شرح وحدة معالجة الرسومات الخاصة بالكمبيوتر (GPU)



April 2, 2022 | تيتو 4 تك


  • GPU تعني وحدة معالجة الرسومات. تُعرف وحدات معالجة الرسومات أيضًا باسم بطاقات الفيديو أو بطاقات الرسومات. لعرض الصور ومقاطع الفيديو والرسوم المتحركة ثنائية وثلاثية الأبعاد، يستخدم كل جهاز وحدة معالجة الرسومات. تقوم وحدة معالجة الرسومات (GPU) بإجراء عمليات حسابية سريعة وتحرير وحدة المعالجة المركزية للقيام بأشياء مختلفة.
     
    تحتوي وحدة معالجة الرسومات على الكثير من النوى الأصغر المصممة لتعدد المهام، بينما تستخدم وحدة المعالجة المركزية بعض النوى التي تعتمد بشكل أساسي على المعالجة المتسلسلة. في عالم الحوسبة، تقدمت تقنية معالجة الرسومات لتقديم مزايا محددة. تتيح وحدات معالجة الرسومات الحديثة إمكانيات جديدة في إنشاء المحتوى والتعلم الآلي والألعاب وما إلى ذلك.
     
    كما أن وحدة معالجة الرسومات معالج قابل للبرمجة متخصص في عرض جميع الصور على شاشة الكمبيوتر. توفر وحدة معالجة الرسومات أسرع معالجة للرسومات، وبالنسبة للاعبين، فإن وحدة معالجة الرسومات هي بطاقة قائمة بذاتها موصولة بــ PCI Express (PCIe). يمكن أن تكون دوائر وحدة معالجة الرسومات أيضًا جزءًا من مجموعة شرائح اللوحة الأم أو على شريحة وحدة المعالجة المركزية نفسها,
     
    تقوم وحدة معالجة الرسومات (GPU) بعمليات متوازية. على الرغم من استخدامه للبيانات ثنائية الأبعاد وكذلك لتكبير الشاشة وتحريكها، إلا أن وحدة معالجة الرسومات ضرورية لفك تشفير وعرض الرسوم المتحركة ثلاثية الأبعاد والفيديو بشكل سلس. كلما كانت وحدة معالجة الجرافيكس أكثر تعقيدًا، كلما زادت الدقة والحركة الأسرع والأكثر سلاسة. تشتمل وحدات معالجة الرسومات على البطاقات المستقلة على الذاكرة الخاصة بها، بينما تشترك وحدات معالجة الرسومات المدمجة في مجموعة الشرائح أو شريحة وحدة المعالجة المركزية في الذاكرة الرئيسية مع وحدة المعالجة المركزية.
     
     
     
     

    enlightened  تاريخ النشأة

     

    في التسعينيات، عندما صاغها منتج الرقائق Nvidia، أصبح GPU مصطلحًا شائعًا للجزء الذي يدعم الرسومات في النظام. كانت مجموعة بطاقات الرسومات GeForce الخاصة بالشركة هي الأولى من نوعها التي تم تعميمها وضمانها للتكنولوجيا المرتبطة، بما في ذلك التظليل القابل للبرمجة، وتسريع الأجهزة، ومعالجة البث.
     
    على الرغم من أنه يمكن عادةً معالجة كائنات بسيطة، مثل بيئة سطح المكتب لنظام التشغيل، من خلال المرونة المحدودة لمعالجة الرسومات المضمنة في وحدة المعالجة المركزية. تتطلب أحمال العمل الإضافية قوة إضافية تأتي مع وحدة معالجة رسومات مخصصة. بالنسبة للنظام الشخصي والتجاري ، تعد وحدة معالجة الرسومات (GPU) أهم أنواع تقنيات الحوسبة. تم تصميم وحدة معالجة الرسومات (GPU) للمعالجة المتوازية وتستخدم في العديد من التطبيقات ، بما في ذلك عرض الفيديو والرسومات.
     
    في الأصل ، تم تصميم وحدات معالجة الرسومات لتسريع عرض الرسومات ثلاثية الأبعاد. لقد أصبحت أكثر نمطية وقابلة للبرمجة بمرور الوقت ، مما أدى إلى تحسين قدراتها. إنه يمكّن مبرمجي الرسومات باستخدام تقنيات التظليل والإضاءة المتقدمة من إنشاء تأثيرات بصرية أكثر إثارة ومشاهد أكثر واقعية. بدأ مطورون آخرون أيضًا في تسخير قوة وحدة معالجة الرسومات في الحوسبة عالية الأداء والتعلم العميق وما إلى ذلك لتسريع أعباء العمل الإضافية بشكل كبير.
     
     
    enlightened  استخدامات وحدة معالجة الرسومات
     
    تُستخدم وحدات معالجة الرسومات بشكل عام لتقديم تجارب ألعاب عالية الجودة، وإنشاء عرض وتصميم رسومي يشبه الحياة الواقعية. ومع ذلك، هناك أيضًا العديد من تطبيقات الأعمال، والتي تعتمد على شرائح رسومات قوية. اليوم، أصبحت وحدة معالجة الرسومات أكثر قابلية للبرمجة من أي وقت مضى، مما يمنحها القدرة على تسريع مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتجاوز عرض الرسومات التقليدية. هناك العديد من التطبيقات حيث يمكننا استخدام وحدات معالجة الرسومات.
     
    على الرغم من أن وحدات معالجة الرسومات ترتبط عادةً بالرسومات الواقعية الموجودة في ألعاب الفيديو عالية الجودة، إلا أن عددًا من الصناعات الأخرى يعتمد أيضًا على قدرات المعالجة القوية الخاصة بها.
     
    يعتمد التشغيل السلس لبعض تطبيقات الأعمال بشكل كامل تقريبًا على قوة المعالجة القادمة من وحدة معالجة الرسومات. على سبيل المثال، سيواجه النظام الذي يحتوي على وحدة معالجة رسومات منخفضة صعوبة في تقديم نماذج ثلاثية الأبعاد من خلال برنامج AutoCAD، مما يؤدي إلى بطء الأداء بشكل لا يصدق أو حتى تعطل النظام.
     
     

    enlightened  وحدة معالجة الرسومات للألعاب

     

    أصبحت ألعاب الفيديو مكثفة للغاية من الناحية الحسابية للألعاب، مع عوالم واسعة وواقعية للغاية ومعقدة داخل اللعبة. بفضل تقنية العرض الجديدة، مثل شاشات 4K ومعدلات التحديث العالية وزيادة ألعاب الواقع الافتراضي، يزداد الطلب على معالجة الرسومات بسرعة. يمكن تشغيل الألعاب بدقة أفضل أو معدل إطارات أفضل أو كل منها بأداء رسومات متقدم.
     
     

    enlightened  وحدة معالجة الرسومات للذكاء الاصطناعي

     

    يقدم الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي العديد من الحزم المثيرة لتقنية وحدة معالجة الرسومات. نظرًا لأن وحدات معالجة الرسومات تتمتع بقدر استثنائي من القوة الحسابية، فيمكنها توفير تسريع هائل في أحمال العمل التي تستفيد من تصميم GPU المتوازي للغاية، مثل التعرف على الصور. تعتمد العديد من تقنيات التعلم المتقدمة على عمل وحدات معالجة الرسومات مع وحدات المعالجة المركزية.

     

     

    enlightened  وحدة معالجة الرسومات لتحرير الفيديو

     

    لسنوات عديدة، عانى محررو الفيديو ومصممو الرسومات ومحترفون مختلفون لفترة طويلة من أجل تحرير الفيديو وإنشاء المحتوى، مما أدى إلى تقييد موارد النظام وخنق التدفق الإبداعي. الآن، تجعل المعالجة المتوازية لوحدة معالجة الرسومات (GPU) عرض الفيديو والرسومات بتنسيقات عالية الجودة أسهل وأسرع. علاوة على ذلك، تحتوي وحدات معالجة الرسومات الحديثة على وسائط ومحركات عرض محددة، مما يساعد على إنتاج الفيديو وتشغيله بشكل أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
     
     

    enlightened  أكبر شركات مصنعة لوحدة معالجة الرسومات

     

    1  -  نفيديا (Nvidia)

     

    Nvidia هي شركة تكنولوجيا أمريكية مقرها في كاليفورنيا، تأسست عام 1993، وهي تصمم وحدات معالجة الرسومات للألعاب والأسواق الاحترافية، بالإضافة إلى نظام على وحدات الرقاقة (SoCs) لأسواق الحوسبة المتنقلة والسيارات. خط GPU الأساسي هو GeForce، وهو منافس مباشر لشركة AMD's Radeon.
     
    تتضمن بعض وحدات معالجة الرسومات المعروفة GeForce RTX 3080 و Nvidia Titan V و Nvidia RTX A6000. في الوقت الحالي، نظرًا للنقص العالمي في بطاقات الرسوم، قد يكون من الصعب وضع يديك على إحدى وحدات معالجة الرسومات الخاصة بها، وخاصة بطاقات GeForce RTX 3070 الخاصة بها.
     
    في يوليو 2021، قامت Nvidia بتشغيل ما زعمت أنه أسرع كمبيوتر عملاق في المملكة المتحدة Cambridge-1، والذي احتوى على عدد من وحدات معالجة الرسومات NVIDIA A100 Tensor Core.
     
     
    2  -  ايه ام دي (AMD)
     
    تأسست Advanced Micro Devices، والمعروفة أيضًا باسم AMD، في عام 1969 وهي شركة تقنية أمريكية أخرى مقرها في كاليفورنيا. تقوم بتطوير معالجات الكمبيوتر ومنتجات أخرى لأسواق الأعمال والمستهلكين. لقد صنعت في الأصل أشباه موصلات في عام 2008، والذي تم تشكيله بعد ذلك في GlobalFoundries.
     
    تشمل منتجات AMD الرئيسية شرائح اللوحات الأم والمعالجات الدقيقة ومعالجات الرسومات والمعالجات المدمجة. تتضمن بعض منتجاتها سلسلة رسومات AMD Radeon ومجموعة معالجات Ryzen.
     
    في مارس، أعلنت الشركة أنها ستطلق سلسلة Ryzen 5000 Pro من المعالجات المحمولة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة الرقيقة والخفيفة. يتكون هذا من ثلاث شرائح: Ryzen 7 Pro 5850U و Ryzen 5 Pro 5650U و Ryzen 3 5450U. 5850 هي أعلى مواصفات الثلاثة، وتتميز بتصميم ثماني النوى و 16 خيطًا وذاكرة تخزين مؤقت 20 ميجابايت وقاعدة وترددات معززة على مدار الساعة تبلغ 1.9 جيجاهرتز و 4.4 جيجاهرتز على التوالي. ادعت AMD أن الشريحة هي المعالج الوحيد الذي يحتوي على ثمانية نوى عالية الأداء مصممة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة النحيفة وخفيفة الوزن.