همانطور که می دانیم پردازش عملکرد قسمت های مختلف یک سیستم بر عهده CPU آن است، GPU نیز عملکردی مانند سی پی یو دارد و پردازنده است، با این تفاوت که بخش های گرافیک یک سیستم را مدیریت می کند.
از نظر ساختاری، GPU از تعداد زیادی هسته تشکیل شده است که هر دستور را به دستورهای محاسباتی کوچکتری تبدیل می کند و به صورت موازی و همزمان اجرا می کند. این قابلیت با نام مدیریت موازی محاسبات (parallel computing) شناخته می شود که مزیت اصلی پردازنده گرافیکی محسوب میشود. به همین دلیل قدرت و سرعت پردازش بالاتری نسبت به یک CPU دارد و می تواند داده های سنگین را در مدت زمان کوتاه تری آنالیز کند.
سرور GPU چیست؟
عبارت سرور یکی از رایج ترین اصطلاحاتی است که همه افرادی که با دنیای دیجیتال سر و کار دارند شنیده اند. سرور به مجموعه ای از کامپیوترها گفته می شود که همیشه روشن هستند و در تمام ساعات شبانه روز و ایام هفته، پاسخ مورد نیاز برای درخواست کاربر را تامین می کنند. تمامی پلتفرم هایی که در فضای آنلاین فعالیت دارند برای ذخیره اطلاعات خود به سرور نیاز دارند تا بتوانند دسترسی همیشگی برای کاربران ایجاد کنند.
سرور GPU نیز از تعداد زیادی واحد پردازنده گرافیکی کنار هم تشکیل شده است که مانند یک سرور عمل می کند و تمام پردازش های گرافیکی را مدیریت و کنترل می کند. با توجه به اینکه در یک سرور GPU تعداد بالای هسته عملگرا وجود دارد، می تواند تعداد دستورهای زیادی را به صورت همزمان و در بازه زمانی کوتاهی پردازش و آنالیز کند. این سرور از نظر عملکرد دقیقا مانند یک پردازنده گرافیک عمل می کند، اما به دلیل اینکه تعداد زیادی پردازنده گرافیکی تشکیل سرور داده اند و هسته های پردازنده بیشتری در سرور وجود دارد، پروژه و برنامه های سنگین تری را اجرا می کند.
کاربرد و ویژگی های سرور GPU
اصلی ترین ویژگی ای که این سرور دارد و باعث تمایز آن می شود، تعداد زیاد هسته های پردازنده است و همین امر باعث می شود که برای پردازش های سنگین، کارآیی بیشتر و مناسب تری داشته باشد. البته سرعت پردازش در هسته های یک GPU نسبت به CPU پایین تر است، اما اصولا GPU دستورهایی که دریافت می کند را به واحدهای کوچکتری تبدیل می کند و به صورت همزمان به تمام هسته ها منتقل می کند. در نتیجه، هر هسته بخشی از درخواست را تحلیل و پردازش می کند و می تواند پاسخ مورد نیاز را با سرعت بیشتری تامین کند.
همین ویژگی کلیدی سرور GPU باعث شده در زمینه های مختلفی کاربرد داشته باشد و نیازهای روزمره با سرعت بالاتری تامین کند. زمینه های استفاده از GPU سرور شامل موارد زیر می شوند:
صنعت بازی
یکی از پرطرفدارترین صنایع در دنیای دیجیتال، بازی است. کاربرانی که بازی می کنند در حال حاضر از محدوده های سنی مختلفی هستند و بیشتر به عنوان سرگرمی و تفریح برای جدا شدن از زندگی روزمره در بزرگسالان محسوب می شود. علاوه بر این، به دلیل محبوبیت بالایی که دارد اخیرا وارد زمینه های درمان اختلالات روانی شده است. یکی از عواملی که در تمام بازی ها از اهمیت بالایی برخوردار است و رقابت ایجاد می کند، گرافیک و کیفیت بالای آن است. بازی های مشابهی توسط شرکت های تولید کننده بازی وارد بازار شده اند که برای تلفن همراه، دستگاه های پلی استیشن و یا سیستم های دسکتاپ مناسب هستند، اما عاملی که باعث جذب کاربر و رقابت بین آنها می شود گرافیک بالای بازی است. کاربر تمایل دارد که وقت خود را صرف بازی ای کند که به دنیای واقعی نزدیک تر بوده و سرعت پاسخگویی بیشتری داشته باشد. به همین دلیل تولید کنندگان بازی برای تامین این نیاز، از سرورهای گرافیکی استفاده می کنند تا سخت افزار مناسب برای ارائه خدمات با کیفیت به کاربران خود تامین کنند. پردازنده های گرافیکی می توانند درخواست های زیادی که در حین بازی ایجاد می شوند را با سرعت بالا و در کوتاه ترین زمان پردازش کنند و پاسخ مناسب ایجاد کنند.
پردازش های گرافیکی
سرورهای GPU گزینه مناسبی برای محاسبات دو بعدی و سه بعدی هستند و گرافیک های سه بعدی را رندر می کنند. عملکرد GPU ها به دلیل هسته هایی که دارند در مقایسه با CPU هایی که به این منظور طراحی شدند و محدودیت های خود را دارند، بهتر است.
ماشین لرنینگ و هوش مصنوعی
هوش مصنوعی و ماشین لرنینگ زمینه های تازه ای هستند که با توجه به پیشرفت تکنولوژی ایجاد شده اند و در حال حاضر در مرحله تحقیقات و جمع آوری اطلاعات هستند. GPU سرورها به دلیل قدرت و سرعت پردازش بالایی که دارند می توانند پردازش های مورد نیاز ماشین لرنینگ و هوش مصنوعی را انجام داده و اطلاعات مورد نیاز را در اختیار قرار دهند. در ماشین لرنینگ از رفتار کاربر، نحوه و میزان استفاده آن از انواع مختلف برنامه‌ها اطلاعات جمع آوری میشود تا رابط کاربری را مختص و متناسب با نیاز آن کاربر طراحی کنند.
پخش و کدگذاری فایل های ویدیویی
سرورهای GPU به طور اختصاصی برای پردازش های گرافیکی استفاده می شوند، در نتیجه برای پخش و پردازش فایل های ویدیویی مناسب ترین گزینه هستند. همچنین، برای پلتفرم هایی که مبتنی بر ویدیو هستند، مانند شبکه های سینمایی خانگی صحیح ترین انتخاب هستند.
پردازش بیگ دیتا
بیگ دیتا مجموعه وسیعی از اطلاعات است که بر اساس نحوه کاربری و رفتار افراد در فضای مجازی، جمع آوری می شود و بسیاری از کسب و کارها از این اطلاعات برای برنامه ریزی استراتژی های خود استفاده می کنند. به دلیل سرعت و قدرت بالای پردازش GPU سرور ها در مقایسه با CPU، برای آنالیز اطلاعات بیگ دیتا از GPU استفاده می شود.
کاهش مصرف انرژی
به این دلیل که سرورهای GPU هسته های عملکردی زیادی دارند و می توانند اطلاعات را با سرعت بالاتری پردازش کنند، باعث کاهش مصرف انرژی می شوند. به این معنی که یک تسک، در زمان کوتاه تری نسبت به استفاده از CPU انجام می شود و همین کار باعث صرفه جویی در منابع و زمان می شود. حتی مشاهده شده که گاها یک سرور GPU به تنهایی قدرت پردازش 400 سرور CPU را دارد.
پیش بینی آب و هوایی و توالی یابی DNA
البته استفاده از سرور GPU برای این موارد به اندازه سایر زمینه ها فراگیر نشده است، اما زمزمه هایی در مورد استفاده از این سرورها به گوش می رسد که در حال بررسی و تحقیق هستند.
تفاوت CPU و GPU
از نظر نوع کارکرد و عملکرد هردو یکسان هستند، اما در زمینه کاربری و نوع ساختار تفاوت هایی با یکدیگر دارند که شامل موارد زیر می شوند:
|
|
CPU |
GPU |
|
تعریف و کاربرد |
مخفف Central Processing Unit است. قطعه ضروری تمام سیستم های کامپیوتری محسوب می شود و پردازنده اصلی و مرکزی آن است. سی پی یو برای اجرای تمام برنامه های یک سیستم لازم است. |
مخفف Graphics Processing Unit است که وظیفه مدیریت و پردازش دستورهای گرافیکی هر سیستم را بر عهده دارد |
|
تعداد هسته |
محدود و کم |
بیشتر از هزار هسته در هر GPU |
|
نوع پردازش |
سری |
پردازش موازی محاسبات که به اصطلاح Parallel Computing نامیده می شود |
|
سرعت پردازش اطلاعات |
کم |
زیاد |
|
سرعت پردازش هسته |
زیاد |
کم |
