GPU چیست و چگونه کار می کند؟

پردازنده گرافیکی (GPU) نه تنها برای بهبود عملکرد بازی‌ها استفاده می‌شود بلکه کاربردهای گسترده‌تری نیز دارد. این مقاله به شما تمام اطلاعات لازم درباره GPU را ارائه می‌دهد.

به گزارش تکناک، ابتدا باید بدانیم که واحد پردازش گرافیکی (GPU) دقیقا چیست. اساساً  GPU پردازنده‌ای است که از تعداد زیادی هسته‌های ضعیف جداگانه به نام سایه‌زن برای ارائه گرافیک سه بعدی استفاده می‌کند. پردازنده‌های گرافیکی می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند که می تواند شامل یکپارچه در یک CPU، همانطور که در پردازنده‌های اصلی اینتل و APUهای AMD دیده می‌شود یا لحیم‌شده روی مادربرد در دستگاه‌هایی مانند لپ‌تاپ، یا حتی به عنوان بخشی از یک دستگاه کامل باشد که شما می‌توانید آن را به رایانه شخصی خود متصل کنید. اگرچه معمولاً از کلمات GPU و کارت گرافیک به صورت متقابل استفاده می‌شود، اما GPU فقط به معنای پردازنده داخل کارت است.

تمایز اصلی بین پردازنده‌های گرافیکی و پردازنده‌های مرکزی این است که پردازنده‌های گرافیکی معمولاً برای کارهای سه‌بعدی مثل بازی‌های ویدیویی یا رندر به صورت تخصصی مناسب هستند و در پردازش کارها به صورت موازی عالی هستند. با پردازش موازی، همه هسته‌ها به یکباره یک کار را انجام می‌دهند، چیزی که پردازنده‌ها با آن مشکل دارند. CPU ها برای پردازش سریال یا متوالی بهینه شده اند، که معمولاً به این معنی است که فقط یک یا شاید چند هسته می توانند همزمان روی یک کار واحد، فعالیت کنند. در واقع در اینجا تخصص به این معنی است که پردازنده‌های گرافیکی برای بسیاری از مواردی که از CPU می‌توان استفاده کرد، مناسب نیستند.

GPU بیشتر به عنوان ستون فقرات کارت گرافیک معروف است، دستگاهی که عملاً یک رایانه برای خودش است زیرا دارای پردازنده، مادربرد، حافظه اختصاصی به نام VRAM و یک خنک کننده است. نه تنها این، بلکه کارت‌های گرافیک می‌توانند به راحتی از طریق یک اسلات PCIe یا حتی از طریق یک درگاه Thunderbolt که از درگاه USB Type C استفاده می‌کند، به رایانه‌های شخصی متصل شوند که به کارت‌های گرافیک اجازه می‌دهد به لپ‌تاپ‌ها نیز متصل شوند. واقعاً هیچ جزء دیگری مانند کارت گرافیک از نظر پتانسیل عملکرد و سهولت ارتقا وجود ندارد.

چه شرکت هایی GPU تولید می کنند؟

منشا GPU در تاریخ بازی های ویدیویی گره خورده است. به سختی می توان گفت که چه زمانی اولین GPU ساخته شده است، اما ظاهراً این اصطلاح اولین بار توسط سونی برای کنسول اصلی پلی استیشن خود در سال 1994 که از تراشه توشیبا استفاده می کرد، ابداع شد. پنج سال بعد، انویدیا ادعا کرد که GeForce 256 آن اولین پردازنده گرافیکی است، به این دلیل که می تواند وظایف تبدیل و روشنایی را که قبلاً روی CPU انجام می شد، انجام دهد. می توان گفت که انویدیا اولین GPU را ایجاد نکرد و حتی اولین کارت گرافیک برای دسکتاپ ها نبود.

از آنجایی که اولین پردازنده‌های گرافیکی ساده بودند، شرکت‌های زیادی وجود داشتند که پردازنده‌های گرافیکی خود را برای کنسول‌ها، دسکتاپ‌ها و سایر رایانه‌ها می ساختند. اما با تکامل GPU که ساخت آنها را دشوارتر می کرد، شرکت ها شروع به خروج از بازار این قطعه کردند. بسیاری از شرکت ها در ساخت این قطعه شکست خوردند. در اوایل دهه 2000، تنها دو قطب اصلی در صنعت تولید پردازنده گرافیک باقی مانده بودند: Nvidia و ATI، که سهام دومی توسط AMD در سال 2006 خریداری شد.

برای بیش از دو دهه، Nvidia و ATI/AMD تنها شرکت‌هایی بودند که قادر به ساخت پردازنده های گرافیکی با کارایی بالا برای کنسول‌ها و رایانه‌های شخصی بودند. با این حال، اینتل در سال 2022 وارد صحنه پردازنده‌های گرافیکی با عملکرد بالا شد و این صنعت دو قطبی را به سه قطب اصلی تبدیل کرد.

پردازنده های گرافیکی برای چه مواردی استفاده می شوند؟

کاربرد اصلی کارت‌های گرافیک همیشه در بازی ها خلاصه می شده است، اما در سال‌های اخیر با افزایش تقاضا برای قدرت محاسباتی گسترده‌تر، این موضوع کمتر و کمتر شده است. همانطور که مشخص است، هسته‌های موجود در پردازنده‌های گرافیکی برای کارهایی بیشتر از گرافیک بازی مفید هستند، که همین مسئله باعث ایجاد تراشه‌های بهینه‌شده با مرکز داده و هوش مصنوعی به نام GPUهای همه منظوره (GPGPU) شده است. تقاضا به قدری بالا رفته است که پردازنده‌های گرافیکی مرکز داده انویدیا بیشتر از پردازنده‌های بازی برای شرکت درآمد کسب می‌کنند. شرکت‌های دیگر نیز ممکن است وارد صنعت تولید پردازنده های گرافیکی شوند، زیرا این صنعت دارد شکل جدید به خود می گیرد.

در زمینه هوش مصنوعی، پردازنده‌های گرافیکی در مواردی مانند AI Image Generation یا در آموزش مدل‌های زبان بزرگ (LLM) بسیار مهم شده‌اند. این به لطف توانایی آنها برای پردازش موازی و عالی بودن برای عملیات ماتریس بزرگ است که در هوش مصنوعی بسیار رایج است.

انویدیا، AMD یا اینتل: کدام یک برای بازی بهتر است؟

از زمانی که کارت‌های گرافیک دسکتاپ برای بازی برای اولین بار در دهه 90 محبوب شدند، یک سوال به طور مداوم از آن زمان پرسیده می‌شود: کدام برند بهتر است؟ اخیراً مردم فقط می‌پرسیدند که آیا انویدیا بهتر از AMD است یا بالعکس، اما اکنون با ورود اینتل به بازی، اوضاع کمی پیچیده‌تر شده است. اگرچه هیچ برندی کاملاً بهتر از دیگری نیست، اما هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند.

انویدیا همیشه خود را به عنوان گزینه ای برای کسانی که خواهان بهترین پردازنده گرافیکی بازی با بیشترین عملکرد و جذاب ترین ویژگی ها هستند، معرفی کرده است. اگرچه کارت های گرافیک انویدیا معمولاً خوب هستند، اما اغلب گران هستند؛ حداقل نسبت به کارت های گرافیک AMD و اکنون اینتل. علاوه بر این، ویژگی‌های انحصاری Nvidia در حرف جالب هستند، اما تجربه واقعی استفاده از آن ها ممکن است به اندازه تبلیغات جذاب نباشد. به عنوان مثال، DLSS یک ویژگی بسیار خوب برای کارت‌های گرافیک Nvidia است، اما در تعداد زیادی از بازی‌ها وجود ندارد و چندین محدودیت دارد.

برعکس Nvidia، AMD هیچ گاه با آن رقابت نکرده است. AMD در گذشته GPU هایی با کیفیت بسیار بالایی ارائه می داد که اغلب به نوعی کارت گرافیک های بالاتر Nvidia را بدون رقابت پست سر می گذاشت. از طرف دیگر، Nvidia اغلب به AMD اجازه می دهد تا در بازار GPU های مقرون صرفه عمل کند و این وضعیت در حال حاضر صحت دارد.

اینتل تنها حدود یک سال است که وارد بازار GPU های بازی شده است، بنابراین هنوز جای خود را به خوبی جای پیدا نکرده است، اما تاکنون، اینتل در زمینه قدرت عملکرد با AMD رقابت کرده است. بزرگترین چالش برای اینتل درایورهای آن بوده است، یعنی نرم افزاری که نقش حیاتی در عملکرد خوب یک GPU در بازی ها دارد. از زمان عرضه GPU های نسل اول Arc Alchemist در سال 2022، اینتل به سختی در حال بهینه سازی درایورهای خود بوده است و امروزه Arc A750 اینتل گزینه محبوبی برای کامپیوترهای با قدرت پایین و متوسط است.

آن ها  گزینه بهتری برای کسانی است که بودجه بالایی دارند و همچنین عملکرد عالی و ویژگی های جدید را می خواهند. AMD مناسب تعداد بیشتری از مصرف‌کننده است. اگرچه کارت‌های برتر AMD معمولاً از نظر عملکرد و ویژگی‌ها کاملاً با Nvidia مطابقت ندارند، اما در نظر داشته باشید که  Nvidia از سال 2019 کارت زیر 300 دلاری تولید نکرده است اما اینتل در حال حاضر، یک پردازنده گرافیکی میان رده خوب ارائه می دهد.