గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ - కంప్యుటేషనల్ ఫంక్షన్స్ & ఇట్స్ ఆర్కిటెక్చర్

కంప్యూటింగ్ పరికరాల్లో, డేటాను ప్రాసెస్ చేసే ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ మాకు ఉంది. ఈ యూనిట్‌ను సెంట్రల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ అంటారు. ఈ యూనిట్ యొక్క ప్రధాన పనులలో డేటా యొక్క ఎన్కోడింగ్ మరియు డీకోడింగ్, డేటా నిల్వ, డేటాను ప్రాసెస్ చేయడం మరియు కంపైల్ చేయడం, డేటాను అమలు చేయడం మొదలైనవి ఉన్నాయి. CPU పరికరం యొక్క ప్రాసెసింగ్ లేదా పని వేగాన్ని నిర్ణయిస్తుంది. పెద్ద మొత్తంలో డేటాపై పనిచేసేటప్పుడు పెద్ద మెమరీ నిల్వ అవసరం. ఈ రోజు ఇమేజ్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నిక్‌ల పెరుగుదలతో మేము హై డెఫినిషన్ పిక్చర్స్, క్లియర్ గ్రాఫిక్స్ మొదలైనవాటిని ఆస్వాదిస్తున్నాము. ఈ పద్ధతులకు అవసరమైన గణిత ఆపరేషన్ చాలా పెద్దది మరియు వేగవంతమైన ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ అవసరం. దీనిని అధిగమించడానికి గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ (జిపియు) వెలుగులోకి వచ్చింది.

గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ అంటే ఏమిటి?

కంప్యూటింగ్ పరికరంలో లెక్కలు చేయడానికి ప్రాసెసింగ్ యూనిట్లను నియమించారు. 3 డి ఇమేజరీ, హై డెఫినిషన్ వీడియో స్ట్రీమింగ్, గ్రాఫిక్స్ మొదలైన సాంకేతిక అంశాల రాకతో పరిచయం చేయబడ్డాయి. హార్డ్వేర్ పరికరంలో ఈ భావనలను అమలు చేయడానికి పెద్ద మరియు సంక్లిష్టమైన గణిత కార్యకలాపాలు మరియు ఎక్కువ వేగంతో చేయాలి.

సెంట్రల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్, ఇది అధిక పౌన frequency పున్యాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ, ఇంత పెద్ద ఎత్తున లెక్కలను సమర్థవంతంగా ప్రాసెస్ చేయదు. కాబట్టి, అధిక పౌన frequency పున్యంతో పెద్ద గణనలను అమలు చేయడానికి ప్రత్యేక ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ ప్రవేశపెట్టబడింది. ఈ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్‌ను గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ అని పిలిచేవారు. GPU అనేది కంప్యూటర్ గ్రాఫిక్స్ మరియు ఇమేజ్ ప్రాసెసింగ్ ఆధారంగా లెక్కల కోసం ఉపయోగించే ఒక ప్రత్యేకమైన ఎలక్ట్రానిక్ పరికరం. ఇవి గాని పొందుపరచబడ్డాయి SoC మైక్రోప్రాసెసర్ లేదా ప్రధాన ప్రాసెసర్‌తో పాటు లేదా అంకితమైన మెమరీ యూనిట్లతో స్టాండ్-ఒంటరిగా చిప్‌లుగా లభిస్తుంది.

గణన విధులు

3D కంప్యూటర్ గ్రాఫిక్స్కు సంబంధించిన లెక్కల కోసం, GPU దాని రూపకల్పనలో ఉన్న ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. 3 డి గ్రాఫిక్స్ చుట్టూ ఉన్న గణనలలో వేర్వేరు సమన్వయ వ్యవస్థల్లోకి భ్రమణం మరియు శీర్షాల అనువాదం, ఆకృతి మ్యాపింగ్ మరియు రెండరింగ్ బహుభుజాలు వంటి రేఖాగణిత కార్యకలాపాలు ఉన్నాయి. అనేక ఇటీవలి GPU ఫంక్షన్లలో CPU యొక్క కార్యాచరణ, ఓవర్‌సాంప్లింగ్ మరియు అలియాసింగ్‌ను తగ్గించడానికి ఇంటర్‌పోలేషన్ పద్ధతులు కూడా ఉన్నాయి.

లోతైన అభ్యాసం మరియు యంత్ర అభ్యాస సాంకేతిక పరిజ్ఞానాల పెరుగుదలతో ఈ రోజు GPU వాడకంలో విపరీతమైన పెరుగుదల కనిపించింది. లోతైన అభ్యాస నమూనాకు శిక్షణ ఇవ్వడానికి పెద్ద సంఖ్యలో సంక్లిష్ట లెక్కలు చేయాలి. GPU వాడకం యంత్ర అభ్యాస నమూనాల శిక్షణను సులభతరం చేసింది.

గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్లు CPU కన్నా 250 రెట్లు వేగంగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. GPU వేగవంతమైన వీడియో డీకోడింగ్‌లో, GPU వీడియో డీకోడింగ్ ప్రాసెస్ మరియు వీడియో పోస్ట్ ప్రాసెసింగ్ యొక్క భాగాలను చేస్తుంది. ఈ ప్రయోజనం కోసం సాధారణంగా ఉపయోగించే API DxVA, VDPAU, VAAPI, XvMC, XvBA. ఇక్కడ DxVA విండోస్-బేస్డ్ ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్ కోసం మరియు మిగిలినవి లైనక్స్ ఆధారిత మరియు ఆపరేటింగ్ సిస్టమ్స్ వంటి యునిక్స్ కోసం. XVMC MPEG-1 మరియు MPEG-2 తో ఎన్కోడ్ చేసిన వీడియోలను మాత్రమే డీకోడ్ చేయగలదు.

GPU చేత చేయగల వీడియో డీకోడింగ్ ప్రక్రియలు ఈ క్రింది విధంగా ఉన్నాయి-

• మోషన్ పరిహారం
• విలోమ వివిక్త కొసైన్ పరివర్తన
• విలోమ మార్పు చేసిన వివిక్త కొసైన్ పరివర్తన.
• ఇన్-లూప్ డీబ్లాకింగ్ ఫిల్టర్
• ఇంట్రా ఫ్రేమ్ ప్రిడిక్షన్
• విలోమ పరిమాణీకరణ
• వేరియబుల్-పొడవు డీకోడింగ్
• ప్రాదేశిక-తాత్కాలిక డీన్టర్లేసింగ్
• ఆటోమేటిక్ ఇంటర్లేస్ సోర్స్ డిటెక్షన్
• బిట్‌స్ట్రీమ్ ప్రాసెసింగ్
• పర్ఫెక్ట్ పిక్సెల్ పొజిషనింగ్

గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ ఆర్కిటెక్చర్

GPU సాధారణంగా CPU తో పాటు కో-ప్రాసెసర్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది. దీని ద్వారా, అధిక పౌన .పున్యంతో సాధారణ ప్రయోజన శాస్త్రీయ మరియు ఇంజనీరింగ్ కంప్యూటింగ్‌ను CPU చేయగలదు. ఇక్కడ, కోడ్ యొక్క సమయం తీసుకునే మరియు గణన-ఇంటెన్సివ్ భాగం GPU లోకి తరలించబడుతుంది, మిగిలిన కోడ్ ఇప్పటికీ CPU లో పనిచేస్తుంది. GPU కోడ్ యొక్క సమాంతర ప్రాసెసింగ్ చేస్తుంది, తద్వారా సిస్టమ్ పనితీరును పెంచుతుంది. ఈ రకమైన కంప్యూటింగ్‌ను హైబ్రిడ్ కంప్యూటింగ్ అంటారు.

గ్రాఫికల్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ ఆర్కిటెక్చర్

రెండు నుండి ఎనిమిది సిపియు కోర్లను కలిగి ఉన్న సిపియు మాదిరిగా కాకుండా, జిపియు వందలాది చిన్న కోర్లతో రూపొందించబడింది. ఈ కోర్లన్నీ సమాంతర ప్రాసెసింగ్‌లో కలిసి పనిచేస్తాయి. GPU యొక్క సమాంతర కంప్యూటింగ్ ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క విధులను సమర్థవంతంగా ఉపయోగించడానికి, NVIDIA లోని అప్లికేషన్ డెవలపర్లు ‘CUDA’ అనే సమాంతర ప్రోగ్రామింగ్ నమూనాను రూపొందించారు.

GPU ఆర్కిటెక్చర్ దాని మోడల్ ఆధారంగా భిన్నంగా ఉంటుంది. GPU యొక్క సాధారణ నిర్మాణం బహుళ ప్రాసెసింగ్ క్లస్టర్‌లను కలిగి ఉంటుంది. ఈ సమూహాలలో బహుళ స్ట్రీమింగ్ మల్టీప్రాసెసర్‌లు ఉంటాయి. ఇక్కడ, ప్రతి స్ట్రీమింగ్ మల్టీప్రాసెసర్లు దాని అనుబంధ కోర్లతో పాటు లేయర్ -1 ఇన్స్ట్రక్షన్ కాష్ యొక్క పొరను కలిగి ఉంటుంది.

GPU ఫారమ్‌లు

వాటి కార్యాచరణ మరియు ప్రాసెసింగ్ పద్ధతుల ఆధారంగా మార్కెట్లో వివిధ రకాలైన GPU అందుబాటులో ఉంది. GPUin వ్యక్తిగత కంప్యూటర్లలో రెండు ప్రధాన రూపాలు ఉన్నాయి - అంకితమైన గ్రాఫిక్స్ కార్డ్, ఇంటిగ్రేటెడ్ గ్రాఫిక్స్. అంకితమైన గ్రాఫిక్స్ కార్డును వివిక్త GPU అని కూడా పిలుస్తారు. ఇంటిగ్రేటెడ్ గ్రాఫిక్స్ను యూనిఫైడ్ మెమరీ ఆర్కిటెక్చర్, షేర్డ్ గ్రాఫిక్స్ సొల్యూషన్స్ అని కూడా అంటారు.

3 డి గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్, గేమింగ్ మొదలైన వాటి కోసం జిపియులో ఎక్కువ భాగం రూపొందించబడింది. జిఫోర్స్ జిటిఎక్స్ ప్రత్యేకంగా గేమింగ్ కోసం రూపొందించబడింది, ఎన్విడియా టైటాన్ క్లౌడ్ కంప్యూటింగ్ కోసం రూపొందించబడింది, ఎన్విడియా క్వాడ్రో వర్క్ స్టేషన్ మరియు 3 డి యానిమేషన్ల కోసం రూపొందించబడింది, ఎన్విడియా టెస్లా క్లౌడ్ కోసం రూపొందించబడింది వర్క్‌స్టేషన్ మరియు ఆర్టిఫిషియల్ ఇంటెలిజెన్స్ ట్రైనింగ్, ఆటోమేటెడ్ కారు కోసం రూపొందించిన ఎన్విడియా డ్రైవ్ పిఎక్స్ మొదలైనవి…

అంకితమైన గ్రాఫిక్స్ కార్డ్

అంకితమైన GPU ఉన్న వ్యవస్థలను ‘DIS సిస్టమ్స్’ అంటారు. ఇక్కడ అంకితమైనది ఈ GPU చిప్‌లకు అంకితమైనది అనే విషయాన్ని సూచిస్తుంది ర్యామ్ కార్డు ద్వారా ప్రత్యేకంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఇవి సాధారణంగా పిసిఐ ఎక్స్‌ప్రెస్ లేదా యాక్సిలరేటెడ్ గ్రాఫిక్స్ పోర్ట్ వంటి విస్తరణ స్లాట్‌లను ఉపయోగించి మదర్‌బోర్డుతో అనుసంధానించబడతాయి. ఈ చిప్స్ సులభంగా భర్తీ చేయబడతాయి లేదా అప్‌గ్రేడ్ చేయబడతాయి. పరిమాణం మరియు బరువు పరిమితుల కారణంగా పోర్టబుల్ కంప్యూటర్లలో అంకితమైన GPU ప్రామాణికం కాని స్లాట్ ద్వారా ఇంటర్‌ఫేస్ చేయబడుతుంది.

ఇంటిగ్రేటెడ్ గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్

ఈ రకమైన GPU కి ప్రత్యేకమైన RAM యూనిట్ లేదు. బదులుగా, ఇది దాని ఆపరేషన్ కోసం కంప్యూటర్ మెమరీలో కొంత భాగాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. ఈ GPU ని దాని చిప్‌సెట్‌లో భాగంగా మదర్‌బోర్డులో విలీనం చేయవచ్చు లేదా CPU తో అదే డైలో నిర్మించవచ్చు. ఇవి అంకితమైన గ్రాఫిక్స్ కార్డు కంటే తక్కువ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి కాని అమలు చేయడానికి తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నవి. ఇంటెల్ HD గ్రాఫిక్స్ మరియు AMD యాక్సిలరేటెడ్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ ఈ GPU కి ఉదాహరణలు.

హైబ్రిడ్ గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్

ఈ GPU యొక్క కార్యాచరణ అంకితమైన గ్రాఫిక్స్ కార్డ్ మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ గ్రాఫిక్స్ కార్డ్ మధ్య ఉంటుంది. ఇది సిస్టమ్ మెమరీలో కొంత భాగాన్ని ఉపయోగిస్తుంది మరియు చిన్న అంకితమైన మెమరీ కాష్‌ను కూడా కలిగి ఉంటుంది. ఈ అంకితమైన కాష్ ర్యామ్ యొక్క అధిక జాప్యం కోసం చేస్తుంది. ATI యొక్క హైపర్ మెమరీ మరియు ఎన్విడియా యొక్క టర్బో కాష్ సాధారణంగా ఉపయోగించే హైబ్రిడ్ గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్లు.

స్ట్రీమ్ ప్రాసెసింగ్ మరియు జనరల్ ప్రాసెసింగ్ GPU’s

వీటిని GPGPU’s అని పిలుస్తారు. కంప్యూటర్-కెర్నల్స్ నిర్వహించడానికి సాధారణ-ప్రయోజన గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ సాధారణంగా సవరించిన స్ట్రీమ్ ప్రాసెసర్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ భావనను ఉపయోగించి ఆధునిక గ్రాఫిక్స్ యాక్సిలరేటర్ యొక్క షేడర్ యొక్క భారీ గణన శక్తిని సాధారణ-ప్రయోజన కంప్యూటింగ్ శక్తిగా ఉపయోగిస్తారు. భారీ వెక్టర్ ఆపరేషన్ల కోసం, ఈ పద్ధతి సాధారణ CPU కన్నా ఎక్కువ పనితీరును ఇస్తుంది.

బాహ్య GPU

పెద్ద బాహ్య హార్డ్ డ్రైవ్ మాదిరిగానే, ఈ గ్రాఫిక్ ప్రాసెసింగ్ యూనిట్ కంప్యూటర్ యూనిట్ వెలుపల కూడా ఉంది. ఇవి బాహ్యంగా ల్యాప్‌టాప్ కంప్యూటర్‌లకు అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. ల్యాప్‌టాప్‌లు సాధారణంగా మంచి మొత్తంలో RAM మరియు తగినంత శక్తివంతమైన CPU కలిగి ఉంటాయి. శక్తివంతమైన గ్రాఫిక్స్ ప్రాసెసర్ ల్యాప్‌టాప్‌లకు బదులుగా తక్కువ శక్తివంతమైన కానీ ఎక్కువ శక్తి-సమర్థవంతమైన ఆన్‌బోర్డ్ గ్రాఫిక్స్ చిప్‌తో పొందుపరచబడింది. ఇవి గేమ్ గ్రాఫిక్స్ చేయటానికి తగినంత శక్తివంతమైనవి కావు మరియు అధిక గ్రాఫిక్స్ ఆటలకు మద్దతు ఇవ్వవు. కాబట్టి, ఈ బాహ్య GPU అధిక ప్రదర్శనల కోసం ల్యాప్‌టాప్‌లతో ఉపయోగించబడుతుంది.

అధిక గ్రాఫిక్స్ మరియు మంచి ఇమేజ్ రిజల్యూషన్లకు పెరుగుతున్న డిమాండ్‌తో, మరింత శక్తివంతమైన GPU లకు డిమాండ్ కూడా పెరుగుతోంది. శక్తివంతమైన GPU లభ్యతతో, మెషిన్ లెర్నింగ్ మరియు డీప్ లెర్నింగ్ వంటి అధిక ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీల రంగంలో చాలా ఎక్కువ సాధించవచ్చు. జిపియు గేమింగ్ పరిశ్రమలో విపరీతమైన విజృంభణను కూడా వేగవంతం చేసింది. GPU యొక్క శక్తిని పూర్తిగా ఉపయోగించుకునే అనేక అధిక గ్రాఫిక్ ఆటలు ప్రారంభించబడ్డాయి. ల్యాప్‌టాప్‌లకు బాహ్యంగా ఏ రకమైన జిపియు జతచేయవచ్చు?

తరచుగా అడిగే ప్రశ్నలు

1). GPU గ్రాఫిక్ కార్డునా?

కంప్యూటింగ్ పరికరంలో ఉన్న గ్రాఫిక్ కార్డ్ మొత్తం హార్డ్వేర్ భాగం. GPU అనేది గ్రాఫిక్ కార్డులో ఉన్న చిప్.

2). వేగవంతమైన CPU లేదా GPU ఏది?

సాంప్రదాయ CPU తో పోలిస్తే ఈ రోజు GPU పెద్ద మెమరీ యూనిట్లు, ఎక్కువ ప్రాసెసింగ్ శక్తి మరియు పెద్ద మెమరీ బ్యాండ్‌విడ్త్‌తో లభిస్తుంది. కాబట్టి, GPU CPU కన్నా 50 నుండి 100 రెట్లు వేగంగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది.

3). GPU కి ఎన్ని కోర్లు ఉన్నాయి?

GPU సమాంతర కంప్యూటింగ్ చేస్తుంది. ఇది వందలాది చిన్న కోర్లను కలిసి పనిచేస్తుంది. ఈ భారీ సమాంతర కంప్యూటింగ్ GPU కి దాని ఉన్నతమైన కంప్యూటింగ్ శక్తిని ఇస్తుంది.

4). RTX లేదా GTX మంచిదా?

జిటిఎక్స్ 1080 టితో పోల్చినప్పుడు, ఆర్టిఎక్స్ 2080 కొత్త టెక్నాలజీని కలిగి ఉంది మరియు మెరుగైన, వేగవంతమైన పనితీరును అందిస్తుంది. జిటిఎక్స్‌తో పోలిస్తే ఆర్‌టిఎక్స్ ఖర్చు తక్కువగా ఉంటుంది.

5). GPU CPU ని భర్తీ చేయగలదా?

CPU కంటే GPU వేగంగా ఉంటుంది. వారు ఒక సమయంలో చాలా పనులు చేయడం ద్వారా చాలా వేగంగా పనిని చేస్తారు. కానీ ఇది కొన్ని అధిక పౌన frequency పున్య ఆపరేషన్లను మాత్రమే చేయగలదు మరియు అంతరాయాల నిర్వహణ, డేటా నిల్వ వంటి అన్ని ఇతర మరణశిక్షలు CPU చేత చేయబడతాయి. లేదు, GPU CPU ని భర్తీ చేయదు.