مدت زمان مطالعه مقاله : ۱۵ دقیقه
پردازنده گرافیکی یا GPU، پردازنده ای می باشد که از هسته های کوچکتر و تخصصی زیادی تشکیل شده است. GPU، مسئول دستکاری و خروجی گرافیک می باشد. فناوری پردازش گرافیک برای ارائه مزایای بی نظیر در دنیای محاسبات تکامل یافته است. جدیدترین واحدهای GPU امکانات جدیدی را در بازی، ایجاد محتوا، یادگیری ماشین و موارد دیگر ایجاد می کنند. با کار کردن با یکدیگر، هنگامی که یک کار پردازشی را می توان در بسیاری از هسته ها تقسیم و پردازش کرد، هسته ها عملکرد گسترده ای دارند. GPU ها فقط برای بازی مناسب نیستند، آنها همچنین برای برنامه های تجاری نیز کاربرد دارند.
در این مقاله سعی بر این داریم تا توضیحاتی را در مورد پردازنده گرافیکی برای شما عزیزان بدهیم تا بتوانید با آن بیشتر آشنا شوید و کاربردهای آن را بدانید.
مقدمه
در دهه ۱۹۷۰ اصطلاح “GPU” به معنای واحد پردازنده گرافیکی بود و یک واحد پردازشی قابل برنامه ریزی را توصیف می کرد که به طور مستقل از پردازنده مرکزی کار می کند و مسئول دستکاری و خروجی گرافیک است. بعداً، در سال ۱۹۹۴، سونی از این اصطلاح (در حال حاضر برای واحد پردازش گرافیک استفاده می کند) با اشاره به GPU سونی کنسول PlayStation که در سال ۱۹۹۴ توسط توشیبا طراحی شده استفاده کرد. این اصطلاح توسط انویدیا در سال ۱۹۹۹ رایج شد، وی GeForce 256 را به عنوان “اولین GPU جهان” به بازار عرضه کرد. این به عنوان “پردازنده تک تراشه ای با موتورهای تبدیل، روشنایی، تنظیم / برش مثلث و موتورهای رندر یکپارچه” ارائه شده است. Rival ATI Technologies اصطلاح “واحد پردازش بصری” یا VPU را با عرضه Radeon 9700 در سال ۲۰۰۲ ابداع کرد.
پردازنده گرافیکی چیست؟
GPU پردازنده ای می باشد که از هسته های کوچکتر و تخصصی زیادی تشکیل شده است. به طور کلی می توان اینگونه بیان کرد که، واحد پردازش گرافیک (GPU) یک مدار الکترونیکی تخصصی است که برای دستکاری و تغییر سریع حافظه جهت تسریع در ایجاد تصاویر در یک بافر فریم در نظر گرفته شده می باشد که برای خروجی به یک دستگاه نمایشگر، طراحی شده است.
جالب است بدانید که GPU ها در سیستم های تعبیه شده، تلفن های همراه، رایانه های شخصی، ایستگاه های کاری و کنسول های بازی استفاده می شوند. GPU های مدرن در دستکاری گرافیک رایانه و پردازش تصویر بسیار کارآمد هستند. ساختار بسیار موازی آنها باعث کارآیی بیشتر آنها از واحدهای پردازش مرکزی (CPU) برای الگوریتم هایی می شود که بلاک های زیادی از داده ها را به طور موازی پردازش می کنند. در رایانه شخصی، این پردازنده می تواند بر روی کارت ویدیو قرار بگیرد یا روی مادربرد تعبیه شود. در پردازنده های خاص، آنها در قالب پردازنده تعبیه شده اند.
در واقع اگر بخواهیم یک واحد پردازش مرکزی (CPU) را به عنوان بخش تفکر منطقی مغز سیلیکون رایانه در نظر بگیریم، واحد پردازش گرافیک (GPU) جنبه خلاقانه آن می باشد که به ارائه رابط های کاربر گرافیکی به آیکون ها و طرح های جذاب بصری کمک می کند تا رم های خطوط سیاه و سفید. در حالی که بسیاری از پردازنده های مرکزی به نوعی از پردازنده گرافیکی یکپارچه برای اطمینان از نمایش ویندوز در یک صفحه متصل ارائه می شوند، تعداد بیشماری از کارهای مبتنی بر گرافیک فشرده تر، مانند ارائه ویدئو و طراحی با کمک رایانه (CAD) وجود دارد که اغلب به GPU اختصاصی یا محرمانه خصوصاً به شکل کارت گرافیک نیاز دارند.
وقتی صحبت از مورد دوم می شود، Nvidia و AMD دو شاخه اصلی در زمینه کارت گرافیک می باشند، در حالی که پردازنده های گرافیکی یکپارچه Iris Plus و UHD متعلق به اینتل تمایل دارند کارهای سبک وزن زیادی را در لپ تاپ های بدون گرافیک اختصاصی انجام دهند. در بخش موبایل، امثال کوالکام و مدیاتک پردازنده های گرافیکی سبک را برای دستگاه های دستی ارائه می دهند، هر چند که اغلب در طرح های سیستم روی تراشه (SoC) وجود دارد که GPU همان تراشه پردازنده و سایر چیپست های تلفن همراه اصلی می باشد. اجزاء.
بنابراین به راحتی می توانیم GPU را به عنوان چیزی که فقط افراد علاقه مند به انجام بازی های رایانه شخصی به آن علاقه دارند، در نظر گرفت، اما GPU چیزهای فراتر از کارهای گرافیکی را فراهم می کند.
پردازنده گرافیکی چه کاری انجام می دهد
واحد پردازش گرافیک یا GPU به یکی از مهمترین انواع فناوری محاسبات، چه برای محاسبات شخصی و چه برای محاسبات تجاری تبدیل شده است. GPU که برای پردازش موازی طراحی شده است، در طیف گسترده ای از برنامه ها از جمله گرافیک و ارائه ویدئو استفاده می شود. اگرچه آنها بیشتر به دلیل توانایی های خود در بازی شناخته شده اند، اما GPU ها برای استفاده در تولید خلاق و هوش مصنوعی (AI) محبوبیت بیشتری پیدا می کنند.
لازم بذکر است که GPU ها در ابتدا برای تسریع در ارائه گرافیک های سه بعدی طراحی شده بودند. با گذشت زمان، آنها انعطاف پذیرتر و قابل برنامه ریزی تر شدند و قابلیت های خود را افزایش دادند. این امر به برنامه نویسان گرافیک امکان می دهد جلوه های بصری جالب تری و صحنه های واقع گرایانه را با تکنیک های پیشرفته نور و سایه پردازی ایجاد کنند. توسعه دهندگان دیگر نیز از قدرت GPU برای سرعت بخشیدن به میزان چشمگیر بارهای اضافی در محاسبات با کارایی بالا (HPC)، یادگیری عمیق و موارد دیگر استفاده کردند.
GPU و CPU: با یکدیگر کار می کنند
GPU به عنوان مکمل نزدیک خود یعنی CPU (واحد پردازش مرکزی) تکامل پیدا کرد. در حالی که پردازنده های مرکزی از طریق نوآوری های معماری، سرعت کلاک بیشتر و افزودن هسته ها به افزایش عملکرد خود ادامه می دهند، پردازنده های گرافیکی به طور خاص برای سرعت بخشیدن به حجم کاری گرافیک رایانه طراحی شده اند. هنگام خرید یک سیستم، بهتر است که نقش CPU در مقابل GPU را بدانید که می تواند برای شما مفید باشد، بنابراین می توانید از هر دو بیشترین استفاده را ببرید.
تفاوت GPU با CPU در چیست؟
در حالی که اصطلاحات GPU و کارت گرافیک غالباً به جای یکدیگر استفاده می شوند، اما یک تمایز بسیار ظریف بین این اصطلاحات وجود دارد. دقیقاً مانند مادربردهای دارای پردازنده مرکزی، کارت گرافیک به یک صفحه الحاقی که GPU را در خود جای داده است اشاره دارد. این برد همچنین شامل مجموعه ای از اجزای مورد نیاز می باشد که هم به GPU امکان عملکرد می دهد و هم به بقیه سیستم متصل می شود.
انواع مختلف پردازنده های گرافیکی
دو نوع پردازنده گرافیکی اصلی وجود دارد که می توانید برای یک کامپیوتر مدرن تهیه کنید: یکپارچه و گسسته. GPU یکپارچه به هیچ وجه روی کارت جداگانه خود نمی آید و در عوض در کنار پردازنده مرکزی تعبیه شده است. GPU گسسته یک تراشه مجزا می باشد که بر روی صفحه مدار خود نصب می شود و به طور معمول به شکاف PCI Express متصل می شود. کارت های گرافیک معمولاً اجزای بزرگ برای رایانه های رومیزی می باشند که شامل یک، دو یا گاهی اوقات سه فن هستند. این کارت ها دارای تراشه GPU واقعی و همچنین RAM برای کنترل بارهای گرافیکی بالاتر مانند بازی های ویدیویی هستند. که طرفداران باعث خنک شدن اجزا می شوند.
پردازنده گرافیکی یکپارچه
اکثر GPU های موجود در بازار در واقع گرافیک یکپارچه هستند. بنابراین، گرافیک یکپارچه چیست و چگونه در رایانه شما کار می کند؟ پردازنده ای که با GPU کاملاً یکپارچه در مادربرد خود همراه است، امکان نازک تر و سبک تر شدن سیستم، کاهش مصرف برق و کاهش هزینه های سیستم را فراهم می کند. Intel® Graphics Technology که شامل گرافیک Intel® Iris® Plus و Intel® Iris® Xe است، پیشتاز فناوری گرافیک یکپارچه می باشد. با گرافیک Intel® Graphics، کاربران می توانند در سیستم هایی که خنک تر عمل می کنند و ماندگاری طولانی در باتری را دارند، گرافیک عمیق تری را تجربه کنند.
گرافیک های یکپارچه ای وجود دارد که درست درون پردازنده تعبیه شده اند. همه CPU ها این را ندارند. به عنوان مثال پردازنده های رایانه ای Ryzen که دارای گل سرسبد AMD هستند، به دلیل فقدان هرگونه گرافیک مجتمع مشهور هستند. با این حال، این شرکت پردازنده های دسک تاپ با گرافیک یکپارچه به نام واحد پردازش سریع (APUs) را تولید می کند. تراشه های Core دسک تاپ اینتل با شماره مدل که به “F” ختم می شوند نیز فاقد گرافیک هستند، همچنین پردازنده های Core X-Series با شماره مدل که با “X” خاتمه می یابند. از آنجا که این پردازنده ها GPU ندارند، با قیمت کمتری به فروش می رسند. پردازنده بدون گرافیک فقط دسکتاپ ها است. باز هم، لپ تاپ ها به عنوان یک بسته بسته به فروش می رسند، بنابراین آنها یا به یک GPU گسسته یا به گرافیک مجتمع داخلی پردازنده احتیاج دارند.
پردازنده های مدرن با گرافیک یکپارچه می توانند به طرز شگفت انگیزی قدرتمند باشند. هنگامی که تنظیمات گرافیک کاهش می یابد، برخی قادر به اجرای عناوین قدیمی AAA با نرخ فریم قابل پخش هستند. آنها برای افرادی که هنوز توانایی تهیه کارت گرافیک رویاهای خود را ندارند یک انتخاب مقرون به صرفه می باشد. هر کسی که بخواهد یک بازی جدی انجام دهد، به یک GPU جداگانه احتیاج دارد.
پردازنده گرافیکی گسسته
بسیاری از برنامه های محاسباتی می توانند با GPU های یکپارچه به خوبی کار کنند. با این حال، برای برنامه های کاربردی با مصرف منابع بیشتر، نیاز به عملکرد گسترده، یک GPU گسسته (که بعضاً به آن کارت گرافیک اختصاصی می گویند) دارند که برای کار مناسب تر می باشند. آنها قدرت پردازشی را به قیمت مصرف انرژی اضافی و ایجاد گرما اضافه می کنند. GPU های گسسته معمولاً برای حداکثر عملکرد به خنک کننده اختصاصی نیاز دارند.
GPU های امروزی بیش از هر زمان دیگری قابل برنامه ریزی هستند و به طیف گسترده ای از برنامه ها که فراتر از ارائه گرافیک سنتی هستند، امکان پذیر است.
کارتهای گرافیکی رومیزی از آسانترین قطعات برای به روزرسانی به کار می روند. شما فقط کارت را به شکاف PCIe x16 می اندازید، کابل را به منبع تغذیه وصل می کنید (البته در صورت لزوم)، و سپس درایورها را نصب می کنید. لپ تاپ ها همچنین می توانند GPU گسسته داشته باشند. به جای کارت بزرگ، یک GPU لپ تاپ محتاطانه فقط تراشه ای است که روی مادربرد لحیم شده است. برخلاف رایانه های شخصی، به روزرسانی این موارد آسان نیست.
GPU ها برای چه استفاده می شوند؟
در دو دهه پیش، GPU ها اکثراً برای تسریع برنامه های گرافیکی سه بعدی در زمان واقعی، مثل بازی ها مورد استفاده قرار می گرفتند. با این حال، با شروع قرن بیست و یکم، دانشمندان کامپیوتر پی بردند که GPU ها توانایی حل برخی از دشوارترین مشکلات رایانه ای در جهان را دارند. این تحقق باعث ایجاد دوره GPU با اهداف عمومی شد. حال، فناوری گرافیک به طور گسترده تری برای مجموعه گسترده ای از مشکلات استفاده می شود. بنابراین GPU های امروزی بیش از هر زمان دیگری قابل برنامه ریزی هستند و این انعطاف پذیری را برای تسریع طیف گسترده ای از برنامه ها فراهم می کند که فراتر از ارائه گرافیکی سنتی می باشد.
با این تفاوت که، GPU ها اغلب در بازی های ویدیویی با کیفیت و با گرافیک های شبیه زندگی در ارتباط هستند، اما می توانند در صنایع دیگر نیز مورد استفاده قرار بگیرند. به عنوان مثال، برنامه های تجاری مانند اتوکد در ارائه مدل های سه بعدی از GPU استفاده می کنند. به دلیل این نوع نرم افزارها که نیاز به تغییرات مداوم در مدت زمان کوتاهی دارند، رایانه شخصی که روی آن ارائه می شود باید بتواند در برابر فشار روند ویرایش مقاومت کند. در این حالت، پردازنده گرافیکی رندر مجدد مدل های سه بعدی را تسهیل می کند.
GPU برای بازی
بازی های ویدئویی با گرافیک خیلی واقعی و دنیای گسترده و پیچیده درون بازی، از نظر محاسباتی فشرده تر شده اند. با وجود فناوری های پیشرفته نمایش، مانند صفحه های ۴K و نرخ تازه سازی بالا، همراه با افزایش بازی های واقعیت مجازی، تقاضا برای پردازش گرافیک به سرعت در حال رشد می باشد. GPU ها قادر به ارائه گرافیک به صورت دو بعدی و سه بعدی هستند. با عملکرد بهتر گرافیکی، می توان بازی ها را با وضوح بالاتر، با نرخ فریم بالاتر یا هر دو بازی کرد.
GPU برای ویرایش ویدئو و ایجاد محتوا
سالهاست که ویرایشگران ویدئوها، طراحان گرافیک و سایر متخصصان خلاقیت با زمان های طولانی ارائه که به محاسبه منابع محاسباتی منجر می شود و جریان خلاقیت را خفه می کنند، دست و پنجه نرم می کنند. اکنون پردازش موازی ارائه شده توسط GPU، ارائه ویدیو و گرافیک در قالب های با کیفیت بالاتر را سریعتر و آسان تر می کند. یکی دیگر از کاربردهای محبوب GPU در ویرایش ویدئو می باشد، به ویژه هنگام کار با مقدار زیادی فایل با وضوح بالا، مانند فیلم های ۴K یا ۳۶۰ درجه. ویرایش این نوع پرونده ها می تواند برای اکثر پردازنده های استاندارد دردسرساز باشد، به همین دلیل یک GPU پیشرفته به ویژه در رمزگذاری فایل های ویدیویی با سرعت مناسب بسیار مفید است.
وقتی صحبت از عملکرد می شود، اینتل هم برای پردازنده و هم برای GPU راه حل های بی خطری را ارائه می دهد. با گرافیک Intel® Iris® Xe، گیمرها و سازندگان محتوا اکنون می توانند عملکرد بهتر و قابلیت های جدیدتری داشته باشند. گرافیک Intel® Iris® Xe که برای پردازنده های ۱۱th Gen Intel® Core and بهینه شده و برای لپ تاپ های فوق العاده نازک و سبک مناسب می باشد، با پردازنده یکپارچه شده است. همچنین لپ تاپ های انتخابی شامل Intel® Iris® Xe MAX، اولین محصول گرافیکی گسسته اینتل طی ۲۰ سال گذشته است.
Intel® Iris® Xe MAX به منظور ارائه عملکرد پیشرفته گرافیکی و قابلیت های رسانه ای و همچنین لذت بردن از گیم پلی بی نظیر و همه جانبه در هر مکانی با کیفیت ۱۰۸۰p طراحی شده است. همه در حالی که روی یک لپ تاپ سبک و سبک قرار دارید. علاوه بر این، با ترکیب پردازنده های ۱۱th Gen Intel® Core graphics، گرافیک مجزا Iris® Xe MAX و Intel® Deep Link Technology، می توانید عملکرد ۱٫۴X AI1 و ۲X عملکرد بهتر را برای رمزگذاری فیلم های تک جریان نسبت به گرافیک مجزای سومی تجربه کنید.
GPU برای یادگیری ماشین
برخی از جالب ترین برنامه های کاربردی برای فناوری GPU هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می باشد. از آنجا که GPU ها از توانایی محاسباتی فوق العاده ای برخوردار هستند، می توانند شتاب خارق العاده ای را در بارهای کاری به وجود آورند که از ماهیت بسیار GPU ها مانند تشخیص تصویر بهره می برند. بسیاری از فناوری های یادگیری عمیق امروز به GPU هایی که همراه CPU کار می کنند، تکیه دارند. GPU ها همچنین می توانند پردازش توابع را برای یادگیری ماشین و ایجاد شبکه های عصبی تسهیل کنند، که این کار دیگری است که به دلیل انبوه داده های درگیر در فرآیند، برای پردازنده بسیار طاقت فرسا می باشد.
با این حال، این نکته را فراموش نکنید که همه GPU ها برابر نیستند. اگر به دنبال پردازنده ای تخصصی و سازمانی هستید که برای انواع خاصی از برنامه ها طراحی شده باشد، توصیه می شود GPU با پشتیبانی عمیق اضافی را انتخاب کنید. اینها توسط غول های صنعت نیمه هادی مانند AMD و Nvidia تولید می شوند که به دلیل ارائه اجزای سطح بالا برای برخی از بزرگترین شرکت های فناوری از مایکروسافت و لنوو گرفته تا فیس بوک و گوگل مشهور هستند.
تکنولوژی های GPU اینتل
اینتل مدت ها در فناوری پردازش گرافیک پیشتاز می باشد، خصوصاً در مورد رایانه های شخصی. اخیراً، گرافیک Intel® Iris® Xe و Intel® UHD Graphics که در پردازنده های ۱۱th Gen Intel® Core integrated ادغام شده اند از ۴K HDR، بازی ۱۰۸۰p و سایر تجربیات بصری غنی پشتیبانی می کنند. برای کاربرانی که با لپ تاپ کار می کنند، اینتل همچنین گرافیک Intel® Iris® Xe MAX را ارائه می دهد. با اولین GPU گسسته برای رایانه های شخصی مبتنی بر معماری Intel Xe، حتی عملکرد بیشتر و قابلیت های جدیدی برای ایجاد محتوای پیشرفته و بازی خواهید داشت.
GPU در مرکز داده
در مرکز داده، اینتل از تجارب بصری شگفت انگیز با گرافیک یکپارچه در پردازنده های Intel amazing Xeon® پشتیبانی می کند. اینتل همچنین گزینه گسسته ای را با GPU Intel® Server ارائه می دهد. GPU عمومی چند منظوره مبتنی بر Intel® Xe Architecture می باشد و برای گسترش تصاعدی طراحی شده است تا تجربه ای با چگالی بالا و تأخیر کم را در بازی های ابری موبایل، جریان رسانه ای و رمزگذاری ویدئو فراهم کند.
جمع بندی
اکنون اصول کار GPU و انواع مختلفی را که در آن وجود دارد می دانید. بنابراین، از کجا می دانید به کدام یک نیاز دارید؟ اگر مشغول بازی روی دسکتاپ هستید، به کارت گرافیک احتیاج دارید و یک دنیای کامل از بررسی ها برای کمک به شما در انتخاب بهترین کارت وجود دارد. به طور کلی، حتماً یک کارت گرافیک مناسب با وضوح صفحه نمایش خود مانند ۱۰۸۰p ،۱۴۴۰p یا ۴K تهیه کنید. ویژگی های بازی های ویدیویی به طور مداوم در حال پیشرفت هستند و به سخت افزار جدیدی نیاز دارند. این بدان معناست که کارتهای گرافیک تمایل دارند زودتر از سایر اجزا منسوخ شوند. دارندگان دسکتاپ باید چیزی را که در دو سه سال گذشته منتشر شده است خریداری کنند.
برای بازی در لپ تاپ، بسیار بسیار دقیق باشید. بسیاری از لپ تاپ های مخصوص بازی دارای GPU گسسته هستند که قدمت آنها تا دو نسل می باشد و هزینه آنها به همان اندازه (یا تقریباً به اندازه) یک لپ تاپ با پردازنده جدیدتر است. اگر شما تمرکز خود را بر روی ویرایش ویدئو پرشور گذاشته اید، یک CPU قدرتمند از اهمیت بیشتری برخوردار است، اما یک کارت گرافیک گسسته (حتی یک کارت با چند نسل قبل) نیز مورد نیاز است. برای هر کس دیگری، گرافیک یکپارچه جواب می دهد. برای پخش ویدئو، بازی های وب اصلی یا حتی ویرایش عکس اولیه نیازی به تهیه کارت گرافیک نیست. فقط مطمئن شوید که پردازنده مرکزی شما در واقع دارای یک GPU یکپارچه باشد. در غیر این صورت، ممکن است هنگامی که می خواهید آن نسخه دسکتاپ جدید را راه اندازی کنید، غافلگیر شوید.
