффективный графический чип. Они недостаточно мощны для работы с игровой графикой и не поддерживают игры с более высокой графикой. Таким образом, этот внешний графический процессор используется с ноутбуками для повышения производительности.
С увеличением спроса на графику с высоким качеством изображения и хорошее разрешение изображений возрастает и потребность в более мощных графических процессорах. Благодаря наличию мощного графического процессора можно достичь гораздо большего в области технологий высокой обработки, таких как машинное обучение и глубокое обучение. GPU также ускорили огромный бум в игровой индустрии. Было выпущено множество игр с высокой графикой, которые полностью используют мощность графического процессора. Какой тип графического процессора можно подключить к ноутбукам извне?
FAQs
1). Является ли графический процессор графической картой?
Графическая карта, присутствующая в вычислительном устройстве, представляет собой целую аппаратную часть. В то время как графический процессор - это чип, присутствующий на графической карте.
2). Какой процессор или графический процессор быстрее?
Сегодня доступны графические процессоры с более крупными модулями памяти, большей вычислительной мощностью и большей пропускной способностью памяти по сравнению с традиционными процессорами. Итак, GPU оказывается примерно в 50-100 раз быстрее, чем CPU.
3). Сколько ядер у графического процессора?
GPU выполняет параллельные вычисления. Он состоит из сотен меньших ядер, работающих вместе. Эти массивные параллельные вычисления дают графическому процессору превосходную вычислительную мощность.
4). RTX или GTX лучше?
По сравнению с GTX 1080 Ti, RTX 2080 имеет более новую технологию и предлагает лучшую и более высокую производительность. RTX дешевле по сравнению с GTX.
5). Может ли графический процессор заменить процессор?
Графический процессор быстрее процессора. Они выполняют задачу очень быстро, выполняя множество задач одновременно. Но он может выполнять только определенные операции с более высокой частотой, а все другие действия, такие как управление прерываниями и хранение данных, выполняются ЦП. Нет, графический процессор не может заменить процессор.
