همه چیز در مورد کارت‌های گرافیک و انواع آن‌ها

واحد پردازش گرافیک یا Graphics Processing Unit (GPU) برای ارائه‌ی مزایا و قابلیت‌های منحصر به فرد پردازش گرافیکی در دنیای محاسبات کامپیوتری تکامل یافته است. پردازنده‌های گرافیکی در ابتدا برای تسریع در ارائه‌ی محاسبات گرافیکی سه بعدی طراحی شده بودند ولی با گذشت زمان، آن‌ها انعطاف‌پذیرتر و قابل برنامه‌ریزی شدند تا توانایی‌های خود را افزایش دهند.

کارت‌های گرافیک به برنامه‌نویسان اجازه می‌دادند تا جلوه‌های بصری و صحنه‌های واقعی‌تری را با تکیه بر تکنیک‌های پیشرفته‌ی نورپردازی و سایه‌زنی ایجاد کنند. سایر توسعه‌دهندگان نیز شروع به بهره‌برداری از قدرت پردازنده‌های گرافیکی برای تسریع چشمگیر بارهای کاری اضافی در محاسبات با کارایی بالا (High Performance Computing-HPC)، یادگیری عمیق در هوش مصنوعی و موارد دیگر کردند.

در کامپیوترها GPU به‌عنوان مکملی برای CPU یا Central Processing Unit ایفای نقش می‌کند. از نظر کلی و فارغ از ساختار آن‌ها، GPU و CPU بسیار شبیه به هم هستند. در حالی که CPUها از طریق نوآوری‌های معماری، سرعت کلاک سریعتر و افزودن هسته‌ها به افزایش عملکرد خود ادامه می‌دهند، GPUها به طور خاص برای تسریع در پردازش بار کاری گرافیک کامپیوتری طراحی شده و توسعه داده می‌شوند.

تفاوت GPU و Graphic Card

در حالی که اصطلاحات GPU و کارت گرافیک (Graphic Card) اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، تفاوت ظریفی بین این دو وجود دارد. در واقع GPU به عنوان یک واحد پردازشی محسوب می‌شود که در یک سیستم کامپیوتری توانایی محاسبات گرافیکی را امکان‌پذیر می‌کند. در طرف مقابل، کارت گرافیک به یک برد افزودنی اشاره دارد که GPU را در خود جای داده است. بسته به نوع کامپیوتر ممکن است GPU روی مادربرد اصلی لحیم شده باشد و یا در درون CPU قرار گرفته باشد و یا توسط کارت گرافیک به سیستم افزوده شده باشد.

انواع پردازنده‌ی گرافیکی

پردازنده‌های گرافیکی به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند: GPUهای یکپارچه (Intergarted GPU) و GPUهای مجزا (Discrete GPU).

یک GPU یکپارچه یا روی مادربرد در کنار CPU و یا در درون CPU قرار می‌گیرد. این دسته از GPUها با توجه به ساختاری که دارند بخشی از Ram کلی سیستم را به خود اختصاص می‌دهند. همچنین با توجه به میزان توانایی محدودی که دارند، عموماً مصرف انرژی پایینی نیز دارند.

ساختار این GPUها به گونه‌ای است که باعث می‌شوند تا دستگاه‌های کم‌مصرف‌تر، با عمر باتری طولانی‌تر، خنک‌تر، باریک‌تر، سبک‌تر و با هزینه‌های تمام شده‌ی کمتر تولید شوند.

در سمت دیگر GPUهای مجزا وجود دارند که عموماً روی یک برد مجزا ارائه می‌شوند. هرچند که در اغلب لپ‌‌تاپ‌ها این GPUها روی مادربرد اصلی لحیم می‌شوند ولی کماکان مشخصه‌های خود را به عنوان یک واحد گرافیکی مجزا حفظ می‌کنند.

همانند مادربرد یک کامپیوتر که شامل پردازنده‌ی مرکزی، RAM و بخش‌های مختلف است، کارت‌گرافیک‌ها نیز شامل یک واحد پردازشی مرکزی، RAM و بخش‌های حیاتی دیگر هستند. این پردازنده‌ها قدرت پردازشی بیشتری نسبت به پردازنده‌های یکپارچه دارند و به لطف داشتن حافظه‌ی رم اختصاصی (VRAM) دیگر به رم سیستم وابسته نیستند.

البته این قدرت زیاد به بهای مصرف انرژی بیشتر، ایجاد گرما و نیاز به خنک‌کننده‌های موثر تمام می‌شود که استفاده از آن‌ها را در دستگاه‌های قابل حمل بسیار سخت می‌کند.

در حالی که بسیاری از برنامه‌ها به خوبی با GPUهای یکپارچه کار می‌کنند، اما برنامه‌هایی وجود دارند که برای اجرا به گرافیک‌های مجزا نیازمند هستند. همچنین اجرای اکثر بازی‌های امروزی بدون داشتن یک GPUی قدرتمند مجزا امکان پذیر نیست.

کاربرد GPUهای یکپارچه

عموماً GPUهای یکپارچه در کامپیوترهایی استفاده می‌شوند که مصرف انرژی و خنک بودن آن بسیار حائز اهمیت است. همچنین با توجه به توانایی که دارند برای انجام امور روزمره‌ای مانند وب‌گردی، مطالعه، دیدن فیلم و انجام فعالیت‌هایی که به پردازش گرافیکی سنگینی نیاز ندارد بسیار مناسب هستند.

البته GPUهای یکپارچه‌ی امروزی قدرت بسیار بیشتری نسبت به همتایان قدیمی خود دارند و از این‌رو شاهد کم شدن فاصله‌ی آن‌ها با GPUهای مجزا هستیم. برای مثال GPUهای یک‌پارچه‌ی Vega که در پردازنده‌های AMD استفاده می‌شوند، یا نسل‌های جدید پردازنده‌های گرافیکی Intel و همچنین SOCهای قدرتمند سری M کمپانی Apple که یک واحد گرافیکی یکپارچه و با بازدهی بالا را در خود جای داده‌اند.

کاربرد GPUهای مجزا

با توجه به اینکه GPUهای مجزا دارای حافظه‌ی ‌RAM اختصاصی هستند، کماکان برای گیمرها و کسانی که به بار پردازشی بالایی نیاز دارند بسیار مناسب هستند. البته همان‌گونه که گفته شد این حجم از قدرت پردازشی به بهای گرما و مصرف بالای انرژی تمام می‌شود. همچنین با توجه به ماهیت قابل تعویض بودن آن‌ها و طیف وسیعی از مدل‌های مختلف، می‌توان بسته به نیاز و میزان بودجه، مدل مناسب را انتخاب کرد و یا در آینده آن را ارتقاء داد؛ همچنین می‌توان چندین کارت گرافیک را به شکل موازی در کنار هم استفاده کرد تا بتوان قدرت محاسباتی بیشتری به دست آورد.

گرافیک‌های مجزا در زمینه‌های زیادی کاربرد دارند، از بازی‌های کامپیوتری تا رندرینگ ویدیو و محاسبات مربوط به هوش مصنوعی و موارد دیگر.

سخن پایانی

بسته به نوع دستگاهی که استفاده می‌کنید، احتمالاً یکی از انواع GPUهای یکپارچه یا مجزا را در اختیار دارید. همچنین با توجه به پیشرفت تکنولوژی قدرت GPUهای یکپارچه در حال افزایش است کم‌کم در حال ورود به توانایی‌های GPUهای مجزا هستند.

لپ‌تاپ‌های امروزی اغلب یا از GPUهای یکپارچه استفاده می‌کنند و یا هر دو نوع مجزا و یکپارچه را در خود دارند. در حالت عادی GPU یکپارچه با توجه به مصرف کم انرژی وظیفه‌ی محاسبات گرافیکی را بر عهده دارد و در صورتی که از پسِ انجام محاسبات بر نیاید به صورت خودکار GPUی مستقل وارد عمل شده و محاسبات را انجام می‌دهد. به این شکل توازنی بین مصرف انرژی و توانایی پردازش گرافیکی ایجاد می‌شود.

امیدوارم که این مطلب برای شما مفید بوده باشد. اگر سوال و یا صحبتی در این زمینه دارید، خوشحال می‌شوم تا در بخش نظرات با شما گپی دوستانه بزنم.