همه چیز درمورد کارت گرافیک (GPU)

GPU یا پردازنده‌ی گرافیکی چیست؟

پردازنده گرافیکی یا GPU  که مخفف Graphics Processing Unit میباشد، یکی از اجزای مهم سخت افزار میباشد که امروزه به شکلی در انواع دستگاه‌های الکترونیکی وجود دارند. GPU بیشتر توسط کامپیوترها و تلفن‌های هوشمند شناخته میشود. وظیفه اصلی GPU پردازش تصاویر است که در ادامه قرار است به طور مفصل به آن بپردازیم.

همانطور که در ابتدا اشاره کردیم GPU وظیفه پردازش تصاویر را بر عهده دارد، یعنی هر تصویری که ما در مانیتور میبینیم توسط GPU پردازش شده است. پردازنده گرافیکی به طور مجزا برای پردازش موازی و رندرینگ ساخته شده است تا باری از روی دوش CPU بردارد و CPU برای وظایف خود بهینه ‌تر شود.

امروزه GPU علاوه بر پردازش بخش گرافیکی، به دلیل تعداد هسته‌های زیاد، قدرت پردازشی بالا و موازی در زمینه‌های دیگر نیز کارآمد است و مورد استفاده قرار میگیرد که در ادامه بیشتر به این موارد می‌پردازیم.

آیا GPU همان کارت گرافیک است؟

عموم مردم فکر میکنند که GPU  همان کارت گرافیک میباشد اما در واقع، کارت گرافیک یک قطعه سخت افزاری است که درون کامپیوترها وجود دارد و GPU تراشه‌ای است که بر روی برد کارت گرافیک سوار میشود و عملیات پردازش را انجام می‌دهد. علاوه بر GPU قطعات سخت افزاری دیگری مانند VRAM نیز در کارت گرافیک وجود دارد که GPU برای اجرای برنامه‌ها از آن استفاده می‌کند، به طور مشابه CPU نیز برای اجرای برنامه‌ها از RAM استفاده میکند.

چرا پردازنده‌های گرافیکی ساخته شدند؟

قبل از ساخت GPU پردازش های زیادی توسط CPU انجام میشد که عمده ی آنها مربوط به پردازش‌های گرافیکی مانند پردازش تصاویر بود. بعد از مدتی، امکان پیشرفت در CPU، به دلیل گرما و محدودیت فرکانس وجود نداشت و اینجا نقطه‌ای بود که جرقه ساخت پردازنده‌های گرافیکی زده شد.

معمولاً پردازنده‌های گرافیکی، به دلیل تعداد بالای هسته های پردازشی، چندین برابر CPU ها قدرت دارند و میتوانند چندین محاسبه رو به طور همزمان انجام بدهند؛ برای مثال پردازش بازی‌ها و تصاویر سه ‌بعدی که پیچیده و سنگین میباشد را GPU به راحتی انجام میدهد.

با از بین رفتن محدودیت گرما و فرکانس و انجام دادن پردازش های سنگین توسط GPU، کمپانی ها فرصت پیدا کردند تا CPU هارو ارتقا بدهند. GPU های قدرتمند توانستند به آسانی اکثر بازی‌ها، برنامه‌های 3D، رندرهای سنگین و… را انجام بدهند و به پیشرفت این حوزه سرعت بخشیدند.

تفاوت میان GPU و CPU:

همانطور که قبلاً گفتیم در اصل GPU طراحی و ساخته شدند تا وظیفه پردازش گرافیکی را از دوش CPU بردارند، اما تفاوت اصلی این دو پردازنده در نوع پردازش و معماری آنها است. CPU همانند مغزعمل می‌کند و وظیفه پردازش دستورات، مدیریت و تعامل با دیگر قطعات را دارد. در واقع نوع پردازش در CPU ها از نوع سریالی(ترتیبی) است یعنی دستورات را یکی پس از دیگری انجام می‌دهد.

اما داستان GPU متفاوت است! پردازش در GPU به صورت موازی است، یعنی می‌تواند چند عملیات را بصورت همزمان و موازی انجام دهد و این سرعت پردازش را به شدت سریع می‌کند. به همین خاطر است که این پردازنده‌ها می‌توانند بازی‌ها و برنامه‌های 3D را با سرعت بالایی اجرا کنند و یا رندرهای سنگین بگیرند.

تفاوت معماری بین CPU و GPU در تعداد هسته های این دو میباشد. هسته‌های سی پی یو به چندین گروه تقسیم می‌شوند و هر کدام وظیفه یک بخش از پردازش را بر عهده می‌گیرند، به طور مثال تیمی 5 نفره را فرض کنید که هر فرد بخشی از یک پروژه را بر عهده گرفته است. حالا اگر یک نفر وظیفه‌اش را به درستی انجام ندهد آن پروژه انجام نمی‌شود و ناقص می‌ماند!

در صورتی که در GPU اینگونه نیست. تعداد هسته‌ها خیلی بیشتر است اما قدرت هر هسته کمتر و تمام هسته‌ها یکپارچه کار می‌کنند به طوری که همانند CPU به گروه‌های مختلف تقسیم بندی نمی‌شوند. فرض کنید بجای گروه 5 نفره 10 گروه 10 نفره داریم و همگی بر روی یک پروژه کار می‌کنند و به سرعت پروژه تمام می‌شود. از طرفی افراد قابلیت این را دارند که بصورت همزمان بر روی چند پروژه کار کنند.

کاربردهای GPU:

اکثراً تصور بر این است که GPU فقط در زمینه‌های تصویری و بصری کاربرد دارد اما GPU بخاطر تعداد هسته‌های بالا، پردازش‌های سنگین هم انجام میدهد و معمولا در اینطور موارد، بهتر از CPU عمل میکند.
برای مثال، پردازنده‌های گرافیکی در زمینه‌های یادگیری ماشین، بلاک چین و استخراج ارز‌ های دیجیتال، دیتا ماینینگ، رندرینگ‌های 3D و … کاربرد دارند. یادگیری ماشین، پایه و اساس هوش مصنوعی‌ است که امروزه در دنیا فراگیر شده‌است و از تجزیه و تحلیل داده‌ها برای شناسایی الگوها و مدل‌ها استفاده میکند.

بدون GPU های پیشرفته امروزی، اجرای بازی هایی که باید چندیدن پردازش در آنها به طور همزمان انجام شود، امکان پذیر نیست. در بازی‌ها علاوه بر پردازش رنگ‌ها، باید پردازش 3D و مکان هندسی اشیاء هم صورت بگیرد تا بازی نسبت به دید گیمر پردازش شود.

انواع پردازنده‌های گرافیکی:

GPU انواع مختلفی دارند که هرکدام مزایا و معایب مختص به خود را دارند و برای افراد با کاربری‌های متفاوت ساخته شده‌اند.

iGPU (پردازنده گرافیکی یکپارچه):

iGPU که مخفف کلمهIntegrated Graphics Processing Unit  میباشد، با CPU ادغام شده است و بر روی CPU قرار می‌گیرد. این نوع از GPU قابل ارتقا نیستند و معمولا این نوع از GPU ها از قدرت پردازشی کمتری بهرمند هستند و قادر به انجام کار های سنگین مثل بازی‌های امروزی با تنظیمات گرافیکی بالا یا رندرینگ و محاسبات سنگین نیستند.

معمولا از این نوع GPU برای کارهای روزمره و اداری، ادیت تصاویر و بازی‌های سبک مورد استفاده قرار میگیرند. نکته قابل توجه در مورد CPU ها این میباشد که همه‌ی آنها دارای پردازنده گرافیکی یکپارچه نیستند، بعنوان مثال پردازنده‌هایی از برند اینتل که نام آنها با F تمام می‌شود فاقد iGPU هستند.

dGPU (پردازنده گرافیکی مجزا):

dGPU که مخفف کلمه Discrete Graphics Processing Unit میباشد، بصورت مستقل و جداگانه از CPU بر روی کامپیوتر ها قرار میگیرند. همانطور که قبلا گفتیم کارت گرافیک یک قطعه سخت افزاری است که تراشه GPU روی آن نصب میشود. dGPU برخلاف iGPU قابل ارتقا هستند و معمولاً dGPU ها از توان پردازشی بالایی برخوردار هستند و پردازش‌های سنگینی که iGPU ها نمی‌توانند پردازش کنند را به راحتی انجام می‌دهند.

eGPU(کارت گرافیک اکسترنال):

این کارت گرافیک‌ها بصورت جداگانه و خارج از سیستم از طریق درگاه‌های USB_C یا Thunderbolt قابل استفاده هستند. مزایای این نوع کارت گرافیک‌ها این است که در صورت عدم نیاز می‌توانید آن را از دستگاه جدا کنید. این نوع از کارت گرافیک می‌تواند گزینه مناسبی برای افرادی است که از نیاز به توان پردازشی بیشتری دارند و نمی‌خواهند دستگاهشان را تعویض کنند و فقط به دنبال ارتقای سیستم فعلی خودشان هستند.

چطور کارت گرافیک مناسب انتخاب کنیم؟

به طور کلی اگر استفاده گیمینگ دارید یا رندر‌ های نسبتا سنگین می‌گیرید، حتما سراغ dGPU ها بروید که توان پردازشی خوبی دارند. سپس، نسبت به میزان پردازش و بودجه‌ای که دارید کارت گرافیک مناسب خود را انتخاب کنید. اما اگر کارهای سبکی در حد کار های روزمره و اداری دارید و یا با بازی‌ها و رندر های سبک سر و کار دارید، iGPU ها می‌توانند گزینه مناسب و مقرون به صرفه‌تری برای شما باشند. پس بهتر است سراغ CPU هایی که iGPU داشته باشند بروید.

ولی اگر به دنبال ارتقای لپ‌تاپ خود و اسمبل آن هستید، سراغ کارت گرافیک های اکسترنال نروید. چون نسبت به قیمتی که در بازار دارند، این GPU ها ارزش خرید ندارند و بهتر است همان هزینه را صرف خرید یک لپ تاپ بهتر کنید.

اگر شما جز افرادی هستید که به مباحث اکتیو و پسیو شبکه علاقه دارید و مشتاق هستید که در حوزه ی سخت افزار و شبکه های کامپیوتری، اطلاعات کسب کنید، محتوای تیم مستر خطیب را دنبال کنید و با ارائه نظر، ما را در بهبود و ارتقای کیفیت مطالب یاری کنید.

هم چنین، در دوره ۰ تا ۱۰۰ اسمبل و سخت افزار، علاوه بر آشنایی کامل با قطعات سخت افزاری، به موارد بیشتری درمورد سخت افزار، مانند انتخاب درست قطعات برای سیستم، محاسبه پهنای باند و گلوگاه آنها، نصب (اسمبل) و راه اندازی و عیب یابی و.. پرداخته می شود.