صفر تا صد پردازنده ها:بخش پایانی GPU

پردازنده ها در چند ده اخیر به بخش جدایی ناپذیر در زندگی دیجیتال ما بدل شده اند.این پردازنده ها واحدهایی الکترونیکی هستند که میتواند دستورات را برای ما پردازش کنند.این واحدهای پردازشی میتوانند در رسته ها و کارایی هایی متفاوت جای گیرند که مشهور ترین و شناخته شده ترین این واحد ها CPUو GPU وVPU هستند.این بخش های پردازشی هرکدام از بخش هایی مختلف ساخته شده اند که توانسته اند در چند سال اخیر زندگی دیجیتال را برای ما معنا کنند.

اما هرکدام از پردازشگر های فوق چگونه کار میکنند؟

در ادامه با ترنجی همراه باشید.

GPU (Graphic Process Unit)

در مطلب قبلی بصورت مفصل به بررسی واحد پردازنده مرکزی پرداختیم.اما این پردازشگر ها برای به ثمر نشاندن تلاش خود نیاز به واحدی دیگر به نام جی پی یو یا واحد پردازش گرافیکی دارند.این پردازنده های گرافیکی در موارد زیادی شبیه به سی پی یو ها هستند از واحد های کنترلشان گرفته تا واحد های محاسبه ی منطقشان.

این واحد پردازشی ساختاری مشابه سی پی یو دارد ولی متخصص در پردازش فرامین سه بعدی و دو بعدی و رندر گرافیکی فیلم ها و عکس ها است. این واحد پردازشی به گونه ای شاه راه ارتباطی چشمان شما با پردازنده است.هر فرمانی که توسط حسگر ها به واحد کنترل پردازنده میرسند بعد از پردازش به سوی جی پی یو رفته تا ویرایش گرافیکی شوند و به فرمتی قابل نمایش تبدیل شده تا پنل دیجیتال اقدام به نمایش آن بکند.

ازاولین سیستم های دارای پردازشگر گرافیکی چندین ده میگذرد.اولین دسکتاپ که یک واحد گرافیکی را در دل خود جای داده بود کومودور آمیگا نام داشت.پدر پردازش گرافیکی و کامپیوتری با حداقل امکانات ممکن.البته این جمله در این زمان صدق می کند ولی در زمان خودش کومودور آمیگا قاتل بی رحم تمامی سیستم های کامپیوتری بود.

مثلی معروف است که همیشه اولین ها بهترین ها را میسازند!انویدیا سلطان پردازش گرافیکی جهان اولین پدر خوانده ی جی پی یو بود.انویدیا اولین شرکتی بود که واحدی گرفیکی تولید کرد و نام جی پی یو رو بر این واحد پردازشی گذاشت و اکنون این واحد پردازش گرافیکی پیشرفت های بس فزاینده ای کرده و قدرتی بسیار بالا را برای سیستم های الکترونیک ما رقم زده اند.

API:

ای پی آی ها یا واسط های برنامه نویسی فرمت ها یا پلتفرم توسعه دهنده هستند که برای بهره بردن از یک چیپ گرافیکی از آنها استفاده می شود.یک چیپست از محموعه ای از آنها بر اساس سیستم عامل خود پشتیبای کرده، باعث میشود تا توسعه دهندگان بتواننداز تمام قابلیت های یک چیپ بهره ببرند. برای مثال سری چیپ های شرکت ایمجیشن در سری 7XT از واسط های برنامه نویسیOpenGL® ES 1.x/2.0/3.x*/AEP/OpenGL 3.3*/DirectX 10_0/OpenCL™ 1.2 EP(DirectX 11_2, OpenGL 4.3*, OpenCL 1.2 FP) پشتبانی میکند. هرکدام از موارد بالا نوعی از واسط ها هستند که هرکدام بر حسب سیستم عامل استفاده شده و نوع برنامه مورد استفاده قرار میگیرند.

توان پردازشی عملیاتی:

توان پردازشی یک چیپ مقدار فلاپسی است که یک چیپ در محاسبه عددی و کیفیت فایل برابر انجام میدهد.

فلاپس اکنون به واحدی برای تبیین قدرت پردازشگر ها بدل شده و بیشتر در خصوص کارت های گرافیک بکار می رود. این کمیت مقدار توان پردازشی یک چیپ گرافیکی در یک زمان مشخص و با محاسباتی مثل 32 فریم بر ثانیه را نشان میدهد. این توان پردازشی حاصل کار واحد های پردازش منطق و هسته های گرافیکی است.

فریم بر ثانیه کمیتی دیگر در صنعت گرافیکی است.کمیتی که مقدار فریم خروجی از یک واحد گرافیکی را در واحد زمان نشان میدهد.برای مثال چیپ گرافیکی تگرا ایکس وان میتواند درمحاسبات 64 فریم بر ثانیه یک فیلم 4K را بدون افت فریم اینکد کرده، آن را به نمایشگر بفرستد. هر مقدار کیفیت فایل ها برای رندر بیشتر شود به این معنی است که پردازنده باید وقت بیشتری را روی عمل اینکد گزاشته و از واحد محاسبات خود بیشترین استفاده را ببرد. عامل موِثر دیگر در اینکد فایل مقدار فریم خروجی است.

البته فریم کمیتی است که برای پردازنده تعریف یا محدود نمی شود.بنا به بار پردازنده گرافیکی و تصمیم واحد کنترل،افت فریم رخ میدهد. یعنی اگر پردازنده گرافیکی مشغول کار باشد و شما بار گرافیکی سنگینی به چیپ گرافیکی اعمال کنید افت فریم رخ میدهد و مثلا تعداد فریم های خروجی از 32 به 25 فریم بر ثانیه میرسد.

اینکد و دیکد ویدیو:

اینکد و دیکد ویدیو از بخش های مهم یک پردازشگر گرافیکی است. در واقع اینکد و دیکد یک عمل پردازشی است که بیشتر روی عکس ها و فیلم ها انجام میشود.اینکد یک قابلیتی است که یک چیپ میتواند یک فیلم را با ظرفیتی برای مثال 10 مگ به فایلی با حجم 4 مگ تبدیل کند. عمل اینکد تماما بر روی چیپ گرافیکی پردازش میشود ولی واسطه های عمل اینکد بر دو نوع است: سخت افزاری و نرم افزاری. در نوع اول بخشی از چیپ اختصاصا به اینکد تخصیص داده شده است و آن بخش تخصص در اینکد ویدیو دارد و مسئولیت تمام اینکد های چیپ را بر عهده میگیرد.نوع دوم که نرم افزاری است یک نرم افزار فایل را دریافت میکند و با استفاده از واسط های برنامه نویسی و استفاده از توان پردازشی چیپ دست به اینکد فایل مورد نظر میزند.

دو روش بالا هر دو مرسوم هستند ولی روش سخت افزاری بسیار کار آمد تر از روش نرم افزاری است و بازده بهتری دارد،بر چیپ گرافیکی با اضافی اعمال نمی کند و بر سرعت دستگاه نیز تاثیر نمی گذارد.

دیکد در واقع عملی است که به اینکد وابسته است و معنای مخالف اینکد دارد.دیکد یعنی فیلم ها یا فایل هایی که قبلا عمل اینکد رویشان صورت گرفته را به حالت اولیه بازگردانیم.دیکد نیز دو روش سخت افزاری و نرم افزاری دارد که دقیقا مانند این کند است اما با تفاوت هایی جزئی.

حافظه موقت گرافیکی  SDDR (synchronous graphics random access memory):

هر پردازنده گرافیکی برای انجام اعمال گرافیکی به حافظه ای برای فرستادن دستورات و تحویل گرفتن آن دارد.پردازنده های گرفیکی نیز از رم های رده بالا برای خود استفاده میکنند که اخرین نسل آن GDDR5X میباشد نسلی با توان انتقال داده ها با حداقل دو برابر سرعت بیشتر از نسل قبلی خود واتصالی دوستانه تر با مادر بورد با 20 پین بیشتر، مصرف انرژی بسیار بهینه تر به نسبت نسل قبلی خود یعنی GDDR5. این حافظه های رم برای پردازنده های گرافیکی باس های متفاوت ، سرعت کلاک متفاوت ، مقدار نرخ تبادل اطلاعات متفاوت دارند که هرکدام از آنها را در رسته های متفاوت قرار میگیرند و شرکت ها بنا به میل خودشان در برخی مواقع آن را شخصی سازی میکنند.

اشکال مختلف پردازنده گرافیکی:

پردازنده های گرافیکی چندین نوع مختلف دارند که معروف ترین نوع آنها را به زیر تیغ نقد میبریم:

کارت گرافیک های مستقل:

این نوع از پردازنده های گرافیکی قوی ترین نوع پردازشگر گرافیکی هستند. این پردازده ها از حافظه رم جدا بهره میبرند و میتوانند نرخ تبادل اطلاعات را به 250 گیگابایت بر ثانیه برسانند.رقمی فوق العاده زیاد که قابلیت و قدرت های این نوع پردازنده های گرفیکی را به رخ میکشد.این پردازنده ها برای هر بازی خوری انتخاب اول است چون هم انتخاب های متعدد در رنج های قیمتی و قدرتی وجود دارد، هم میتوان در مواقع لازم کارت گرافیک را تعویض نمود و بنا به پشتیبانی مادربورد آنرا ارتقاء داد.

کارت های گرافیکی برای اتصال خود به پردازنده اصلی از رابط های مختلفی استفاده میکنند که میتوان به PCIe و کابل اچ دی ام آی اشاره کرد.

هنوز هم با وجود قدرت پردازشی بسیار بالا در کارت گرفیک های مستقل افرادی قدرتی فراتر از ازاین نیاز دارند و دست به مجتمع کردن چند کارت گرافیک میزنند و شرکت های بزرگ نیز این نیاز را به خوبی درک میکنند و فناوری هایی همچون کراس فایر Cross Fire و اس ال تی SLT ارائه میدهند که با استفاده از موارد ذکر شده میتوان چند کارت گرفیک را در یک مادربورد استفاده کرد.برای مثال چندی پیش کمپانی پر آوازاه لنوو از کیس گیمنگی رونمایی کرد که در آن از دو کارت گرافیک Titan X استفاده شده بود که قدرتی فراتر از نیاز مهندسان و حتی گیمرها دارد و به جرعت میتوان گفت هیچ بازی و گیمی نیست که بتواند از این قدرت پردازشی استفاده کند.

این کارت های گرافیک مجزا معمولا بدلیل بازده بالا و قیمت تمام شده بسیار بالا قیمتی بالاتر از سایر گرافیک ها دارند و جزو لیست خرید خیلی از خریداران کامپیوتر های رومیزی نیستند.

گرافیک های مجتمع یا Onbord

این نوع واحد های پردازش گرافیکی از توان به مراتب کمتر از کارت های گرافیکی مستقل دارند و این واحد ها بدیل صرفه اقتصادی و قدرتی در حد نیاز های روزمره همه گیر شده اند و اینتل نیز از این گرافیک های مجتمع روی چیپ های خود استفاده میکند که دارای قدرتی به نسبت مطلوب است.واحد های فوق بصورت مستقل از حافظه موقت یا رم بهره نمیبرند و از همان رم موجود در سیستم برای انجام اعمال پردازشی استفاده میکنند و این گرافیک ها همیشه مقداری از رم را اشغال میکنند که میتواند از بازده پردازنده بکاهد.این گرافیک های آنبورد با پردازنده اصلی و چندی دیگر از واحد ها جمع میشوند و یک سیستم بر چیپ را پدید می آورند.این پردازنده ها بدیل فضای کمتر و توان مصرفی کمتر با قدرتی پایین عرضه میشوند تا بتواند در قلب لبتاپ ها و دسکتاپ اقتصادی و هیبریدی ها از آنها استفاده نمود و واهمه ای از بابت مصرف انرژی نداشت.

گرافیک های آن بورد معمولا در تمام سیستم بر چیپ ها پیدا می شود و بنا به همین دلیل تمامی کامپیوتر های امروزی حداقل توان گرافیکی را برای انجام کارها در اختیار دارند.

واحد های گرافیکی چند بخشی یا هیبریدی:

این واحد های گرافیکی به نوعی معدلی از قدرت و قیمت سری قبلی است این واحد ها که محبوبیت زیادی نیز ندارند یک بخش مجزایی هستند که از رم سیستم استفاده میکنند!گویی فرزند دو مورد قبل است و مجزا بودن را از کارت های گرافیک،و استفاده از رم مشترک را از آنبورد ها به ارث برده است.این واحدها قدرتی مناسب داشته و به راحتی فیلم هایی با کیفیت بالا را استریم میکنند و می توانند بازی های متوسط را با کیفیت پایین ولی بدون افت فریم پردازش کنند.

شرکت های سازنده:

تا کنون شرکت های مختلفی دست به ساخت چیپ های گرافیکی زده اند که از برترین آنها میتوان از انودیا و ای ام دی نام برد.

nVidia:

این شرکت همانطور که ذکر شد از بزرگترین قطب هاب پردازشی جهان است.این شرکت امریکایی سابقه ی درخشانی در صنعت نیمه هادی داشته و معمولا از آن بعنوان ریش سفید صنعت پردازشی یاد میکنند.

این شرکت همواره در پی بروز کردن معماری های خویش است و به تازگی نسلی جدید از طراحی های خویش را با نام مکسول 2 رو نمایی کرده است.مکسول 1 توانست طوفانی سهمگین را در دل تمام رقبا بیاندازد.این معماری در بزرگانی مانند Titan X استفاده شد.کارت گرافیکی که نمونه بارز لغایت در پردازش است و هنوز هم رغیبی برایش دیده نمی شود بجز سری جدید چیپ های خود انویدیا.انویدیا این طلایه دار صنعت پردازشی در سری دسکتاپ از مدل های مختلفی رونمایی کرده است. پردازشگر هایی با توان و قیمت متفاوت.

این کمپانی از زبان های برنامه نویسی کودا بهره میبرد،از معماری 28 نانومتری استفاده می کند و به شدت روی بهینه سازی هسته ها نظارت دارد و خلاصه هرچه از بهینه سازی انویدیا بگوییم کم گفته ایم!

AMD:

این شرکت که ید طولایی در ساختن پردازنده گرافیکی دارد هرچقدر در مقابل اینتل از لحاظ پردازشی مقلوب شده، در عوض این شکست را کاملا در بخش گرافیک جبران کرده است.این شرکت با خرید یک کمپانی که تخصص در تولید پردازنده گرافیکی داشت به بخش گرافیکی خود سر و سامانی داد و توانست خود را در سری رادئون موفق سازد.سری کارت های گرافیک پر قدرت و با بازده عالی و البته قیمت ی تا حدودی مناسب تر از رقبای خود.این پردازنده در ترکیب با چیپ های همین شرکتی هماهنگی بسیار جالبی را ایجاد میکند و گرافیک آنبورد را با گرافیک مستقل تلفیق می کند و قدرت پردازشی بالایی را به دست می آورد.

AvivoHD: این ویژگی باعث میشود نویز تصاویر و فیلم های اینکد شده توسط پردازنده به کمترین مقدار خود برسد همچنین فیلم های استریم شده کیفت خود را از دست ندهند و در نتیجه کنتراست تصاویر خروجی بهترین شکل ممکن باشد.

AMD Radeon Dual Graphics: این تکنولوژی دقیقا به همانند پلی ارتباط دهنده بین کارت گرفیک و پردازنده است.این تکنولوژی که صرفا با وجود کارت گرافیک و پردازنده شرکت ای ام دی فعال میشود میتواند هماهنگی پردازنده و کارت گرافیک را به حداکثر رسانده و باعث میشود بازده کلی سیستم به طور محسوسی افزایش یابد.

High DPI: این بهینه سازی باعث میشود تا عکس ها و متن ها خواناتر شود و عکس هایی شارپ تر و شفاف تر در اختیار داشته باشیم.

جمع بندی و نتیجه گیری:

دنیای علوم دیجیتال نیز مانند تمام علوم دیگر هر روز در حال پیشرفت است.پیشرفتی که حاصلش میوه قدرت و و مصرف انرژی پایین تر است و کمپانی های زیادی هر روز در این صنعت پای میگذارند و کمپانی های صاحب نام همیشه پی آن هستند که طراحی های خود را به روز کنند تا بتوانند یکه تازی خود را در صنعت چیپ سازی حفظ کنند.

نظر شما درباره پردازنده ها چیست؟آینده برای کدام پلتفرم ها است؟ ما را در بخش نظرات همراهی کنید.

لینک کوتاه

×Closeبرای امتیاز دهی به این مطلب، لطفا وارد شوید: برای ورود کلیک کنید