GPU چیست؛ واحد پردازنده گرافیکی چه کاربردی دارد؟

GPUها (واحدهای پردازش گرافیکی graphics processing unit) مشابه CPUها (واحدهای پردازش مرکزی) هستند به این معنا که هر دو پردازنده هستند، اما از بسیاری جهات اساسی دیگر متفاوت هستند. پردازنده‌های گرافیکی از ساختار موازی ساده‌تر و تخصصی‌تری استفاده می‌کنند که به آن‌ها اجازه می‌دهد تعداد هسته‌های بیشتری نسبت به پردازنده‌های پیچیده‌تر داشته باشند. در این پست یاد خواهیم گرفت که GPU چیست و چه کاربردی دارد.

GPU چیست؟

واحد پردازش گرافیکی (GPU) یک پردازنده موازی است که به محاسبات تکراری در یک برنامه اجازه می‌دهد تا به‌طور هم‌زمان اجرا شوند. پردازنده‌های گرافیکی در اواخر قرن گذشته معرفی شدند تا به واحدهای پردازش مرکزی (CPU) کمک کنند تا با تعداد زیادی از محاسبات مورد نیاز بازی‌های ویدیویی متحرک هماهنگ باشند. GPU محاسبات تکراری را به‌طور هم‌زمان انجام می‌داد، درحالی‌که بقیه برنامه همچنان روی CPU اجرا می‌شد.

با افزایش تقاضا برای برنامه‌های گرافیکی در اواخر قرن گذشته، GPU ها محبوبیت بیشتری پیدا کردند. درنهایت، آن‌ها نه‌تنها یک پیشرفت، بلکه به یک ضرورت برای عملکرد بهینه یک کامپیوتر شخصی تبدیل شدند.

امروزه پردازنده‌های گرافیکی به‌اندازه کافی قدرتمند هستند تا محاسبات ریاضی سریع را به‌صورت موازی برای الگوریتم‌های یادگیری عمیق انجام دهند و تقریباً در هر نوع دستگاه محاسباتی ازجمله تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، نمایشگرها، ایستگاه‌های کاری و کنسول‌های بازی استفاده می‌شوند.

کاربردهای GPU چه چیزی است؟

در دهه 1990، زمانی که انویدیا تولید کننده تراشه آن را ابداع کرد، GPU اصطلاحی رایج برای بخشی شد که گرافیک را روی یک سیستم تأمین می‌کرد. طیف وسیعی از کارت‌های گرافیک GeForce این شرکت اولین موردی بوده است که از فناوری‌های مرتبط با آن استفاده می‌کرد.

برای سیستم شخصی و تجاری، واحد پردازش گرافیکی (GPU) مهم‌ترین نوع فناوری محاسباتی است. GPU برای پردازش موازی طراحی‌شده است و در برنامه‌های مختلف از جمله رندر ویدئو و گرافیک استفاده می‌شود.
در ابتدا، پردازنده‌های گرافیکی برای تسریع در ارائه گرافیک سه‌بعدی طراحی‌شده بودند. آن‌ها با گذشت زمان ماژولارتر و قابل‌برنامه‌ریزی شده‌اند و قابلیت‌های خود را بهبود می‌بخشند. برنامه نویسان گرافیک را با تکنیک‌های پیشرفته قادر می‌سازد تا جلوه‌های بصری هیجان‌انگیزتر و صحنه‌های واقعی‌تری خلق کنند.

پردازنده‌های گرافیکی معمولاً برای ایجاد تجربه‌های بازی با کیفیت بالا، ایجاد رندر فوق‌العاده و طراحی گرافیکی واقعی استفاده می‌شوند. بااین‌حال، برنامه‌های تجاری بسیاری نیز وجود دارد که به تراشه‌های گرافیکی قوی وابسته هستند. امروزه، پردازنده‌های گرافیکی بیش از هر زمان دیگری قابل‌برنامه‌ریزی هستند و این پتانسیل را برای سرعت بخشیدن به برنامه‌های متنوعی که بسیار فراتر از رندر گرافیکی معمولی هستند، به آن‌ها می‌دهد. برنامه‌های مختلفی وجود دارد که می‌توانیم از GPU استفاده کنیم ازجمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

پردازنده گرافیکی برای بازی

بازی‌های ویدیویی از نظر محاسباتی به محاسبات بسیار پیچیده‌ای نیاز دارند. با فناوری جدید نمایشگر، مانند نمایشگرهای 4K و نرخ تازه‌سازی بالا و افزایش بازی‌های واقعیت مجازی، تقاضا برای پردازش گرافیکی به‌سرعت افزایش می‌یابد. بازی‌ها ممکن است با وضوح بهتر، نرخ فریم بهتر یا هرکدام با عملکرد گرافیکی پیشرفته اجرا شوند.

GPU برای یادگیری ماشین

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین چندین بسته هیجان‌انگیز برای فناوری GPU ارائه می‌دهند. ازآنجایی‌که پردازنده‌های گرافیکی قدرت محاسباتی فوق‌العاده‌ای دارند، می‌توانند شتاب فوق‌العاده‌ای را در بارهای کاری که از طراحی بسیار موازی GPU مانند تشخیص تصویر بهره می‌برند، ارائه دهند. بسیاری از فناوری‌های یادگیری پیشرفته به GPU هایی که در ترکیب با CPU کار می‌کنند بستگی دارد.

GPU برای ویرایش ویدیو و ایجاد محتوا

برای سال‌ها، ویراستاران ویدیو، طراحان گرافیک و متخصصان مختلف، مدت‌ها برای ویرایش ویدیو و ایجاد محتوا، با محدودیت‌هایی روبه‌رو بودند. در حال حاضر، پردازش موازی GPU باعث می‌شود رندر ویدیو و گرافیک در فرمت‌های با کیفیت بالاتر آسان‌تر و سریع‌تر شود. علاوه بر این، پردازنده‌های گرافیکی مدرن دارای موتورهای رسانه و نمایشگر خاصی هستند که به تولید و پخش ویدیو کمک می‌کند تا کارآمدتر باشند.

تفاوت بین CPU و GPU

برای اینکه فرق میان CPU و GPU را به‌خوبی درک کنیم ابتدا اجازه دهید که تعریف ساده و کوتاهی را از هر دوتای آن‌ها ارائه دهیم. واحد پردازش مرکزی (CPU): CPU به‌عنوان مغز برای هر سیستم ریشه‌ای شناخته می‌شود. CPU شامل واحد منطق محاسباتی (ALU) است که به‌سرعت برای ذخیره اطلاعات و انجام محاسبات و واحد کنترل (CU) برای انجام توالی دستورات و همچنین انشعاب عادت دارد. CPU برای اجرای دستورات با اجزای کامپیوتر بیشتری مانند حافظه، ورودی و خروجی تعامل دارد.
واحد پردازش گرافیکی (GPU): GPU برای ارائه تصاویر در بازی‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. GPU سریع‌تر از سرعت CPU است و بر توان عملیاتی بالا تأکید دارد. به‌طورکلی با تجهیزات الکترونیکی برای به اشتراک‌گذاری RAM با تجهیزات الکترونیکی که برای اصلی‌ترین کار محاسباتی خوب است، گنجانده‌شده است. این شامل واحدهای ALU بیشتر از CPU است.

تفاوت اساسی بین CPU و GPU این است که CPU بر تأخیر کم تأکید دارد. درحالی‌که GPU بر توان عملیاتی بالا تأکید دارد.

1. CPU مخفف Central Processing Unit است. درحالی‌که GPU مخفف Graphics Processing Unit است.
2. CPU نسبت به GPU حافظه بیشتری مصرف می‌کند یا به حافظه نیاز دارد. درحالی‌که نسبت به CPU حافظه کمتری مصرف می‌کند یا نیاز دارد.
3. سرعت CPU کمتر از سرعت GPU است. درحالی‌که GPU سریع‌تر از سرعت CPU است.
4. CPU حاوی هسته‌های بسیار قدرتمند است. درحالی‌که حاوی هسته‌های ضعیف‌تری است.
5. CPU برای پردازش دستورات سریال مناسب است. درحالی‌که GPU برای پردازش دستورات سریال مناسب نیست.
6. CPU برای پردازش دستورات موازی مناسب نیست. درحالی‌که GPU برای پردازش دستورات موازی مناسب است.
7. تاکید CPU بر تاخیر کم. درحالی‌که GPU بر توان عملیاتی بالا تأکید دارد.

GPU در مقابل کارت گرافیک

GPU و کارت گرافیک دو اصطلاحی هستند که گاهی اوقات به‌جای هم استفاده می‌شوند. بااین‌حال، تفاوت‌های مهمی بین این دو وجود دارد. تفاوت اصلی این است که GPU یک واحد خاص در یک کارت گرافیک است. GPU چیزی است که پردازش واقعی تصویر و گرافیک را انجام می‌دهد. کارت گرافیک چیزی است که تصاویر را به واحد نمایش می‌دهد.

انواع GPU

به‌صورت کلی دو نوع Central Processing Unit وجود دارد:

یکپارچه: گرافیکی که در مادربرد تعبیه‌شده است به‌عنوان GPU یکپارچه شناخته می‌شود و به‌طورکلی در اکثر لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شود، به‌راحتی نمی‌توان آن را ارتقا داد.
گسسته: این‌یک کارت گرافیک خارجی است که یک سخت‌افزار است و به‌عنوان یک قطعه اضافی روی مادربرد اضافه می‌شود. اکثر مردم ممکن است برای کار در کامپیوتر شخصی نیازی به کارت گرافیک خارجی نداشته باشند. کارهای اساسی مانند ایجاد فایل، انجام کارهای اداری، تماشای فیلم، پخش آهنگ‌ها و غیره ممکن است نیازی به کارت گرافیک نداشته باشند؛ اما برای کاربرانی که بازی‌های با وضوح‌بالا و ویرایش ویدیو انجام می‌دهند ممکن است به یک جزء خارجی یعنی کارت گرافیک برای این منظور نیاز داشته باشند.

ویژگی‌های کارت گرافیک

• حافظه: کارت گرافیک حافظه مخصوص به خود را دارد. محدوده حافظه می‌تواند از 128 مگابایت تا 2 گیگابایت باشد.
• پشتیبانی از چند صفحه‌نمایش: اکثر کارت‌های ویدئویی جدید قابلیت اتصال دو نمایشگر به یک کارت رادارند.
• بازی و ویرایش ویدئو: کارت گرافیک گسسته تنها برای یک گیمر نیست، بلکه کسانی که از نرم‌افزار ویرایش ویدیوی پیشرفته استفاده می‌کنند نیز به‌عنوان یک کارت گرافیک با کیفیت بالا کمک می‌کنند تا زمان رندر تصویر را کاهش دهند و محیطی با وضوح‌بالا را نیز به ارمغان می‌آورند.
• ارتباط: کارت گرافیک با استفاده از پورت‌های مختلف به مانیتور متصل می‌شود و درگاه باید هم‌روی مانیتور و هم‌روی کارت گرافیک وجود داشته باشد. این‌ها برخی از پورت‌های رایجی هستند که برای اتصال کارت گرافیک به مانیتور استفاده می‌شوند.

1.  VGA
2. HDMI
3. DVI

سازندگان کارت گرافیک:

دو سازنده اصلی کارت گرافیک گسسته عبارت‌اند از:

• NVIDIA
• AMD

سرور GPU چیست؟

همان‌طور که همه ما می‌دانیم سرور شبکه یک تسهیلات بسیار مهم در اینترنت با حمل مقادیر مختلف ترافیک است که مستلزم آن است که سرور دارای توان عملیاتی سریع، پایداری بالا و قابلیت اطمینان بالا باشد. سرور GPU که در اینجا موردبحث قرار می‌دهیم سروری با کارایی بالا است که با انواع دیگر سرورهای شبکه متفاوت است. استفاده از سرورهای GPU در مراکز داده می‌تواند انقلابی برای شرکت‌ها در پردازش و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها باشد.

سرور GPU نوعی سرویس محاسباتی با کارت GPU است که محاسبات سریع، پایدار و منعطف را فراهم می‌کند و در سناریوهای کاربردی مختلف مانند رمزگذاری و رمزگشایی ویدیو، یادگیری عمیق، محاسبات علمی و غیره استفاده می‌شود. به دلیل پردازش تصویر عالی آن. توانایی و عملکرد محاسباتی کارآمد، سرورهای GPU در محصولات سرور به‌ویژه در عملکرد محاسباتی بسیار رقابتی هستند.

سرور GPU به چه منظوری استفاده می‌شود؟

به‌طورکلی، سرورهای GPU نسبت به انواع دیگر سرورها، سرعت پردازش و تصاویر واضح‌تری دارند. برای سازمان‌هایی با نیازهای محاسباتی بزرگ یا پردازش داده‌های بزرگ، سرورهای GPU می‌توانند انتخاب خوبی برای رفع نیازهای تجاری باشند. در مقایسه با سایر سرورها، سرورهای GPU دارای چندین مزیت هستند.

توانایی پردازش گرافیکی

نقش GPU این است که پس از ساخت اطلاعات ورودی توسط سیستم، رندر شود. درعین‌حال از حافظه بافر برای پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌کند. این اصل عملیاتی عملکردهای پردازش گرافیکی را از هم جدا می‌کند که نه‌تنها تجربه بصری را بهبود می‌بخشد بلکه فشار بر عملکرد کلی رایانه را نیز کاهش می‌دهد.

عملکرد محاسباتی قدرتمند

تکامل تدریجی تکنولوژی در عصر جدید، قدرت محاسباتی زیادی را می‌طلبد و از طرفی ارزش GPU در بهبود قدرت محاسباتی نهفته است. قدرت محاسباتی با کارایی بالا محیط‌های پیچیده IT را ساده می‌کند، به‌طور مؤثر فشار محاسباتی کامپیوترها را کاهش می‌دهد و به شرکت‌ها کمک می‌کند تا داده‌ها را به‌طور کارآمد پردازش کنند. این‌یکی از مزیت‌های سرورهای GPU نسبت به انواع دیگر سرورها است.

سرور چند ظرفیتی

سرور GPU با ظرفیت ذخیره‌سازی بالا می‌تواند نیازهای عملیات روزانه را برآورده کند و می‌تواند از پیکربندی پیشرفته خدمات ابری زیرساخت‌های مختلف پشتیبانی کند که نه‌تنها می‌تواند نیازهای مشتریان را برآورده کند بلکه سطح عملکرد را نیز بهبود می‌بخشد. سرور GPU مانند سرورهای عادی در سرور اختصاصی GPU، سرور اشتراکی GPU و… در دسترس هستند.

چگونه یک سرور GPU به تجارت ما می‌کند؟

همان‌طور که در بالا ذکر شد، سرورهای GPU یک ابزار عالی برای شبکه‌های سازمانی خواهند بود؛ اما درواقع، این حوزه‌ها ممکن است بیش از سایرین به سرورهای GPU نیاز داشته باشند: حوزه‌هایی مانند، طراحی کامپیوتر مهندسی، تحقیقات علمی، بیومتریک، مراقبت‌های بهداشتی، نفت و گاز، رسانه و سرگرمی و غیره‌اند. ویژگی مشترک این صنایع این است که همه آن‌ها بیشتر از سایرین تمایل به کار با گرافیک دارند. می‌توان از سرورهای اختصاصی و اشتراکی GPU، سرور مجازی GPU و… در این رابطه استفاده کرد.

مزایای سرور GPU

مزایایی که سرورهای GPU می‌توانند برای شرکت‌ها یا صنایع داشته باشند به شرح زیر است:

• عملکرد محاسباتی افزایش می‌یابد. کارایی سخت‌افزار تأثیر زیادی بر تجربه کاربر و عملکرد کلی یک وب‌سایت یا برنامه‌سازمانی دارد. استفاده از سرورهای GPU نه‌تنها می‌تواند کارایی عملیات شرکت‌ها را بهبود بخشد، بلکه تجربه کاربری را نیز بهبود می‌بخشد و مزایایی را برای شرکت‌ها به ارمغان می‌آورد.
• انعطاف‌پذیری و ثبات. چه از یک سرور ابری یا یک سرور فیزیکی استفاده شود، مشتریان می‌توانند پیکربندی و تعرفه سرور را با توجه به نیاز خود انتخاب کنند. هنگام سفارش سرور، مشتریان می‌توانند مطمئن باشند که تمام اجزای فناوری در سطح صحیحی از سرعت، عملکرد و حفاظت کار خواهند کرد.
• مدیریت کارها. عملیات یا برنامه وب‌سایت شرکت‌ها باید بر روی عملکرد اصلی متمرکز شود، درحالی‌که عملیات اضافی که در اولویت نیستند می‌توانند به یک سرور GPU توزیع شوند.
• آموزش هوش مصنوعی. اگر شرکت‌ها به کارهای آماری و مستقل نیاز داشته باشند، سرورهای GPU به آن‌ها کمک می‌کنند تا پیشرفت‌های الگوریتمی و هوش مصنوعی را تقویت کنند.
• حفاظت از حملات DdoS. اگر از سرویس‌های میزبانی سرور ابری GPU استفاده می‌کنید، فناوری مدرن می‌تواند فرآیند عملکرد ایمن و قابل‌اعتماد را تضمین کند و از نفوذ غیرضروری برای جلوگیری از دست رفتن داده‌های مهم جلوگیری کند.