به "وبلاگ فالنیک ( ایران اچ پی)" خوش آمدید    |   وبسایت فالنیک (ایران اچ پی)
امروز چهارشنبه ۱۸ تیر ۱۳۹۹ - تماس با فالنیک : 8363-021

پردازنده های گرافیکی و تفاوت آنها با پردازنده های کامپیوتری

کارت گرافیک و GPU چیست و چه تفاوتی با CPU دارد؟

پردازنده گرافیکی یا GPU به چه معناست؟

پردازنده گرافیکی یا Graphic Processor Unit که به اختصار به آن GPU گفته می شود، قطعه ای است که روی کارت های گرافیک و همچنین گرافیک های آنبورد قرار داده می شود. این قطعه به صورت مجزا از CPU کار پردازش و رندرینگ تصاویر را انجام می دهد. قبل از ابداع پردازشگرهای گرافیکی پردازش تصاویر و رندرینگ آنها به همراه سایر پردازش ها توسط cpu یا پردازنده مرکزی انجام می شد، در نتیجه هنگام رندرینگ تصاویر به ویژه هنگام کار با نرم افزارهای گرافیکی، فشار زیادی روی پردازنده وارد شده و کندی شدیدی روی سیستم تحمیل می شد. اما با آمدن جی پی یو ها، تصویرسازی ها و رندرینگ تصاویر از دوش cpu برداشته شد، همچنین گیمرها برای استفاده از سیستم های کامپیوتری به راحتی می توانند با gpu های قدرتمند بدون افت سرعت بازی های خود را اجرا کنند. در پاسخ به سوال، کار پردازنده گرافیکی چیست، می توان گفت: رندرینگ تصاویر، ویدئوها و فایل های گرافیکی بدون وارد آمدن فشار روی cpu. پردازشگرهای گرافیکی قابل نصب در کامپیوترها و لپ تاپ ها، کنسول های بازی، ورک استیشن ها و سرورها هستند. جی پی یو با نام های زیر نیز شناخته می شود:

  • VPU یا visual processing unit یا واحد پردازش دیداری
  • کارت ویدئو یا Video Card
  • کارت نمایش یا Display Card
  • بورد گرافیکی یا Graphic board
  • آداپتر گرافیکی یا Graphic Ada

تاریخچه ظهور پردازنده گرافیکی یا GPU

 پردازش همه منظوره توسط واحد پردازنده گرافیکی، پدیده ای نو ظهور است و استفاده از پردازنده گرافیکی به سرعت در حال افزایش. در دهه‌های ۸۰ و ۹۰ رشد محبوبیت سیستم عامل های با واسط گرافیکی مانند ویندوز باعث ایجاد بازاری پررونق برای نسل تازه‌ای از پردازنده‌ها شد. در همین دوره بود که کمپانیGraphic Silicon  پردازنده‌های گرافیکی با توانایی عرضه تصویر سه بعدی را برای اولین بار وارد بازار کرد و در سال ۱۹۹۲ واسط برنامه‌نویسی را در قالب کتابخانه OpenGL برای سخت افزاری که اخیراً تولید کرده بود در اختیار برنامه نویسان قرار داد. در نتیجه  در پاسخ به این سوال که “سازنده پردازنده گرافیکی کیست” می توان گفت  گرافیک سیلیکون اولین شرکتی بود که ساخت پردازنده های گرافیکی را آغاز کرد.

بعدها کمپانی Graphic Silicon کتابخانه OpenGL را در قالب استانداردی برای نوشتن برنامه‌های سه بعدی توسعه داد. این اتفاق باعث به وجود آمدن بازی‌های سه بعدی نقش اول مانند Doom گردید. درحالی که تکنولوژی سه بعدی در اغلب بازی‌هایی که تولید می‌شد استفاده می‌گردید، محبوبیت بازی‌های نوع شلیک کننده نقش اول به شدت موجب رشد سریع استفاده واحدهای پردازنده گرافیک سه بعدی در کامپیوترهای شخصی شد.

این بازار پر رونق موجبات ظهور شرکت‌هایی مانند NVIDIA و ATI  و ۳dfx شد. ورود کارت گرافیکی ۲۵۶ GeForce NVIDIA  موجب افزایش چشمگیر توانایی پردازنده‌های گرافیکی گردید. برای اولین بار پردازش نورپردازی و انتقال تصاویر مستقیماً روی پردازنده گرافیکی انجام شد. از دیدگاه بسیاری از پژوهشگران، عرضه کارت گرافیک های نسل ۳ GeForce توسط کمپانی NVIDIA  در سال ۲۰۰۱ نقطه عطفی در تاریخچه تکنولوژی پردازنده گرافیکی است.

سری۳ GeForce  اولین پردازنده های گرافیکی بودند که توانستند واسط برنامه نویسی گرافیکی استانداردDirectX 8.0  را پشتیبانی کنند. این استاندارد نیازمند توانایی سخت افزار در پشتیبانی از گره ها و پیکسل های قابل برنامه‌ریزی بود.

توسعه کارت گرافیک هایی که دارای خط لوله های قابل برنامه ریزی بودند، بسیاری از محققان را به پیدا کردن روشی ساده‌تر از برنامه‌نویسی حول OpenGL و DirectX برای تعامل با پردازنده گرافیکی تشویق کرد.

حافظه اختصاصی پردازنده گرافیکی چیست

پردازنده های گرافیکی به دو دسته مستقل از مادربورد و CPU با عنوان کارتهای گرافیک، و گرافیک های آنبورد که به مادر بوردها چسبیده اند تقسیم می شوند. مشخص است که پردازنده های گرافیک مستقل قدرت بیشتر و عملکرد بهتری به نسبت نسخه های آنبورد آن دارد. دلیل آن هم وجود حافظه رم مستقل درون این کارت گرافیک است. یعنی این کارت گرافیک هم از حافظه اختصاصی خود و هم از رم اشتراکی سیستم برای پردازش های خود استفاده می کند. همچنین این نوع از کارت های گرافیک قابل ارتقا نیز هستند. در حالی که gpu های آنبورد به مادربورد خود وابسته هستند و امکان ارتقای آنها وجود ندارد. پردازنده های گرافیکی علاوه بر پردازش تصاویر و فایلهای گرافیکی می توانند به پردازش های دیگر که در سیستم انجام میشود نیز به پردازنده اصلی کمک کنند. پس gpu فقط مصرف گرافیکی ندارد.

گفتگوی TechTalk: پردازنده های گرافیکی و GPU

کارشناسان فالنیک در گفتگوی تخصصی TechTalk، با موضوعات به‌روز تخصصی و فنی، برای ارتقای دانش تخصصی شما به گپ و گفت می‌پردازند و محصولات و تکنولوژی‌های جدید در دنیای سرور و تجهیزات شبکه را بررسی می‌کنند. این ویدیو، یازدهمین دوره از گفتگوهای تخصصی TechTalk است.

در این قسمت، کارشناسان ما هژیر باخویشی، مهمان مسعود سوری است تا به موضوع پردازنده های گرافیکی و GPU ها بپردازند. اگر دوست دارید درباره تاریخچه GPU بدانید و با معماری CUDA در پردازنده های گرافیکی آشنا شوید و یا این سوال را دارید که تفاوت CPU و GPU چیست، مشاهده این تک تاک را توصیه می‌کنیم.

عناوین مهمی که در این ویدئوی ۱۶ دقیقه‌ای می‌بینید در ادامه آمده است:

عناوین مورد بررسی:

  1. قانون مور چیست؟
  2. تاریخچه ظهور پردازنده گرافیکی
  3. اولین کارت گرافیک توسط انویدیا ارایه شد
  4. سایه زن پیسکل یا Pixel Shader چیست؟
  5. معماری CUDA چیست؟
  6. مقایسه GPU و CPU

 

 

ظهور تکنولوژی سایه زن پیکسل یا Pixel Shader

از سال ۲۰۰۱ به بعد پردازنده های گرافیکی برای تولید رنگ پیکسل های تصاویر، طراحی می‌شدند، آنها برای این کار از واحدهای محاسباتی قابل برنامه ریزی به نام سایه زن پیکسل یا Pixel Shader استفاده می‌کردند. در حالت عادی، یک سایه زن پیکسل از موقعیت پیکسل در صفحه (y,x )به اضافه مجموعه‌ای از اطلاعات ورودی برای تولید رنگ نهایی پیکسل استفاده می‌کند. اما محاسبات و پردازش روی رنگ ورودی پیکسل و متن نوشتار انجام می‌شد و برنامه نویسان کنترلی روی این ورودی ها نداشتند.

توان عملیاتی بالای پردازنده گرافیکی در پردازش داده آینده روشنی را برای برنامه نویسی پردازنده گرافیکی تضمین می‌کرد. با این وجود، هنوز هم برنامه نویسی پردازنده گرافیکی، کاری سخت و زمانبر بود زیرا برنامه نویس باید بر مبانی پردازنده گرافیکی و تعامل با آن فقط از طریق دادن ورودی هایی در قالب رنگ و متون تسلط داشته باشدو همچنین باید بر قالبهایی مانند OpenGL و DirectX هم مسلط باشد. از طرفی به دلیل نبود مکانیزمی مناسب برای خطایابی کد، برنامه نویسی پردازنده گرافیکی همچنان مورد توجه متخصصان علم کامپیوتر نبود.

معماری CUDA

حدود ۵ سال بعد از انتشار سری ۳ GeForce پردازش از طریق پردازنده گرافیکی وارد عصر تازه‌ای شد. در نوامبر ۲۰۰۶ شرکت NVIDIA با معرفی معماری CUDA برای کارت گرافیک های خود فصل تازه‌ای را در برنامه‌نویسی پردازنده گرافیکی گشود.

کاربران، دیگر برای تعامل با پردازنده گرافیکی نیازی به یادگیری و تسلط بر واسط های OpenGL و DirectX نداشتند. در سال ۲۰۰۷ در بسیاری از صنایع و علوم تحقیقاتی برنامه‌هایی به زبان C CUDA نوشته شد که نتایج درخشانی را در استفاده از پردازنده گرافیکی به عنوان پردازنده همه منظوره به دنبال داشت. دیری نپایید که برنامه نویسی به زبان CUDA به زمینه‌ای پر رونق در بازار برنامه‌نویسی تبدیل شد.

بررسی رشد استفاده از پردازنده گرافیکی پس از ظهور معماری  CUDA

مقایسه‌ای از میزان استفاده از پردازنده گرافیکی و معماری CUDA در سال‌های۲۰۰۸  و ۲۰۱۳ در تصویر زیر نشان داده شده است. پردازنده های گرافیکی دارای معماری CUDA از ۱۰۰ میلیون به ۴۳۰ میلیون رسید، دانلود ابزار CUDA از ۱۵۰ هزار به ۶/۱ میلیون رسید و مقالاتی که در این زمینه عرضه شد از ۶۰ مقاله به ۳۷۰۰۰ مقاله رسید که همگی خبر از محبوبیت بالای معماری CUDA و کاربردی بودن آن در زمینه‌های مختلف می‌داد. در ادامه یکی از برنامه‌های کاربردی موفق که در قالب C CUDA نوشته شده است، بررسی می‌کنیم.

رشد استفاده از GPU در پردازش
رشد استفاده از پردازنده گرافیکی پس از ظهور معماری  CUDA

GPU و عکسبرداری در علوم پزشکی

در ۲۰ سال گذشته شمار کسانی که از سرطان سینه رنج می‌برند به شدت افزایش یافته است. خوشبختانه در مقابل نیز تعداد محققان و متخصصانی که در حال مبارزه با این معضل هستند افزایش چشمگیری داشته است. درمان این بیماری نیاز به تشخیص زود هنگام آن دارد تا بدن بیمار بتواند مراحل درمان (شیمی درمانی و پرتودرمانی) را که تاثیرات مخربی دارند، تحمل کند. محققان موفق به پیدا کردن راهکاری سریع برای تشخیص بیماری از طریق یافتن نشانه‌های اولیه شدند.

ماموگرافی )رادیوگرافی از سینه) که یکی از بهترین راه‌های شناخته شده برای تشخیص این بیماری است، با محدودیت‌هایی جدی روبرو است. در این روش دو یا چند عکس از سینه بیمار گرفته شده و پزشک باید مدت زیادی را صرف بررسی و تحلیل عکس کند تا بتواند وجود یا عدم وجود بیماری را تشخیص دهد. این کار علاوه بر زمانی که صرف تشخیص بیماری می‌شود برای بیمار از نظر مادی و روحی نیز هزینه بردار است.

برای رفع این مشکل، ساز و کاری با نام معالجه توسط سیستم TechniScan ایجاد شد. این روش از عکس برداری توسط امواج فراصوت و تبدیل آن به تصاویر سه بعدی استفاده می‌کند. اما این روش به دلیل آنچه که محدودیت پردازش نامیده می‌شود عملی نشده بود چرا که تبدیل امواج فراصوت به تصاویر سه بعدی به دلیل حجم بسیار زیاد پردازش، کاری زمانبر بود.

انتشار اولین پردازنده گرافیکی دارای معماری CUDA توسط شرکتNVIDIA  رویای بنیادگذاران TechniScan را به واقعیت تبدیل کرد. در حال حاضر سیستم TechniScan در مراکز پزشکی دارای دو پردازنده قوی گرافیکی از نوع C1060 Tesla است. این پردازنده های گرافیکی ۳۵ گیگابایت داده تولیدی توسط دستگاه عکسبرداری فراصوتی را در عرض ۱۵ دقیقه پردازش می‌کنند. خوشبختانه در حضور قدرت پردازش فوق‌العاده این GPU، پزشک در عرض ۲۰ دقیقه می‌تواند تصویر سه بعدی سینه بیمار را در اختیار داشته باشد.

 

مشاوره و خرید سرور در فالنیک
فالنیک با دارا بودن سبد کاملی از سرورهای اچ پی و تنها دارنده گارانتی رسمی و معتبر سرور اچ پی در ایران، آماده خدمت‌رسانی جهت مشاوره، فروش و پشتیبانی به مشتریان است. شما می‌توانید قبل از خرید، از کارشناسان فالنیک، مشاوره بگیرید.
مشاوره و خرید سرور

نویسنده :

استفاده از مطالب سایت فالنیک (ایران اچ پی) فقط برای مقاصد غیر تجاری و با ذکر منبع بلامانع است. کلیه حقوق سایت متعلق به فالنیک (ایران اچ پی) است.
>
عضویت در خبرنامه سرور فالنیک (ایران اچ پی)

عضویت در خبرنامه سرور فالنیک (ایران اچ پی)

با عضویت در خبرنامه سرور فالنیک (ایران اچ پی) اولین نفری باشید که مقالات و محتواهای ناب و تخصصی را دریافت می کنید.

تبریک، شما با موفقیت در خبرنامه عضو شدید.