GPU

Grafikkbehandlingsenheten ( eller grafikkbehandlingsenheten , akronym GPU ) er en elektronisk krets designet for å akselerere opprettelsen av bilder i en rammebuffer , beregnet for utgang på en skjermenhet. GPUer brukes i innebygde systemer som mobiltelefoner, personlige datamaskiner og spillkonsoller. I en personlig datamaskin kan en GPU være tilstede på skjermkortet eller innebygd på hovedkortet , mens i noen CPUer er de integrert i selve CPU -en. [1]

På 1970-tallet beskrev begrepet GPU en programmerbar prosesseringsenhet, som fungerte uavhengig av CPU og var ansvarlig for manipulering og produksjon av grafikk. [2] [3] Senere, i 1994, brukte Sony begrepet i referanse til GPU designet av Toshiba for PlayStation -konsollen . [4] Begrepet GPU ble popularisert av NVIDIA i 1999, som markedsførte GeForce 256 som "verdens første GPU". [5]

Beskrivelse

Moderne GPUer, mens de opererer ved lavere frekvenser enn CPUer , er mye raskere enn dem til å utføre oppgavene de spesialiserer seg på.

GPUen slår for øyeblikket bare kraftig inn i 3D-akselerasjon ; i 2D-akselerasjon blir dataene behandlet av CPU og allokert av GPU i en del av minnet kalt framebuffer ; derfra leser RAMDAC ( Random Access Memory digital-to-analog converter ) fargeverdiene som skal tildeles de individuelle piksler og genererer signalet for skjermen.

Ellers, når et 3D-bilde behandles, håndterer datamaskinens CPU kun beregningen av de geometriske koordinatene til toppunktene til polygonene som utgjør objektene i scenen, og overlater GPUen med oppgaven å fylle ansiktene som dannes av disse vertekser ( mesh ) og beregning av skygger og grafiske effekter som skal brukes på polygoner, slik at man slipper tunge beregningsoperasjoner. Etter det vil de resulterende dataene normalt plasseres i rammebufferen , og deretter passere gjennom RAMDAC og komme frem til den grafiske gjengivelsen.

Fra et terminologisk synspunkt har vi tre løsninger med forskjellige arkitekturer [6] :

Historie

Moderne GPU-er stammer fra monolittiske grafikkbrikker fra slutten av sytti- og åttitallet .

Disse brikkene hadde ikke BitBLT- funksjonen , eller hadde den bare i form av sprites , og hadde vanligvis ikke funksjoner for å tegne figurer .

Noen GPUer kan utføre flere operasjoner i en visningsliste , og kan bruke DMA for å redusere belastningen på prosessoren; et av de tidligste eksemplene var ANTIC co-prosessoren brukt på Atari 800 og Atari 5200 datamaskiner . På slutten av 1980-tallet og begynnelsen av 1990 -tallet ble avanserte GPUer ofte implementert med ikke-spesialiserte, høyhastighets mikroprosessorer; noen (svært dyre) grafikkort for PC -er og arbeidsstasjoner brukte digitale signalprosessor ( DSP )-brikker (som TIs TMS340-serie ) for å implementere raske tegnefunksjoner, og mange laserskrivere kom med en PostScript rasterbildeprosessor (ett tilfelle spesielt av en GPU) som kjører på en RISC CPU som AMD 29000 .

Etter hvert som brikkebyggingsteknologien ble forbedret, ble det mulig å flytte både tegnefunksjonene og BitBLT-funksjonen til samme kort (og senere den samme brikken) sammen med en normal rammebufferkontroller som VGA ; disse forenklede "2D-akseleratorene" var ikke like fleksible som mikroprosessorbaserte GPUer, men de var mye enklere å bygge og selge. Amiga var den første massemarkedsdatamaskinen som inkluderte en blitter i videomaskinvaren, og IBM 8514 -grafikksystemet var et av de første PC-skjermkortene som implementerte 2D-primitiver i maskinvare.

På begynnelsen av 1990-tallet skapte fremveksten av Microsoft Windows stor interesse for høyhastighets, høyoppløselig 2D-rastergrafikk (som tidligere hadde vært domenet til Unix -arbeidsstasjoner og Apple Macintosher ). For PC-markedet betydde dominansen til Windows at produsenter av PC-grafikkenheter nå kunne fokusere utviklingsinnsatsen på ett enkelt programmeringsgrensesnitt, GDI .

I 1991 introduserte S3 Graphics den første enkeltbrikke 2D-akseleratoren, S3 86C911 (oppkalt etter Porsche 911 -bilen som en indikasjon på fartsøkningen den lovet). 86C911 skapte mange imitatorer; innen 1995 hadde alle store PC-grafikkbrikkeprodusenter lagt til støtte for 2D-akselerasjon til sine brikker. På dette tidspunktet hadde ikke-programmerbare Windows-akseleratorer overgått dyre, generelle grafiske koprosessorer når det gjelder Windows-ytelse, så koprosessorer forsvant fra PC-markedet.

I 1999 ble den første generasjonen GeForce -grafikkort produsert av NVIDIA Corporation introdusert , spesielt designet for 3D-grafikk. Et år senere introduserte ATI Technologies den første brikken til Radeon -familien . Disse to merkene tok stadig flere markedsandeler og deler i dag markedet for videospill-grafikkort.

Med bruken av DirectX API versjon 8 og lignende funksjoner i OpenGL , har GPUer lagt til programmerbar skyggelegging til funksjonene sine. Hver piksel kunne nå behandles av et kort program som kunne motta teksturer som input , og hvert geometrisk toppunkt kunne på samme måte behandles av et kort program før det projiseres på skjermen. I 2003 , med introduksjonen av NVIDIA GeForce FX (aka NV30), kunne piksel- og toppunktskyggere utføre sløyfer , lange flytepunktoperasjoner og ble generelt raskt like fleksible som en dedikert CPU for rasterbildebehandling.

Fremkomsten av AGP-grensesnittet (akselerert grafikkport), med 2x - 4x og 8x grensesnittstandarder, gjorde det mulig å tillate en større båndbredde av informasjon for å gi direkte tilgang til det fysiske minnet til datamaskinen fra grafikkortet, for å administrere teksturer og store 3D-objekter, og sikre høyere hastighet i grafiske beregningsoperasjoner. Hastighetene er henholdsvis 533 MB/s for AGP 1x/2x, 1066 MB/s for AGP 4x og 2133 MB/s for AGP 8x.

Fremkomsten av PCI Express førte til en ubønnhørlig nedgang i AGP-grensesnittet, og garanterte mye høyere overføringshastigheter og tillot bruk av grafikkort med høyere krav til energiforbruk. Dette førte til konstruksjonen av grafikkbrikker som er mye mer avansert enn de forrige, og banet vei for stadig mer realistisk grafikk i kontinuerlig utvikling for både profesjonell og innenlandsbruk.

Den nyeste versjonen av DirectX som er tilgjengelig i dag er 12, integrert i Windows 10 , med en oppdatering i Vista, som representerer et ytterligere skritt fremover i GPU-programmerbarhet, takket være introduksjonen av enhetlige shaders . Med oppgraderingen til DirectX 10 og 11 er det også mulig å nyte Tessellation-videoeffektene (automatisk skalargenerering av polygoner på flate og ikke-flate overflater) som lar deg generere grundige detaljer om teksturene uten å forstyrre scenariet. Med bruken av Blu-ray-plater må GPU-en også utformes for å håndtere signalet og AACS -nøklene som brukes til å verifisere ektheten til filmen. De nye grafikkbrikkene nyter oppskalering på video av dårlig kvalitet, raskere avspillingshastighet for filmer og DVD-innhold over 25 fps og en generell forbedring i farger, lys og raske sceneendringer.

I dag har de svært parallelle GPU-ene begynt å konkurrere med CPU-en om beregningsfunksjoner, og en forskningsundersektor, kalt GPGPU (akronym for General Purpose Computing på GPU), har funnet bruk i forskjellige felt som oljeleting, prosessering av vitenskapelige bilder og til og med fastsettelse av prisen på opsjoner på aksjemarkedsandeler . De mest kjente teknologiene for GPGPU- behandling er nVidia CUDA , ATI CTM (tidligere kjent som ATI Stream) og OpenCL .

Mangelskrise

I 2020 var det mangel på tilgjengelighet av skjermkort, forårsaket av en dobbel grunn: Krise i materialer og logistikk forårsaket av COVID-19 og den økende etterspørselen fra gruvearbeidere i kryptovaluta [7]

Merknader

  1. ^ Denny Atkin, Computer Shopper : The Right GPU for You , på computershopper.com . Arkivert fra originalen 6. mai 2007 .
  2. ^ ET Barron og RM Glorioso, En mikrokontrollert perifer prosessor , på dl.acm.org , september 1973. Hentet 2. desember 2020 .
  3. ^ Ken Levine, Core standard grafisk pakke for VGI 3400 , på dl.acm.org , august 1978. Hentet 2. desember 2020 .
  4. ^ Jon Peddie, er det på tide å gi nytt navn til GPU? , på computer.org . Hentet 2. desember 2020 .
  5. ^ NVIDIA lanserer verdens første grafikkbehandlingsenhet: GeForce 256 , på nvidia.com . Hentet 2. desember 2020 (arkivert fra originalen 12. april 2016) .
  6. ^ GPUen (dvs. grafikkprosessoren) assimileres til skjermkortet som i virkeligheten bare er en komponent av prosessoren
  7. ^ Ingen steder å finne skjermkort? Feilen er (også) av cryptocurrency mining , på corriere.it . Hentet 17. desember 2021 .

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker