مقدمه ای بر CPU و GPU

مقدمه ای بر CPU و GPU

یکی  از عوامل اصلی کارآیی CPU ها ، فرکانس رو به افزایش آنها می باشد با دو برابر شدن فرکانس ،کارآیی نیز دو برابر می شود گرایش رو به رشد فرکانس به صورت نمایی همیشه وجود دارد .به هر حال در دهه 2000 این افزایش به دلیل محدودیتهای CPU متوقف شد ،از آنجا که مصرف توان یک CPU به مکعب فرکانس بستگی دارد چگالی توان ،درحال نزدیک شدن به توان مرکز راکتور هسته ای بود.عدم توانایی در سرد کردن این تراشه ها بطور موثر ،گرایش به رشد نمایی فرکانس را درست قبل از رسیدن به 4 گیگا هرتز متوقف ساخت.کارت گرافیک وظیفه پردازش تصویری را در یک سیستم کامپیوتری بر عهده دارد که به اختصار به آن GPU(Graphic Processing Unit) گفته می شود.چیپ پردازشگر کارت که می توان آن را با پردازنده کامپیوتر مقایسه کرد ،مغز متفکر کامپیوتر به شمار می رود .هسته گرافیکی داراری فناوری ساخت خاص خود بوده و متشکل از چندین میلیون تا چند میلیارد ترانزیستور است.مشخصات این هسته پردازشی معمولا شامل کلاک هسته یا همان فرکانس کاری در حالت عادی و توربو ،مدار تامین کننده توان مورد نیاز کارت گرافیکی ،پورتهای تامین توان خازن ها و چیپهای حافظه مورد استفاده در این قطعه به شمار می رود.همزمان با برخورد کردن CPU ها با سقف کارایی سریال ،کارآیی GPU به علت موازی بودن بطور گسترده و نمایی شروع به رشد نمود .از آنجایی که محاسبه رنگ یک پیکسل در صفحه نمایش ،میتواند مستقل از همه پیکسلهای دیگر انجام شود ،موازی سازی یک روش طبیعی در افزایش کارآیی GPU ها است،لذا به نظر می رشد بهترین راه افزایش کارآرایی در محاسبات با حجم بالا به کارگیری کاراتر GPU است که در سال 2006 شرکتnvidia اولین GPU همه منظوره با نام G80  تولید نمود.(شکل 1)

شکل 1 : اولین مدل کارت گرافیک G80

کلید موفقیت در محاسبات GPU تا حد زیادی به کارآیی کلی ان در مقایسه با CPU بستگی دارد ،امروزه با توجه به حداکثر پهنای بانددر تئوری و کارآیی گیگا فلاپها ، یک فاصله تقریبا 7 برابری بین این دو وجود دارد ، ریشه این فاصله در محدودیتهای فیزیکی هر  هسته و تفاوت معماری های این دو پردازنده است . CPU در واقع یک پردازنده سری بوده و برای اجرای سری عملیاتهای ترتیبی طراحی شده است در صورتیکه پردازنده های گرافیکی GPU پردازنده های چند هسته ای موازی هستند و در گروه کامپیوترهای موازی قرار دارند.، در پردازنده های گرافیکی یک سری عملیات یکسان بطور همزمان روی چند داده اجرا می شود.