Προοπτική ανάπτυξης της βιομηχανίας GPU το 2020

Αναζητώντας τα ίχνη της ανάπτυξης από τους γίγαντες του κόσμου

Λειτουργία και ταξινόμηση της GPU

Η GPU (μονάδα επεξεργασίας γραφικών, επεξεργαστής γραφικών) είναι επίσης γνωστή ως το τσιπ οθόνης. Χρησιμοποιείται κυρίως σε προσωπικούς υπολογιστές, σταθμούς εργασίας, οικοδεσπότες παιχνιδιών και κινητές συσκευές (έξυπνα τηλέφωνα, υπολογιστές tablet, συσκευές VR) για την εκτέλεση λειτουργιών γραφικών.

Η δομή καθορίζει ότι η GPU είναι πιο κατάλληλη για παράλληλους υπολογιστές. Η κύρια διαφορά μεταξύ GPU και CPU έγκειται στην αρχιτεκτονική cache on-chip και στη δομή της μονάδας λειτουργίας ψηφιακής λογικής: ο αριθμός των πυρήνων GPU (ειδικά οι υπολογιστικές μονάδες Alu) είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν της CPU, αλλά η δομή του είναι απλούστερη από αυτήν της CPU, έτσι ονομάζεται δομή πολλαπλών πυρήνων. Η δομή πολλαπλών πυρήνων είναι πολύ κατάλληλη για την παράδοση της ίδιας ροής εντολών στο πολυπύρηνο παράλληλα, χρησιμοποιώντας διαφορετικά δεδομένα εισόδου για εκτέλεση, έτσι ώστε να ολοκληρωθούν οι μαζικές και απλές λειτουργίες στην επεξεργασία γραφικών, όπως ο ίδιος μετασχηματισμός συντεταγμένων για κάθε κορυφή και υπολογισμός της τιμής χρώματος κάθε κορυφής σύμφωνα με το ίδιο μοντέλο φωτισμού. Η GPU κάνει χρήση των πλεονεκτημάτων της επεξεργασίας τεράστιων δεδομένων και αντισταθμίζει το μειονέκτημα του μεγάλου λανθάνοντος χρόνου βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση δεδομένων.

Σε γενικές γραμμές, οι καταναλωτές θα δώσουν μεγαλύτερη προσοχή στην απόδοση της CPU (κεντρική μονάδα επεξεργασίας) όταν αγοράζουν καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα, όπως κινητά τηλέφωνα ή φορητούς υπολογιστές, όπως η μάρκα, η σειρά και ο αριθμός πυρήνων της CPU, ενώ η GPU λαμβάνει λιγότερη προσοχή. Η GPU (μονάδα επεξεργασίας γραφικών), καθώς και ο επεξεργαστής γραφικών, είναι ένα είδος μικροεπεξεργαστή που μπορεί να κάνει λειτουργίες σχετικές με εικόνες και γραφικά σε προσωπικούς υπολογιστές, σταθμούς εργασίας, μηχανές παιχνιδιών και ορισμένες φορητές συσκευές (όπως υπολογιστές tablet, έξυπνα τηλέφωνα κ.λπ.) . Στην αρχή της γέννησης του υπολογιστή, υπήρχε η ιδέα της GPU και όλοι οι υπολογισμοί γραφικών έγιναν από την CPU. Ωστόσο, η ταχύτητα χρήσης CPU για τον υπολογισμό γραφικών είναι αργή, οπότε μια ειδική κάρτα επιταχυντή γραφικών έχει σχεδιαστεί για να βοηθά στον υπολογισμό γραφικών. Αργότερα, η NVIDIA πρότεινε την ιδέα της GPU, η οποία προωθούσε την GPU σε κατάσταση ξεχωριστής υπολογιστικής μονάδας.

Η CPU αποτελείται γενικά από λογική μονάδα λειτουργίας, μονάδα ελέγχου και μονάδα αποθήκευσης. Αν και η CPU έχει πολλούς πυρήνες, ο συνολικός αριθμός δεν υπερβαίνει τα δύο ψηφία και κάθε πυρήνας έχει αρκετή προσωρινή μνήμη. Η CPU έχει αρκετούς αριθμούς και λογικές μονάδες λειτουργίας και διαθέτει πολλά υλικά για να επιταχύνει την κρίση του κλάδου και ακόμη πιο περίπλοκη λογική κρίση. Επομένως, η CPU έχει σούπερ λογική ικανότητα. Το πλεονέκτημα της GPU έγκειται στον πολυπύρηνο, ο αριθμός των πυρήνων είναι πολύ μεγαλύτερος από αυτόν της CPU, η οποία μπορεί να φτάσει εκατοντάδες, κάθε πυρήνας έχει σχετικά μικρή προσωρινή μνήμη και ο αριθμός των μονάδων λειτουργίας ψηφιακής λογικής είναι μικρός και απλός. Επομένως, η GPU είναι πιο κατάλληλη για παράλληλους υπολογιστές δεδομένων από την CPU

Υπάρχουν δύο τρόποι ταξινόμησης της GPU, ο ένας βασίζεται στη σχέση μεταξύ GPU και CPU, ο άλλος βασίζεται στην κατηγορία εφαρμογών της GPU. Σύμφωνα με τη σχέση με την CPU, η GPU μπορεί να χωριστεί σε ανεξάρτητη CPU και GPU. Η ανεξάρτητη GPU είναι συνήθως συγκολλημένη στην πλακέτα κυκλώματος της κάρτας γραφικών και βρίσκεται κάτω από τον ανεμιστήρα της κάρτας γραφικών. Η ανεξάρτητη GPU χρησιμοποιεί μια αποκλειστική μνήμη οθόνης και το εύρος ζώνης της μνήμης βίντεο καθορίζει την ταχύτητα σύνδεσης με την GPU. Η ενσωματωμένη GPU είναι γενικά ενσωματωμένη στη CPU. Η ενσωματωμένη GPU και CPU μοιράζονται έναν ανεμιστήρα και προσωρινή μνήμη. Η ενσωματωμένη GPU έχει καλή συμβατότητα επειδή ο σχεδιασμός, η κατασκευή και το πρόγραμμα οδήγησης της ενσωματωμένης GPU ολοκληρώνονται από τον κατασκευαστή της CPU. Επιπλέον, λόγω της ενσωμάτωσης της CPU και της GPU, ο χώρος της ενσωματωμένης GPU είναι μικρός. Η απόδοση της ενσωματωμένης GPU είναι σχετικά ανεξάρτητη και η κατανάλωση ισχύος και το κόστος της ενσωματωμένης GPU είναι σχετικά ανεξάρτητες λόγω της ολοκλήρωσης της CPU και της CPU. Η ανεξάρτητη GPU διαθέτει ανεξάρτητη μνήμη βίντεο, μεγαλύτερο χώρο και καλύτερη απαγωγή θερμότητας, επομένως η απόδοση της ανεξάρτητης κάρτας γραφικών είναι καλύτερη. αλλά χρειάζεται επιπλέον χώρο για να καλύψει τις πολύπλοκες και τεράστιες ανάγκες επεξεργασίας γραφικών και να παρέχει αποτελεσματικές εφαρμογές κωδικοποίησης βίντεο. Ωστόσο, η ισχυρή απόδοση σημαίνει υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας, οι ανεξάρτητες GPU απαιτούν επιπλέον τροφοδοσία και το κόστος είναι υψηλότερο.

Ανάλογα με τον τύπο του τερματικού εφαρμογής, μπορεί να χωριστεί σε pcgpu, GPU διακομιστή και GPU για κινητά. Το Pcgpu εφαρμόζεται σε υπολογιστή. Σύμφωνα με τη θέση του προϊόντος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ενσωματωμένη GPU είτε αυτόνομη GPU. Για παράδειγμα, εάν ο υπολογιστής είναι κυρίως ελαφρύ γραφείο και επεξεργασία κειμένου, το γενικό προϊόν θα επιλέξει να φέρει ενσωματωμένη GPU. Εάν ο υπολογιστής πρέπει να παράγει εικόνες υψηλής ευκρίνειας, να επεξεργάζεται βίντεο, να δίνει παιχνίδια κ.λπ., το επιλεγμένο προϊόν θα φέρει μια ανεξάρτητη GPU. Ο διακομιστής GPU εφαρμόζεται σε διακομιστές, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επαγγελματική οπτικοποίηση, επιτάχυνση υπολογιστών, βαθιά μάθηση και άλλες εφαρμογές. Σύμφωνα με την ανάπτυξη μιας σειράς τεχνολογιών όπως το cloud computing και η τεχνητή νοημοσύνη, ο διακομιστής GPU θα είναι κυρίως ανεξάρτητος GPU. Το κινητό τερματικό γίνεται πιο λεπτό και λεπτότερο και ο εσωτερικός καθαρός χώρος του τερματικού έχει μειωθεί γρήγορα λόγω της αύξησης πολλαπλών λειτουργικών μονάδων. Ταυτόχρονα, όσον αφορά την επεξεργασία του βίντεο και της εικόνας από το κινητό τερματικό, η ενσωματωμένη GPU μπόρεσε να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις. Επομένως, η κινητή GPU υιοθετεί γενικά ενσωματωμένη GPU.