GPU

Diagrama bloc generică a unui GPU (2017)

Unitatea de procesare grafică L (sau procesor grafic, unitate de procesare grafică în limba engleză, GPU inițială ) este un circuit electronic conceput pentru a accelera crearea de imagini într-un buffer de cadre , destinat „ ieșirii pe un dispozitiv de afișare. GPU-urile sunt utilizate în sistemele încorporate , cum ar fi telefoanele mobile, computerele personale și consolele de jocuri. Într-un computer personal, un GPU poate fi prezent pe placa video sau încorporat pe placa de bază , în timp ce în unele procesoare acestea sunt încorporate în matrița CPU. ^[1]

În anii 1970, termenul GPU descria o unitate de procesare programabilă, care funcționa independent de CPU și era responsabilă pentru manipularea și ieșirea graficelor. ^{[2] [3]} Mai târziu, în 1994, Sony a folosit termenul referindu-se la GPU proiectat de Toshiba pentru consola PlayStation . ^[4] Termenul GPU a fost popularizat de NVIDIA în 1999, care a comercializat GeForce 256 ca „primul GPU din lume”. ^[5]

Descriere

Această intrare sau secțiune referitoare la electronică nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

GPU-urile moderne, în timp ce funcționează la frecvențe mai mici decât CPU-urile , sunt mult mai rapide decât ele la îndeplinirea sarcinilor în care sunt specializate.

În prezent, GPU-ul se lansează doar în accelerație 3D ; în accelerația 2D datele sunt procesate de CPU și alocate de GPU într-o parte a memoriei numită framebuffer ; de acolo, RAMDAC ( convertor digital-analog cu memorie cu acces aleator ) citește valorile culorilor care trebuie atribuite pixelilor individuali și generează semnalul pentru ecran.

În caz contrar, când se procesează o imagine 3D, CPU-ul computerului se ocupă doar de calculul coordonatelor geometrice ale vârfurilor poligoanelor care alcătuiesc obiectele din scenă și părăsește GPU cu sarcina de a umple fețele formate din acestea vârfuri ( mesh ) și calculul umbrelor și efectelor grafice care trebuie aplicate poligoanelor, scutindu-se de operațiile grele de calcul. După aceea, datele rezultate vor fi plasate în mod normal în buffer-ul cadrelor , apoi vor trece prin RAMDAC și vor ajunge la redarea grafică.

Din punct de vedere terminologic avem trei soluții cu arhitecturi diferite ^[6] :

• GPU discret, adică dedicat: există o placă video specifică;
• GPU integrat: secțiunea grafică este partajată cu CPU, adică se află pe chipset ;
• GPU dual: GPU integrat (pentru aplicații video obișnuite) și GPU dedicat (pentru fluxuri video grele: redare grafică, jocuri etc.); această soluție poate fi configurată cu comutare automată sau manuală (adică utilizatorul decide ce card să utilizeze), acționând pe BIOS sau mai bine pe instrumentul referitor la secțiunea grafică.

Istorie

GPU Atari Blitter

GPU-urile moderne provin din cipuri grafice monolitice de la sfârșitul anilor șaptezeci și optzeci .

Aceste jetoane nu aveau funcția BitBLT sau o aveau doar sub formă de sprite și, de obicei, nu aveau funcții pentru desenarea formelor .

Unele GPU-uri ar putea efectua mai multe operații într-o listă de afișare și ar putea utiliza DMA pentru a reduce încărcarea procesorului; unul dintre primele exemple a fost coprocesorul ANTIC utilizat pe computerele Atari 800 și Atari 5200 . La sfârșitul anilor 1980 și începutul anilor 1990 , GPU-urile high-end au fost adesea implementate cu microprocesoare nespecializate, de mare viteză; unele plăci grafice (foarte scumpe) pentru PC-uri și stații de lucru au folosit cipuri de procesor de semnal digital ( DSP) (cum ar fi seria TMS340 de la TI ) pentru a implementa funcții de desen rapid, iar multe imprimante laser au venit cu un procesor de imagine raster PostScript (un caz special al unui GPU ) care rulează pe un procesor RISC precum AMD 29000 .

Pe măsură ce tehnologia de construire a cipurilor s-a îmbunătățit, a devenit posibilă mutarea atât a funcțiilor de desen cât și a funcției BitBLT pe aceeași placă (și, mai târziu, același cip) împreună cu un controler tampon de cadru normal, cum ar fi VGA ; aceste „acceleratoare 2D” simplificate nu erau la fel de flexibile ca GPU-urile bazate pe microprocesor, dar erau mult mai ușor de construit și de vândut. Amiga a fost primul computer de piață în masă care a inclus un blitter în hardware-ul său video, iar sistemul grafic IBM 8514 a fost una dintre primele plăci video pentru PC care a implementat primitive 2D în hardware.

La începutul anilor 1990, creșterea Microsoft Windows a generat un mare interes pentru grafica raster 2D de mare viteză și rezoluție înaltă (care fusese anterior domeniul stațiilor de lucru Unix și Apple Macintosh). Pentru piața PC-urilor, dominanța Windows a însemnat că producătorii de dispozitive grafice pentru PC ar putea acum să concentreze eforturile de dezvoltare pe o singură interfață de programare, GDI .

În 1991 , S3 Graphics a introdus primul accelerator 2D cu un singur cip, S3 86C911 (numit după mașina Porsche 911 ca o indicație a creșterii vitezei pe care a promis-o). 86C911 a generat mulți imitatori; până în 1995 , toți producătorii principali de cipuri grafice pentru PC-uri adăugaseră suport pentru accelerarea 2D cipurilor lor. În acest moment, acceleratoarele Windows neprogramabile depășiseră coprocesoarele grafice de uz general scumpe din punct de vedere al performanței Windows, astfel încât coprocesoarele au dispărut de pe piața computerelor.

GPU Nvidia GeForce 4 MX

GPU ATI Radeon Graphics HD4650

În 1999, a fost introdusă prima generație de plăci grafice GeForce produse de NVIDIA Corporation , concepute special pentru grafica 3D. Un an mai târziu, ATI Technologies a introdus primul cip al familiei Radeon . Aceste două mărci au achiziționat din ce în ce mai multe cote de piață și astăzi împărtășesc piața cardurilor grafice de jocuri video.

Odată cu apariția DirectX API versiunea 8 și a caracteristicilor similare din OpenGL , GPU-urile au adăugat umbrire programabilă funcțiilor lor. Fiecare pixel ar putea fi acum procesat de un program scurt care ar putea primi texturi ca intrare și fiecare vârf geometric ar putea fi procesat în mod similar de un program scurt înainte de a fi proiectat pe ecran. În 2003 , odată cu introducerea NVIDIA GeForce FX (aka NV30), pixel si vertex shader ar putea face bucle, lung plutitoare aceste operații, și au fost în general , devenind la fel de flexibil ca un procesor dedicat , în general. La procesarea imaginilor raster.

Apariția interfeței AGP (port grafic accelerat), cu standarde de interfață 2x - 4x și 8x, a făcut posibilă permiterea unei lățimi mai mari de bandă a informațiilor pentru a permite accesul direct la memoria fizică a computerului de către placa grafică, pentru a gestionați texturi și obiecte 3D mari, asigurând o viteză mai mare în operațiile de calcul grafic. Vitezele sunt de 533 MB / s pentru AGP 1x / 2x, 1066 MB / s pentru AGP 4x și, respectiv, de 2133 MB / s pentru AGP 8x.

Apariția PCI Express a dus la declinul inexorabil al interfeței AGP, garantând viteze de transfer mult mai mari și permițând utilizarea plăcilor grafice cu cerințe mai mari de consum de energie. Acest lucru a dus la construirea unor cipuri grafice mult mai avansate decât cele anterioare, deschizând calea pentru o grafică tot mai realistă în dezvoltare continuă atât pentru uz profesional, cât și pentru uz casnic.

Cea mai recentă versiune a DirectX disponibilă astăzi este 12, integrată în Windows 10 , cu o actualizare în Vista, care reprezintă un pas înainte în programabilitatea GPU, grație introducerii umbrelor unificate. Odată cu actualizarea la DirectX 10 și 11, este posibil, de asemenea, să vă bucurați de efectele video Tessellation (generație scalară automată de poligoane pe suprafețe plane și non-plane), care vă permite să generați detalii meticuloase ale texturilor fără a supăra masiv scenariul. De asemenea, odată cu apariția discurilor Blu-ray, GPU va trebui să fie proiectat pentru a gestiona semnalul și tastele AACS care sunt utilizate pentru a verifica autenticitatea filmului. Noile cipuri grafice se bucură de revoluționarea videoclipurilor de calitate slabă, viteza de redare mai mare a filmelor și conținutului DVD de peste 25 fps și o îmbunătățire generală a culorilor, a iluminării și a schimbărilor rapide de scenă.

Astăzi, GPU-urile foarte paralele au început să se lupte cu CPU-ul pentru funcțiile de calcul, iar un subsector de cercetare, numit GPGPU (acronim pentru General Purpose Computing on GPU), a găsit utilizare în diverse domenii, cum ar fi explorarea petrolului, prelucrarea imaginii științifice și chiar stabilirea prețurilor opțiunilor pe acțiuni la bursă. Cele mai cunoscute tehnologii pentru procesarea GPGPU sunt nVidia CUDA , ATI CTM (cunoscut anterior ca ATI Stream) și OpenCL .

Notă

Elemente conexe

• Coprocesor
• CPU
• Memorie cu lățime de bandă mare
• Redare
• Placa video

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe GPU-uri

linkuri externe

• Arhitectura unui GPU , pe nominidigitali.it .
• Superscalare și vliw în lumea GPU , pe rendezvous.it .

Portal IT : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu IT