Grafik işlem birimi
Vadeli tanımlanmış ve popülerleşmiştir Nvidia pazarlanan, 1999'da GeForce 256 "olarak dünyanın ilk 'GPU' ya da Grafik İşleme Birimi, üçgen setup / kırpma aydınlatma tek bir yonga işlemci dönüşümü, entegre ve render motorları bu saniyede çokgenler milyon 10 asgari işleme yeteneğine sahiptir. " Rakibi ATI Technologies birimi veya VPU ile serbest işlenmesi dönem görsel icat Radeon 9700 2002 yılında.
Içindekiler[ hide ] |
[ değiştir ]Tarihçe
[ değiştir ]1980'ler
1983 yılında Intel Graphics Controller Multimodule Kurulu endüstriyel sistemler dayalı Video iSBX 275 hazır Multibus standart. [ 2 ] kart Controller Display Graphics oldu dayalı 82720 ve bitmapler ve karakter, hızlandırılmış çizim çizgi, yay, dikdörtgenler. Ayrıca üzerinden yükleme framebuffer oldu hızlandırılmış DMA . Yol bilgisayarı kurulu tek Multibus Intel'in hattı ile oldu amaçlanan için kullanmak kartları eklentisi.
1985 yılında Çıkış, Commodore Amiga GPU bilgisayar için kullanabileceğiniz kişisel bir ilk oldu. GPU, beraberlik, dolgu alanı çizgisi desteklenen ve bir tür yer olarak adlandırılan devre blitter bitmapleri hızlandırılmış hareket, manipülasyon, keyfi çoklu ve kombinasyon. Ayrıca set komutu (ilkel) kendi dahil bir grafik işlemcisi ile. Önce sonra bu ve oldukça uzun bir süre, diğer birçok kişisel bilgisayar sistemleri ekran boyutunun çizim her kolu CPU amaçla genel gereken bir.
1987 yılında, IBM'in 8514 grafik sistemi donanım ilkel 2B uygulamak için PC uyumlu kartları ilk video itibaren bir yayımlandı.
[ değiştir ]1990'lar
1991 yılında S3 Graphics tanıttı S3 86C911 , onun adını tasarımcıları 911 vaat artış performans göstergesi olarak. 86C911 taklitçileri ev sahipliği yapmış olurken: 1995, destek fişlerini tüm büyük ivme 2D yapımcıları vardı ekledi yonga PC grafik. Zamanla bu, sabit fonksiyonWindows hızlandırıcıları ve amaç grafik coprocessors Windows performans pahalı genel aştı vardı bu coprocessors piyasa PC soluk uzak.
1990'lı yıllar boyunca, 2D GUI ivme gelişmeye devam etti. gelişmiş olarak üretim yetenekleri, böylece fiş grafik entegrasyon düzeyi yaptı. Ek uygulama programlama arabirimleri (API)'s Microsoft gibi görevleri çeşitli geldi için Kanat kütüphane için grafik Windows 3.xve bunların daha sonra DirectDraw içinde oyun 2B hızlandırma için donanım arabirimi Windows 95 ve sonrası.
1990'ların başlarında ve ortalarında, işlemci destekli gerçek zamanlı 3D grafikler bilgisayar vardı ortak giderek olma ve kamu talep konsol artan bir liderliğindeki oyunlar donanım hızlandırmalı 3D grafikler . Erken kitle örnekleri-pazarlanan 3D grafik bulunabilir donanım beşinci nesil video oyun konsolları gibi PlayStation ve Nintendo 64 . dünyada PC, kayda değer maliyet başarısız birinci düşük dener için 3D grafik yongaları edildi S3 ViRGE , ATI Rage ve Matrox Mystique . Bu yongalar üzerinde edildi hızlandırıcıları ile 3D özellikleri cıvatalı 2D nesil önceki aslında. hatta çoğu edildi pin uyumlu maliyet kolaylığı uygulanması ve minimal için cips üretimi ile daha önce-. Başlangıçta, performanslı 3D grafik gibi) bu tür ivme tamamen GUI ile sadece edildi olası ayrık panoları işlevlerine hızlanan 3D adanmış (eksik 2D ve 3dfx Voodoo . Ancak, video, ilerledikçe yine teknoloji olarak imalat, 2D GUI hızlanma ve 3D işlevselliği yonga vardı içine tüm entegre. Rendition's Verite yonga dikkat edildi layık olmak birinci kadar iyi bunu yapmak için.
OpenGL , ama profesyonel grafik API, erken 90s olarak belirdi aslında izin sorunlar yaşadı performansı Glide API ve adım haline baskın bir güç üzerinde PC. 90'ların sonlarında için [ 3 ] Ancak bu sorunları aşmak edildi hızlı ve Glide API yol kenarına düştü tarafından.uygulamalarının Yazılım OpenGL etkisi zaman olmasına rağmen bu ortak sırasında edildi OpenGL sonunda destek donanım yol açtı yaygın.Zamanla bir parite sunulan ortaya sunulan özellikler arasında olanlar ve donanım OpenGL . DirectX arasında popüler oldu Windows90'ların sonlarında oyun geliştiriciler sırasında. Aksine OpenGL , Microsoft donanım desteği sağlayan sıkı bir-bir ısrar etti. Yaklaşım tek başına yapılan DirectX stand popüler olarak daha az grafik API mevcut başlangıçta bu yana sağlanan kendilerine özgü özellikleri birçok GPU'lar OpenGL gelen nesil, bir çoğu DirectX bırakarak arkasında yarar uygulamalar vardı zaten mümkün için. (Bakınız: OpenGL Karşılaştırılması ve Direct3D ).
Zamanla Microsoft, geliştiricilerin donanım yakından ile daha fazla çalışmaya başladı ve sürümleri ile hedef başladı DirectX donanım grafik destek olanların. Direct3D 5.0 piyasada oyun benimsenmesine kazanç yaygın API filizlenen bir versiyonu ise ilk, ve o yarıştı doğrudan kütüphaneler ile çok daha fazla donanım özgü, sık sık özel grafik ise OpenGL aşağıdaki muhafaza güçlü. Direct3D donanım ile hızlandırılmış için 7.0 tanıtıldı destek dönüşümü ve aydınlatma OpenGL zaten vardı bu yeteneği ise, Direct3D için (T) & L zaten başlangıçtan onun maruz arası. 3D hızlandırıcıları basit sadece olmanın ötesine taşındı rasterizers boru hattı oluşturma aşamasına 3D donanım eklemek için bir başka önemli.NVIDIA GeForce 256 ilk tüketici kart seviyesinden-on yetenek profesyonel 3D kartları vardı zaten bu da L & piyasa ile donanım ile hızlandırılmış T (da bilinir oldu NV10). Donanım dönüşümü ve aydınlatma, mevcut özellikleri hem OpenGL , 90s düzey donanım tüketici geldi ve daha sonra emsal için belirlenen Pixel Shader ve vertex shader programlanabilir birimleri idi çok daha esnek.
[ değiştir ]günümüze kadar 2000
gelişinin ile OpenGL API ve işlevsellik benzer DirectX , GPU programlanabilir ekledi gölgeleme yetenekleri onların. Her piksel ve olabilir, girişler gibi ek resim dokular işlenmiş içerebilir kısa program tarafından olmak artık kısa bir ekran program yansıtılıyor önce olduğu işlenen her olmak aynı şekilde olabilir geometrik tepe. NVIDIA gölgeleme programlanabilir yetenekli olduğunu ilk çip üretmek, GeForce 3 (kod adlı NV20). giriş ile 2002 Ekim olarak ATI Radeon 9700 (ayrıca R300 olarak da bilinir), ilk Direct3D 9.0 hızlandırıcı, pixel ve vertex shader olabilir uygulamak dünya döngü ve uzun kayan noktalı matematik ve genel olarak idi işlemciler olma olduğunca esnek kadar çabuk dizi operasyon görüntü ve siparişlerin büyüklüğü daha hızlı. Piksel gölgeleme gibi şeyler için kullanılır genelde Bump Mapping veya yuvarlak ya da hatta ekstrüde, pürüzlü, bir ekler doku, yaptığınız nesne bakmak parlak, mat. [ 4 ]
artan işlem gücü olarak sahip GPU, bu nedenle güç için elektrik ihtiyacı vardır onların. Yüksek performanslı GPU çoğu işlemci daha mevcut enerji tüketen daha. [ 5 ] Ayrıca bakınız watt başına performans ve sessiz PC .
Bugün, paralel GPU ve CPU karşı baskınlar yaparak hesaplama başladı GPU Computing lakaplı, veya araştırma bir alt ve GPGPU için Bilgisayar üzerinde GPU Amaçlı Genel olarak farklı alanlarında gibi kendi tarzlarını kendi buldu petrol arama , bilimsel görüntü işleme , lineer cebir , [ 6 ] istatistikler , [ 7 ] 3D rekonstrüksiyon ve hatta hisse senedi opsiyonları fiyatlama tespiti. Nvidia'nın CUDA platformu ile programlama modeli için GPU, kabul edilen en yaygın olan OpenCL da standart açık bir varlık olarak sundu.
[ değiştir ]GPU Firmalar
Pek çok şirket isimleri marka numarası altında bir GPU imal edilmiştir. 2008 yılında, Intel , NVIDIA ve AMD / ATI sırasıyla% 20.6 pazar payı ve% pazar payı liderleri ile% 49.4, 27.8 idi. Ancak, bu numaraları GPU entegre grafik çözümleri olarak Intel içerir. Sayı değil sayma olanlar, NVIDIA ve ATI kontrol pazar% 100'e yakın. [ 8 ] Buna ek olarak, S3 Graphics , [ 9 ] VIA Technologies [ 10 ] ve Matrox [ 11 ] GPU üretmek.
[ değiştir ]Sayısal fonksiyonlar
Modern GPU'lar onların çoğunu kullanmak transistör ile ilgili hesaplamalar yapmak için 3 boyutlu bilgisayar grafikleri . Onlar vardı iş yoğun kullanılan hızlandırmak bellek başlangıçta doku kaplama ve render hızlandırmak çokgenler birimler ekleyerek daha sonra, geometrik gibi hesaplamalar dönme ve çeviri ve köşe farklı olarak koordinat sistemleri. GPU gelişmeler son için destek içerir programlanabilir shader tarafından desteklenen olabilir manipüle köşeleri işlemleri aynı olan birçok doku ve işlemciler , örnekleme veinterpolasyon teknikleri azaltmak için aliasing , çok yüksek hassasiyetli renk uzayları . içeren bu nedenle en hesaplamalar matris ve vektör işlemleri, mühendisler ve bilim adamları hesaplamaları var grafik olmayan için GPU'ların giderek okudu kullanın.
3D donanım ek olarak, günümüz GPU ve de temel 2B hızlandırma framebuffer yetenekleri (uyumluluk modu genellikle bir VGA).
[ değiştir ]GPU çözme hızlandırılmış video
En GPU desteği yapılmış bu yana 1995 YUV renk uzayı ve donanım bindirmeleri için önemli dijital video oynatma, ve de destek 2000 yılından bu yana yapılan birçok GPU'lar MPEG gibi ilkelleri gibi hareket dengeleme ve iDCT . sürecinin Bu donanım decoding hızlandırılmış video , bölümlerini çözme video süreci ve video post-processing olarak adlandırılan ve yaygın "donanım GPU indiriliyorlar olan GPU çözme video hızlandırılmış "," destekli video çözme GPU "," GPU donanım hızlandırılmış video çözme "veya" GPU donanım destekli video çözme ".
Daha yeni ekran kartları bile deşifre yüksek tanımlı video ünite merkezi işlem boşaltma üzerinde kart. En sık API için GPU s 'olan video çözme hızlandırılmış DxVA için Microsoft Windows işletim sistemi ve VDPAU , VAAPI , XvMC ve XvBA Linux ve UNIX tabanlı işletim sistemi. XvMC dışındaki tüm ile kodlanmış videoları çözme yeteneğine sahip MPEG-1 , MPEG-2 , MPEG-4 ASP (MPEG-4 Bölüm 2) , MPEG-4 AVC (H.264 / DivX 6), VC-1 , WMV3 / WMV9 , Xvid / OpenDivX (DivX 4), ve DivX 5 codec , 2 iken-XvMC MPEG ve yalnızca 1 yeteneğine sahip çözme MPEG-.
[ değiştir ]Özel grafik kartları
ile arayüz GPU'ların en tipik sınıf güçlü anakart bir vasıtasıyla genişletme yuvası gibi PCI Express (PCIe) veya Accelerated Graphics Port (AGP) ve değiştirilmesi olabilir genellikle ya kolaylığı göreceli yükseltilmiş olan, destek yeteneğine sahip olan anakart varsayarak yükseltin. Birkaç ekran kartı hala kullanmak Peripheral Component Interconnect ) yuva, ama PCI (onların bant genişliği kullanılabilir değil bu yüzden yuvası sınırlı AGP PCIe ya da bunlar genellikle kullanılan bir zaman sadece.
Özel bir GPU, ne de mutlaka çıkarılabilir değil moda yok, standart bir anakart mutlaka arayüzü ile. Dönem "özel" olması kartları harici grafik olduğunu ifade eder aslında RAMgerçeğiyle kullanmak değil,'s kart adanmış olmaktır en adanmış GPU'ları çıkarılabilir. taşınabilir bilgisayarlar için özel GPU kısıtlamalar çoğu kilo ve yaygın arabirim üzerinden bir standart olmayan ve boy genellikle özel yuvasına bağlı. Böyle portlara muadilleri olabilir onların ile değil fiziksel olarak değiştirilebilir olup eğer ev sahibi arayüzü, hatta mantıksal onların hala cinsinden olmak AGP veya kabul PCIe.
Teknolojileri gibi SLI ve NVIDIA tarafından CrossFire ATI grafik, tek bir kullanılabilir güç işleme görüntü, artan varmamıza izin çoklu GPU kullanılacak.
[ değiştir ]Entegre grafik çözümleri
Entegre grafik çözümleri , ortak grafik çözümleri , ya da entegre grafik işlemci (IGP) bellek harici grafik fazla bilgisayarın sistem RAM yerine bir kullanan bir kısmı.Istisnalar anakartlar bellek kesindir SidePort özel kullanım IGPs AMD'nin. grafik entegre bilgisayar ile yapılacak sevkıyatlarda bilgisayarın tüm% hesabı için 90. [ 12 ] Bu çözümler, daha az grafik çözümleri adanmış daha pahalı uygulamak ama yetenekli az. Tarihsel olarak, entegre çözümler Flash edildi Adobe olarak elverişsiz genellikle kabul oynamak koşmak 3B oyunlar veya grafik gibi programları çalıştırmak daha az yoğun ama olabilir yoğun programları. olur IGPs böyle. 2004'ten itibaren teklifleri olmak SiS ve VIA yaklaşık Örnekler [ 13 ] Ancak, Radeon HD 3200 (AMD'nin bugünün entegre çözümler gibi AMD 780G yonga seti) ve NVIDIA GeForce 8200 (nForce 710 | NVIDIA nForce 730A) vardır daha yetenekli daha grafik stres 3D düşük taşıma 2D grafik Adobe Flash veya. [ 14 ] Ancak, high-end video oyunları ile en entegre grafik hala mücadele ediyoruz.gelişmiş performans GeForce 9400M Apple Nvidia Cips gibi's MacBook ve MacBook Pro ve AMD'nin Radeon HD 3300 (AMD 790GX bir) var, ama yine de grafik kartları gecikmek adamıştır. Modern masaüstü anakartlar genelde çözümü de entegre grafik ve sonrasına sahip genişleme kartı grafik adanmış kullanılabilir eklemek bir yuva.
GPU bellek son derece yoğun olduğu için ya hiçbir özel video belleği minimal olduğu gibi, entegre bir çözüm, kendisi CPU ile zaten nispeten yavaş sistem RAM için rakip bulabilirsiniz. Sistem RAM / 12.8 Gbit / s s 2 Gbit olabilir, ancak özel GPU / modeline bağlı olarak bant genişliği / s 100 Gbit s 10 Gbit arasında tadını çıkarın.
Büyük entegre grafik yonga seti ama dönüşümü ve aydınlatma donanımı yoktu yeni olanlar ekleyebilirsiniz. [ 15 ]
[ değiştir ]Hibrid çözümler
sınıf GPU'lar yeni pazarlar Bu dizüstü, masaüstü ve sonunda rekabet ile entegre grafik düşük. yaygın uygulamaları bu en şunlardır ATI HyperMemory ve NVIDIA'nınTurboCache . Melez grafik kartları kartlar biraz grafik daha pahalı entegre grafik, ama adanmış çok daha az pahalı. ile sistem belleği Bunlar paylaşmak ve yüksek makyaj için, cache belleği var küçük bir gecikme RAM sistemi. Ifade PCI Teknolojileri içinde mümkün bu yararlanabilirler. RAM iken bu çözümleri 768MB kadar sahip olarak ilan bazen, bu hafıza sistemi ile paylaşılabilir çok anlamına gelir nasıl.
[ değiştir ]Stream İşleme ve Genel Amaçlı GPU (GPGPU)
Yeni bir kavram kullanmak için genel amaçlı grafik işlem birimi değiştirilmiş bir formu olarak stream işlemci . Bu kavram muazzam döner kayan noktalı grafik işlemlerini yapmak karşı olmanın kablolu yalnızca olarak amaçlı bilgi işlem gücü, genel hesaplama içine boru hattı shader gücü's hızlandırıcı grafik modern bir. işlemleri büyük vektör talep ederken, bazı uygulamalar, bu CPU geleneksel daha performans büyüklüğü daha yüksek emir olabilir verim çeşitli. En büyük iki ayrık (üstte "Atanmış grafik kartları" bakınız) GPU tasarımcılar, ATI ve NVIDIA , uygulamalar dizisi bir yeni yaklaşım ile bu takip başlıyor. Hem nVidia ve ATI sahip olan takım Stanford Üniversitesi için GPU tabanlı istemci oluşturmak için Folding @ Home için protein katlanması hesaplamalar, dağıtık bilgi işlem projesidir. durumlarda belirli GPU uygulamaları hesaplar kırk defa böyle geleneksel olarak kullanılan daha hızlı işlemciler geleneksel daha. [ 16 ] [ 17 ]
Ayrıca, GPU tabanlı yüksek performans bilgisayar modelleme ölçekli-büyük rol içinde olan başlangıç için oyna. Dünyanın 5 en güçlü süper yılında Üç ivme GPU yararlanın. Bu 2010 itibariyle Ekim lideri geçerli içerir, Tianhe-1 kullanan A, NVIDIA Tesla platformu. [ 18 ]
Son zamanlarda NVidia uzantı API kartlarını destekleyen bir serbest başladı C programlama dili CUDA programına kaçak GPU akış işlemcisi (C normal bir gelen sağlayan belirli işlevler) "Compute Unified Device Architecture. a uygun yeteneğini CPU kullanımı ise hala yapım paralel olarak matrisleri üzerinde büyük çalışmasına GPU Bu avantaj alarak yapar C programları yetenekli. CUDA API grafik de kullanan ilk API izin sınırlamaları daha olmadan bilgisayar genel amaç için kaynakların GPU erişim uygulamaları doğrudan CPU tabanlı.
2005 yılından bu yana tarafından sunulan GPU performansı kullanarak ilgi olmuştur orada evrimsel hesaplama , genel olarak ve hızlandırılması için uygunluk değerlendirmegenetik programlama özellikle. En yaklaşımlar derlemek doğrusal veya ağaç programları PC üzerinde ev sahibi ve çalıştırmak için olmak GPU için yürütülebilir transfer. Tipik performans avantaj olduğunu GPU kullanarak sorunları paralel, örneğin birçok programı aynı anda etkin tek çalışan tek elde tarafından SIMD mimarisi. [ 19 ] [ 20 ] Ancak, önemli ivme ve olabilir, program derleme değil elde edilmelerini de yerine transfer onları GPU için, orada yorumlanabilir. [ 21 ] [ 22 ] Hızlandırma her ikisini birden kombinasyonları veya birden fazla örnek problemler, aynı anda çalışan, daha sonra elde edilebilir tarafından ya yorumlarken aynı anda birden fazla program. Modern GPU (A örneğin 8800 GTX veya sonraki) programları olabilir kolayca küçük çok binlerce aynı anda yüzlerce yorumlamak.
