انواع کاربردهای GPU چیست؟
فهرست
واحد پردازش گرافیکی (GPU) نوعی تراشه در رایانه است که برای پردازش تصاویر دو یا سه‌بعدی طراحی می‌شود. این بخش از رایانه می‌تواند محاسبات ریاضی سریع و پیچیده‌ای را انجام دهد و نمایش تصاویر روی دستگاه‌های دیجیتالی مختلف را ممکن کند. با وجود همین تراشه است که تصاویری را روی صفحه نمایش رایانه یا موبایل می‌بینید. در ادامه، از این قطعه کامپیوتری بیشتر برایتان می‌گوییم.
درباره GPU
جی پی یو (GPU) یا همان واحد پردازش گرافیکی، یکی از مهم‌ترین انواع فناوری محاسباتی است. در یک کلام، از GPU برای تولید و نمایش تصاویر استفاده می‌شود. این قطعات رایانه‌ای در ابتدا با هدف سرعت‌بخشیدن به ارائه گرافیک‌های دو و سه‌بعدی طراحی شده بودند، اما حالا در تولید تصاویر و ویدئوهای هوش مصنوعی هم کاربرد گسترده‌ای دارند. با گذشت زمان، این تراشه‌ها انعطاف‌پذیرتر شده‌اند و قابلیت برنامه‌ریزی بیشتری پیدا کرده‌اند. حالا جی‌پی‌یوها به برنامه‌نویسان اجازه می‌دهند که جلوه‌های بصری مطلوب‌تر و تصاویر واقعی‌تری را روانه صفحات نمایش دستگاه‌های دیجیتالی کنند. به مدد وجود فناوری‌های تازه‌تری مانند نورپردازی و سایه، پردازنده‌های گرافیکی امکانات تصویری جذاب‌تری در اختیار کاربران قرار می‌دهند. با خرید محصولات دیجیتال باکیفیت، سرعت عملکردهای مختلف از جمله بازی‌ها بالا و بالاتر می‌رود. در این مقاله به‌طور کامل خواهیم گفت GPU چیست و چه کاربردهایی دارد.
کاربردهای جی پی یو (GPU) چیست؟
GPUها یا همان واحدهای پردازش گرافیکی رایانه‌ها کاربردهای رنگارنگ و بسیار متنوعی دارند. از این قطعات در محاسبات سنگین از جمله امور مالی با مقیاس‌های چشم‌گیر و بزرگ تا فعالیت‌های تحقیقاتی مختلف استفاده می‌شود. اما اجازه بدهید که به‌سراغ کاربردهای قابل درک‌تر و رایج‌تر آن‌ها برویم.
بازی‌ها
شاید نخستین کاربرد غیرجدی جی‌پی‌یوها در زمینه‌ای به غیر از کاربردهای تجاری و دولتی بزرگ، استفاده در حوزه تجسم‌سازی و تصویرسازی رایانه‌ای بوده است. از این تراشه‌ها در دهه ۱۹۸۰ میلادی در کنسول‌های بازی استفاده شد. GPUها برای رندرینگ گرافیکی پیچیده ضروری هستند. منظور از رندرینگ گرافیکی (Rendering) فرایندی است که در آن، یک مدل سه‌بعدی یا دوبعدی به یک تصویر دوبعدی تبدیل می‌شود. در این صورت، تصویر قابلیت نمایش روی صفحه نمایش را پیدا می‌کند و امکان چاپ آن هم به وجود می‌آید. به عبارت دقیق‌تر، رندرینگ همان روندی است که رایانه برای تبدیل مدل‌های سه بعدی طراحی‌شده در نرم‌افزارهای گرافیکی به تصاویر واقعی و قابل مشاهده انجام می‌دهد. این ویژگی‌‌ها نقش جی‌پی‌یو در بازی‌های رایانه‌ای را به شدت مهم و پررنگ کرده‌اند.
تجسم حرفه‌ای
GPUها در کاربردهای حرفه‌ای گوناگون دیگری هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای مثال باید به این موارد اشاره کنیم:
- طراحی به‌کمک کامپیوتر (CAD)؛
- ویرایش ویدئو؛
- راهنمایی و تعامل محصول؛
- تصویربرداری پزشکی و تصویربرداری لرزه‌ای.
این تراشه‌ها برای انواع ویرایش و تجسم تصویر و ویدئو به کار می‌روند.
یادگیری ماشینی
یادگیری ماشینی (Machine Learning) که از زیرمجموعه‌های هوش مصنوعی است هم با جی پی یو ارتباط دارد. منظور از یادگیری ماشینی همان استفاده از داده‌ها برای شناسایی الگوها و پیش‌بینی امور مختلف است. در واقع، یادگیری ماشینی به رایانه‌ها اجازه می‌دهد تا از تجربه‌ها و داده‌های قبلی یاد بگیرند و عملکردهایشان را بهتر کنند. حالا اگر بخواهیم بگوییم که ارتباط یادگیری ماشینی با GPU چیست باید بگوییم که با GPU، امکان فراهم‌کردن قدرت محاسباتی بالاتر برای پیش‌برد محاسبات ریاضی موازی در فرایند یادگیری ماشینی مقدور می‌شود. جی‌پی‌یو نقش بسیار مهمی در تسریع فرایند آموزش و استنتاج مدل‌های یادگیری ماشینی ایفا می‌کند.
بلاک‌چین
ارزهای دیجیتال روی شبکه‌های غیرمتمرکز و بدون ناظری به نام بلاک‌چین‌ها ساخته می‌شوند. بعضی از انواع بلاک‌چین‌ها برای اینکه به‌درستی و با دقت زیاد کار کنند، به GPUها نیاز دارند. توضیح و شرح ارتباط میان این‌ها خیلی گسترده و پیچیده است. برای همین، درحال حاضر به این اکتفا کنید که جی‌پی‌یو در حوزه‌های متنوع از جمله دنیای جذاب و وسیع بلاک‌چین‌ها هم کاربرد دارد.
شبیه‌سازی
کاربردهای پیشرفته شبیه‌سازی مانند استفاده از آن در دینامیک مولکولی، پیش‌بینی آب‌وهوا و اخترفیزیک با وجود جی پی یو معنا پیدا می‌کند. GPUها در طراحی خودرو و وسایل نقلیه بزرگ، از جمله دینامیک سیالات هم کاربرد دارند و این یعنی با تراشه‌ای روبه‌رو هستیم که در هر زمینه‌ای مفید است و با مزایای فراوان، ردپایی از خود به جا می‌گذارد.
نحوه عملکرد GPU چیست؟
GPUها به‌طور معمول شامل چندین پردازنده با تعدادی هسته هستند. و اجزای زیر را در خود دارند:
- بلوک حافظه اشتراکی؛
- تعدادی پردازنده؛
- رجیسترهای متناظر.
خود GPU دارای حافظه ثابت و حافظه دستگاه روی بوردی است که در آن قرار می‌گیرد. هر GPU بنا به هدف و کاربرد، مشخصات تراشه و نرم‌افزاری که برای هماهنگی GPU استفاده می‌شود، به شکل متفاوتی عمل می‌کند. برای نمونه، نرم‌افزار پردازش موازی CUDA شرکت انویدیا به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا GPU را با هر برنامه پردازش موازی عمومی تقریباً هدفمندی برنامه‌ریزی کنند. جی‌پی‌یوها می‌توانند به دو شکل فعالیت کنند:
- در قالب تراشه‌های مستقل، معروف به GPUهای مجزا؛
- همراه با سایر سخت‌افزارهای محاسباتی ترکیب‌شده، معروف به GPUهای مجتمع (iGPUها).
جی‌پی‌یوهای مجزا
جی‌پی‌یوهای مجزا به‌عنوان تراشه‌ای تعریف می‌شوند که مستقل از بخش‌های دیگر یک دستگاه رایانه‌ای و برای اقداماتی مانند پردازش تصاویر یا شبیه‌سازی‌ها برای یادگیری ماشینی کاربرد دارند.
هنگامی که از این قطعات در بخش گرافیک رایانه استفاده می‌شود، به‌طور معمول روی یک کارت گرافیکی در مادربرد (motherboard) دستگاه قرار می‌گیرند. در موارد دیگر و برای سایر کاربردها هم روی یک کارت متفاوت یا مستقیماً روی مادربرد قرار می‌گیرند.
GPUهای مجتمع
در اوایل سال ۲۰۲۰ میلادی، کم‌کم جی‌پی‌یوهای مجزا شروع به تغییر شکل کاربری دادند. حالا نوبت جی‌پی‌یوهای مجتمع بود که در زمینه‌های گوناگون مورد استفاده قرار بگیرند. دیگر ترکیب CPU و GPU روی یک تراشه، معروف به iGPU رایج شد و اولین مورد از این iGPUها برای PC، خطوط Celeron، Pentium و Core شرکت اینتل بودند. نوع دیگری از iGPU، سیستم روی یک تراشه (SoC) است که شامل اجزایی مانند CPU، GPU، حافظه و شبکه‌سازی می‌شود. این نوع تراشه‌ها به‌طور معمول در گوشی‌های هوشمند هم دیده می‌شوند.
مجازی
GPUها هم مانند انواع دیگری از سخت‌افزارها می‌توانند حالت مجازی داشته باشند. جی پی یوهای مجازی نوعی نمایش نرم‌افزاری از یک GPU هستند که فضای خود را در کنار سایر GPUهای مجازی روی نمونه‌های سرور ابری به اشتراک می‌گذارند. با وجود چنین امکاناتی، دیگر نیاز به نگرانی بابت نگهداری از سخت‌افزارها و زیرساخت‌های لازم برای استفاده از آن‌ها وجود ندارد.
مزایای GPU چیست؟
کاربرد جی‌پی‌یوها گسترده است و مزایای فراوانی دارند. اگر بخواهیم نگاهی اجمالی به حضور و کارکرد آن‌ها در حوزه فناوری‌های دیجیتالی داشته باشیم به موارد زیر می‌رسیم:
- با وجود سرورهای جی پی یو، قدرت پردازش رایانه‌ها به‌‌شدت بالاتر می‌رود. نتیجه چنین امتیازی، پردازش سریع‌تر داده‌ها و اجرای بی‌دردسر و روان برنامه‌های مختلف رایانه‌ای خواهد بود.
- با گرافیک جذابی که با GPU ارائه می‌شود، تجربه کاربران در استفاده از رایانه، موبایل و برنامه‌های مختلف آن‌ها، تغییر و ارتقا پیدا می‌کند.
- کاربرد جی پی یو در هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی این‌گونه است که به تحلیل سریع‌تر و دقیق‌تر داده‌های بزرگ و محاسبات پیچیده هم کمک می‌کند. در نتیجه، حوزه‌های مختلفی از جمله رباتیک با سرعت بهتری پیشرفت می‌کنند.
جی‌پی‌یوها می‌توانند محاسبات علمی را سریع‌تر و دستاوردهای مهندسی را جذاب‌تر و کاربردی‌تر کنند. یکی از ویژگی‌های مهم GPUها انعطاف‌پذیری آن‌ها است. این شاخصه باعث می‌شود که بنا به نیازهای کاربران، قابلیت تطبیق‌پذیری با رایانه موردنظر را داشته باشند. با چنین ابزارهایی در دست، سرعت پیش‌برد امور مختلف رایانه‌ای بیشتر و بیشتر می‌شود. امکان اضافه‌کردن قطعات مجزای رایانه‌ای به انواع سیستم‌ها وجود دارد و با خرید قسطی در اسنپ شاپ هم می‌توانید شمار متنوعی از آن‌ها را برای سیستم‌های رایانه‌ای خود تهیه کنید.
| مزیت | شرح و توضیح |
| سرعت و کارایی بالا در محاسبات موازی | تعداد هسته‌های پردازشی زیاد، انجام هم‌زمان عملیات‌های موازی، بهینه‌سازی برای محاسبات گرافیکی |
| شتاب‌دهی به یادگیری ماشین و هوش مصنوعی | آموزش سریع مدل‌های یادگیری عمیق، استنتاج سریع |
| بهبود عملکرد در بازی‌های کامپیوتری | گرافیک روان و با کیفیت بالا، پشتیبانی از رزولوشن‌های بالا و نرخ‌های نوسازی بالا |
| کاربرد در حوزه‌های مختلف | ویرایش ویدئو، طراحی سه‌بعدی، تحلیل داده‌ها، شبیه‌سازی‌های علمی، ارزهای دیجیتال |
| انعطاف‌پذیری و قابلیت برنامه‌ریزی | پشتیبانی از زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف، قابلیت برنامه‌ریزی برای کاربردهای مختلف |
تفاوت CPU و GPU چیست؟
تفاوت اصلی بین CPU و GPU، کارکرد و هدفی است که هریک دارند. این دو اصلاً ارتباطی به هم ندارند و برای مثال، در یک دستگاه بازی یا یک لپ تاپ و رایانه شخصی، اهداف کاملاً متفاوتی را دنبال می‌کنند.
به‌طور کلی، CPU کنترل کامل سیستم، مدیریت و وظایف عمومی را بر عهده دارد اما GPU وظایف محاسباتی سنگین مانند ویرایش ویدئو یا یادگیری ماشین را انجام می‌دهد.
به‌طور دقیق‌تر، پردازنده مرکزی CPU برای انجام وظایفی مانند موارد زیر طراحی می‌شود:
- انجام چند کار به‌طور هم‌زمان در سیستم حافظه و ذخیره‌سازی؛
- انجام چند کار به‌طور هم‌زمان در برنامه‌های مختلف؛
- سازمان‌دهی عملیات ورودی و خروجی؛
- پیش‌برد عملکردهای شبکه؛
- کنترل دستگاه‌های جانبی؛
- مدیریت سیستم.
برای خرید و تهیه انواع قطعات رایانه‌ای می‌توانید به مجله اسنپ شاپ هم مراجعه کنید. مرور محصولات مختلف و مقایسه گزینه‌های گوناگون، تجربه خرید جذاب و خوشایندی به همراه خواهد داشت.
تفاوت بین GPU و کارت گرافیک چیست؟
شاید شما هم فکر می‌کنید که کارت گرافیک و جی پی یو فرقی با هم ندارند. باید بگوییم که اشتباه می‌کنید. هریک از این‌ها، قطعه‌ای مستقل است که کاربردهای مخصوص به خود را دارد. کارت‌های گرافیکی یک برد افزودنی (AIB) هستند که در مکانی روی مادربرد رایانه قرار می‌گیرند. کارت‌های گرافیک در خود رایانه تعبیه نمی‌شوند و قابل‌تعویض هستند. هر کارت گرافیکی شامل بخش‌هایی از جمله جی‌پی‌یو می‌شود. جی پی یو در کنار موارد زیر در کارت گرافیکی قرار می‌گیرد:
- رم ویدئویی (VRAM) برای حافظه ویدئویی؛
- پورت‌ها (مانند HDMI یا DisplayPort)؛
- قطعه خنک‌کننده.
البته یادتان نرود که هر GPU می‌تواند مستقیماً هم در مادربرد تعبیه شود یا به‌عنوان یک تراشه همه‌کاره در کنار سایر قطعات قرار بگیرد. برای تهیه انواع قطعات رایانه‌ای مجزا مانند جی‌پی‌یو، سرزدن به اسنپ شاپ هم خالی از لطف نخواهد بود.
چشم‌انداز و آینده تولید جی پی یو
دنیای فناوری با سرعت زیادی در حال رشد است. هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و واقعیت مجازی مدام در حال ارتقا هستند و به ابزارهای قدرتمندتری هم نیاز دارند. Gpu ها از قطعات مهم و کاربردی برای توسعه این فناوری‌ها هستند و بدیهی است که با گذشت زمان، مدام رشد کنند و بهینه‌سازی شوند. در آینده‌ای نه‌چندان دور، شاهد افزایش قدرت محاسباتی این تراشه‌ها خواهیم بود. این تراشه‌ها در آینده، کوچک‌تر اما قدرتمندتر می‌شوند و انرژی کمتری هم مصرف می‌کنند.
