واحد پردازش گرافیکی یا gpu چیست و چه کاربردی دارد؟

اگر تا به حال نام GPU به گوشتان خورده و برایتان سؤال شده که GPU چیست، باید بدانید این قطعه همان مغز گرافیکی سیستم است که وظیفه پردازش تصاویر، ویدئوها و محاسبات موازی سنگین را بر عهده دارد. به زبان ساده، CPU یا پردازنده مرکزی برای اجرای کارهای عمومی طراحی شده، اما GPU به‌طور تخصصی برای پردازش‌های گرافیکی ساخته شده و همین موضوع آن را به بخش جدایی‌ناپذیر کامپیوترهای شخصی، لپ‌تاپ‌ها، سرورها و حتی گوشی‌های هوشمند تبدیل کرده است.

GPU فقط برای اجرای بازی‌ها نیست؛ بلکه در زمینه‌هایی مثل یادگیری ماشین، رندرینگ سه‌بعدی و هوش مصنوعی هم نقشی کلیدی ایفا می‌کند. اگر قصد ارتقای سیستم یا سرور خود را دارید، آشنایی با عملکرد GPU و گزینه‌های موجود در بازار اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل پیش از تصمیم به خرید کارت گرافیک سرور یا کارت‌های گرافیک مخصوص دسکتاپ، لازم است تفاوت‌ها و کاربردهای GPU را بدانید.

پردازنده گرافیکی یا GPU چیست؟

GPU یا واحد پردازش گرافیکی (Graphics Processing Unit) تراشه‌ای است که وظیفه اصلی آن پردازش و رندر تصاویر، ویدئوها و محتوای سه‌بعدی است. به زبان ساده پردازنده گرافیکی یا gpu مغز گرافیکی سیستم و مخصوص پردازش تصویری و محاسبات موازی است. برخلاف CPU که برای پردازش عمومی ساخته شده، GPU در پردازش‌های موازی تخصص دارد و می‌تواند هزاران داده تصویری را به‌طور همزمان پردازش کند. به همین دلیل GPU برای بازی‌های کامپیوتری، نرم‌افزارهای طراحی سه‌بعدی و حتی حوزه‌هایی مثل هوش مصنوعی و یادگیری ماشین ضروری است.

GPU مخفف چیست؟

کلمه GPU مخفف عبارت Graphics Processing Unit است که در فارسی «واحد پردازش گرافیکی» ترجمه می‌شود. این اصطلاح با واژه «کارت گرافیک» یکی نیست؛ چون GPU فقط تراشه پردازنده است، اما کارت گرافیک (Graphic Card) یک برد کامل شامل GPU، حافظه اختصاصی (VRAM)، مدار تغذیه و سیستم خنک‌کننده است.

موارد استفاده از جی پی یو چیست؟

هر پردازشی که قابلیت موازی سازی در پردازش داشته باشد می‌تواند از کارت گرافیک استفاده کند. ادیت فایل های گرافیکی، بازی و گیم، عکسبرداری در علوم پزشکی، محاسبات آماری، الگوریتم ها و موتورهای جستجو، دیتا ماینینگ، محاسبات پیچیده فیزیک کوانتوم، معادلات دیفرانسیل، الگوریتم های برنامه های پردازش آب و هوا از این دست برنامه ها هستند. این برنامه ها علاوه بر پردازش موازی، حجم زیادی داده برای پردازش دارند که استفاده از کارت گرافیک را برای آنها مناسب می‌کند.

GPU در ادیت ویدئو و Enoding Video و رندرینگ ویدئو، برنامه های CAD/CAM مانند اتوکد هم چنین در بازی ها کارایی بالایی دارد.

انواع gpuچیست؟

به طور کلی GPUها در سه نوع اصلی دسته‌بندی می‌شوند:

1. GPU مجتمع (iGPU – Integrated GPU): روی همان تراشه CPU یا مادربرد قرار دارد و از حافظه سیستم استفاده می‌کند. برای کارهای روزمره مثل وب‌گردی، آفیس، تماشای فیلم و لپ‌تاپ‌های دانشجویی مناسب است.
2. GPU مجزا (dGPU – Dedicated GPU): به‌صورت یک کارت گرافیک مستقل با حافظه اختصاصی (VRAM) عرضه می‌شود. این نوع برای بازی‌های سنگین، نرم‌افزارهای گرافیکی، رندرینگ و کاربردهای حرفه‌ای انتخاب اصلی است.
3. GPU خارجی (eGPU – External GPU): به‌صورت یک ماژول جداگانه از طریق پورت‌هایی مثل Thunderbolt به لپ‌تاپ یا سیستم وصل می‌شود و توان گرافیکی دستگاه را افزایش می‌دهد. این گزینه بیشتر برای لپ‌تاپ‌هایی استفاده می‌شود که کارت گرافیک داخلی قدرتمندی ندارند.

به همین دلیل هنگام خرید یا ارتقای سیستم، شناخت انواع GPU به شما کمک می‌کند تا گزینه‌ای متناسب با نیاز خود، از استفاده عمومی گرفته تا کارهای حرفه‌ای مثل هوش مصنوعی یا طراحی سه‌بعدی، انتخاب کنید.

تفاوت gpu و کارت گرافیک چیست؟

خیلی‌ها تصور می‌کنند GPU و کارت گرافیک یک چیز هستند، اما در واقع GPU فقط تراشه پردازشی است که وظیفه انجام محاسبات گرافیکی و رندر تصاویر را دارد. در مقابل، کارت گرافیک یک برد کامل است که علاوه بر GPU، شامل اجزای دیگری مثل حافظه اختصاصی (VRAM)، مدار تغذیه و خنک‌کننده می‌شود. به زبان ساده، GPU مغز گرافیک است و کارت گرافیک همان بدنی است که این مغز درون آن قرار گرفته. بنابراین وقتی می‌خواهید سیستم خود را ارتقا دهید، باید بدانید خرید GPU به‌تنهایی ممکن نیست و معمولاً با کارت گرافیک کامل عرضه می‌شود.

تفاوت GPU، CPU و APU

CPU یا واحد پردازش مرکزی مغز اصلی سیستم است که وظیفه اجرای دستورات عمومی و مدیریت تمام بخش‌های کامپیوتر را بر عهده دارد. GPU یا واحد پردازش گرافیکی، در مقابل برای پردازش‌های موازی و سنگین مثل رندر تصاویر، ویدئو یا اجرای بازی‌ها طراحی شده و در این زمینه بسیار سریع‌تر از CPU عمل می‌کند. اما APU ترکیبی از هر دو است؛ تراشه‌ای (اغلب از برند AMD) که CPU و GPU را در یک قالب ادغام کرده و تعادلی بین کارایی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی فراهم می‌کند. به زبان ساده، CPU برای کارهای عمومی، GPU برای پردازش‌های گرافیکی و موازی، و APU برای سیستم‌های اقتصادی و سبک طراحی شده است.

پردازنده ها قبل از ظهور کارت گرافیک

طبق قانون مور، هر دو سال باید تعداد ترانزیستورهایی که در ساخت تراشه استفاد می‌شود دو برابر شود. از زاویه دیگر یعنی هر دو سال ابعاد تراشه نصف می‌شود. واضح است که از نظر فیزیکی محدودیت هایی در نصف شدن ابعاد خواهیم داشت. پردازنده ها به جایی رسیدند که دیگر افزایش سرعت از طریق افزایش فرکانس کاری هسته پردازشی ممکن نبود. محدودیتی به نام چگالی توان باعث می‌شد دیگر نتوانیم تعداد بیشتری ترانزیستور را در یک نقطه تجمیع کنیم. چگالی توان یعنی دمایی که در یک نقطه در واحد تراشه ایجاد می‌شود نباید از یک حدی بیشتر باشد وگرنه باعث سوختگی و Fail شدن سیستم می‌شود. سیستم کولینگ هم پاسخگوی این دمای زیاد نبود و در نتیجه رویکرد قانون مور در شرف شکست بود.

راهکاری که محققین در این زمینه پیش گرفتند ایده ای بود که در سوپر کامپیوترها سال ها استفاده می‌شد: استفاده از چندین پردازنده برای پردازش؛ مدل چند هسته و چند پردازنده را در یک تراشه CPU پیاده کنند و به جای اینکه یک هسته با قدرت پردازشی زیاد داشته باشیم، چند هسته با مدل پردازش موازی را کنار هم استفاده کنیم. با این راهکار قانون مور پابرجا ماند.

تاریخچه ظهور پردازنده گرافیکی یا GPU

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 این سوال که کار پردازنده گرافیکی چیست، می توان گفت: پردازنده های گرافیکی قابل نصب در کامپیوترها و لپ تاپ ها، کنسول های بازی، ورک استیشن ها و سرورها در رندرینگ تصاویر، ویدئوها و فایل های گرافیکی بدون وارد آمدن فشار روی cpu. سهم مهمی دارند. 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
• آداپتور گرافیکی یا Graphic Ada

پردازش همه منظوره توسط واحد پردازنده گرافیکی، پدیده ای نو ظهور است و استفاده از پردازنده گرافیکی به سرعت در حال افزایش. در دهه‌های 80 و 90 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 شرکت Graphic Silicon پردازنده‌های گرافیکی با توانایی عرضه تصویر سه بعدی را برای اولین بار وارد بازار کرد و در سال 1992 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” می‌توان 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 3dfx شد. ورود کارت گرافیکی 256 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 3 GeForce توسط شرکت NVIDIA در سال 2001 نقطه عطفی در تاریخچه تکنولوژی پردازنده گرافیکی است.

سری 3 GeForce اولین پردازنده های گرافیکی بودند که توانستند واسط برنامه نویسی گرافیکی استاندارد DirectX 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.

معماری و نحوه عملکرد جی پی یو

حدود 5 سال بعد از انتشار سری 3 GeForce پردازش از طریق پردازنده گرافیکی وارد عصر تازه‌ای شد. در نوامبر 2006 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 2007 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.

مقایسه‌ای از میزان استفاده از پردازنده گرافیکی و معماری CUDA در سال‌های 2008 و 2013 در تصویر زیر نشان داده شده است. پردازنده های گرافیکی دارای معماری CUDA از 100 میلیون به 430 میلیون رسید، دانلود ابزار CUDA از 150 هزار به 6/1 میلیون رسید و مقالاتی که در این زمینه عرضه شد از 60 مقاله به 37000 مقاله رسید که همگی خبر از محبوبیت بالای معماری CUDA و کاربردی بودن آن در زمینه‌های مختلف می‌داد.

از سال 2001 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 و مکانیزمی مناسب برای خطایابی کد نبود. 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 باشد و همچنین باید بر قالبهایی مانند OpenGL و DirectX هم مسلط باشد. 

سوالات متداول کاربران درباره gpu چیست

GPU در کامپیوتر چیست؟
GPU یا پردازنده گرافیکی قطعه‌ای است که وظیفه پردازش تصاویر، ویدئوها و رندر گرافیکی را در کامپیوتر بر عهده دارد. هرچه GPU قوی‌تر باشد، اجرای بازی‌ها و نرم‌افزارهای گرافیکی روان‌تر خواهد بود.

گرافیک لپ‌تاپ چیست؟
گرافیک لپ‌تاپ همان پردازنده گرافیکی است که به دو صورت مجتمع (iGPU) و مجزا (dGPU) وجود دارد. iGPU روی CPU تعبیه می‌شود و برای کارهای سبک مناسب است، اما dGPU کارت گرافیک مستقل است و قدرت بالاتری برای بازی یا طراحی دارد.
پردازنده گرافیکی چیست؟
پردازنده گرافیکی، واحد پردازش گرافیکی یا GPU یک تراشه تخصصی برای پردازش موازی داده‌های تصویری است. این قطعه بار سنگین پردازش گرافیک را از دوش CPU برمی‌دارد.

تفاوت GPU و کارت گرافیک چیست؟
GPU فقط تراشه پردازشی است، در حالی که کارت گرافیک یک برد کامل شامل GPU، حافظه اختصاصی (VRAM)، سیستم خنک‌کننده و مدار تغذیه است. برای آشنایی بیشتر با کارت گرافیک می‌توانید مقاله «کارت گرافیک چیست؟» را بخوانید.

فرق CPU و GPU چیست؟
CPU یا پردازنده مرکزی برای پردازش‌های عمومی طراحی شده، در حالی که GPU برای پردازش موازی و کارهای گرافیکی تخصصی ساخته شده است.

واحد نمایش بصری چه نام دارد؟
به واحد نمایش بصری در سیستم، VPU (Visual Processing Unit) گفته می‌شود که در واقع همان GPU یا واحد پردازش گرافیکی است.

کاربرد واحد پردازش گرافیکی چیست؟
GPU در بازی‌ها، نرم‌افزارهای گرافیکی، رندرینگ ویدئو، پردازش‌های سه‌بعدی، یادگیری ماشین و حتی محاسبات علمی و هوش مصنوعی نقش کلیدی دارد.

گفتگوی ویدئویی TechTalk: پردازنده های گرافیکی و GPU

عناوین مهمی که در این ویدئوی 16 دقیقه‌ای می‌بینید در ادامه آمده است:

عناوین مورد بررسی:

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

آنچه درباره gpu آموختیم

در نهایت، حالا که متوجه شدیم GPU چیست و چه نقشی در کامپیوتر، لپ‌تاپ و سرور دارد، زمان انتخاب و خرید بسیار مهم می‌شود. چون تنوع کارت‌های گرافیک در بازار بالاست و هرکدام برای کاربری خاصی طراحی شده‌اند، پیشنهاد می‌کنیم قبل از خرید دستگاه جدید یا ارتقای سیستم، حتماً از کارشناسان مشاوره بگیرید؛ برای اینکار کافیست با شماره 0218363 تماس بگیرید. همچنین می‌توانید مشخصات فنی کارت‌های گرافیک لپ تاپ ها را از طریق لینک زیر و بخش مشخصات فنی بررسی کنید و بعد با توجه به نیاز و بودجه خود، بهترین گزینه را انتخاب کنید.

خرید و قیمت لپ تاپ در فالنیک

برای اطلاع از قیمت لپ تاپ و خرید لپ تاپ با مشاوره تخصصی رایگان و گارانتی معتبر ۱۸ ماهه از فروشگاه فالنیک دیدن کنید.

قیمت لپ تاپتماس تلفنی