واحد پردازش گرافیکی چیست؟

واحد پردازش گرافیکی (GPU) یک تراشه یا مدار الکترونیکی است که قادر به رندر کردن گرافیک برای نمایش روی یک دستگاه الکترونیکی است. GPU در سال ۱۹۹۹ به بازار گسترده معرفی شد و بیشتر به خاطر استفاده‌اش در ارائه گرافیک‌های روان که مصرف‌کنندگان در ویدئوها و بازی‌های مدرن انتظار دارند، شناخته شده است.

نکات کلیدی

• اصطلاح واحد پردازش گرافیکی (GPU) به یک تراشه یا مدار الکترونیکی اشاره دارد که قادر به رندر کردن گرافیک برای نمایش روی یک دستگاه الکترونیکی است.
• اصطلاح «GPU» اغلب به جای «کارت گرافیک» استفاده می‌شود، اگرچه این دو متفاوت هستند.
• اگرچه GPUها در ابتدا بین علاقه‌مندان به ویرایش ویدئو و بازی‌های کامپیوتری محبوب بودند، رشد سریع ارزهای دیجیتال بازار جدیدی برای آن‌ها ایجاد کرده است.
• GPUها، که اولین بار در سال ۱۹۹۹ به بازار گسترده معرفی شدند، شاید بیشتر به خاطر استفاده‌شان در ارائه گرافیک‌های روان که مصرف‌کنندگان در ویدئوها و بازی‌های ویدئویی مدرن انتظار دارند، شناخته شده‌اند.
• اخیراً به دلیل کاربردشان در استخراج ارزهای دیجیتال، کمبود GPU به وجود آمده است.

واحد پردازش گرافیکی (GPU) چگونه کار می‌کند

گرافیک‌ها در ویدئوها و بازی‌ها از مختصات چندضلعی تشکیل شده‌اند که به بیت‌مپ‌ها تبدیل می‌شوند—فرآیندی که «رندرینگ» نامیده می‌شود—و سپس به سیگنال‌هایی تبدیل می‌شوند که روی صفحه نمایش نشان داده می‌شوند. این تبدیل نیازمند آن است که GPU قدرت پردازشی زیادی داشته باشد، که همچنین GPUها را در یادگیری ماشین، هوش مصنوعی و سایر وظایفی که نیاز به تعداد زیادی محاسبات پیچیده و پیشرفته دارند، مفید می‌کند.

تاریخچه واحد پردازش گرافیکی (GPU)

در سال ۱۹۹۹، انویدیا (Nvidia) اولین GPU به نام GeForce 256 را معرفی کرد که به طور گسترده در دسترس بود. انویدیا GPU را به عنوان «پردازنده تک‌تراشه‌ای با موتورهای یکپارچه تبدیل، نورپردازی، تنظیم/برش مثلث و رندرینگ که قادر به پردازش حداقل ۱۰ میلیون چندضلعی در ثانیه است» تعریف کرد. GeForce 256 با بهینه‌سازی عملکرد بازی‌های سه‌بعدی، فناوری سایر پردازنده‌ها را بهبود بخشید.

در حالی که انویدیا همچنان در بازار GPU پیشرو است، این فناوری به طور قابل‌توجهی پیشرفت کرده است. در دهه ۲۰۰۰، انویدیا GeForce 8800 GTX را منتشر کرد که نرخ پر کردن بافت آن به ۳۶.۸ میلیارد در ثانیه می‌رسید.

امروزه، GPUها به دلیل ظهور هوش مصنوعی و ارزهای دیجیتال، شاهد افزایش محبوبیت بوده‌اند. کاربرد آن‌ها به صنایع جدیدی گسترش یافته و نقش مهمی در ایجاد دسترسی گسترده‌تر به بازی‌های واقعیت مجازی با کیفیت بالاتر ایفا کرده‌اند.

GPUها در مقابل CPUها

قبل از ظهور GPUها در اواخر دهه ۱۹۹۰، رندرینگ گرافیکی توسط واحد پردازش مرکزی (CPU) انجام می‌شد. هنگامی که GPU با CPU ترکیب شود، می‌تواند عملکرد کامپیوتر را با گرفتن برخی از وظایف محاسباتی سنگین مانند رندرینگ از CPU افزایش دهد. این امر سرعت پردازش برنامه‌ها را تسریع می‌کند زیرا GPU می‌تواند محاسبات زیادی را به طور همزمان انجام دهد. این تغییر همچنین امکان توسعه نرم‌افزارهای پیشرفته‌تر و با نیازهای منابع بیشتر را فراهم کرد.

پردازش داده‌ها در یک GPU یا CPU توسط هسته‌ها انجام می‌شود. هرچه یک واحد پردازشی هسته‌های بیشتری داشته باشد، کامپیوتر می‌تواند وظایف را سریع‌تر (و احتمالاً کارآمدتر) انجام دهد. GPUها از هزاران هسته برای پردازش وظایف به صورت موازی استفاده می‌کنند. ساختار موازی GPU با CPU متفاوت است، که از هسته‌های کمتری برای پردازش وظایف به صورت متوالی استفاده می‌کند. CPU می‌تواند محاسبات را سریع‌تر از GPU انجام دهد، که آن را برای وظایف پایه‌ای بهتر می‌کند.

ملاحظات ویژه

اصطلاح «GPU» اغلب به جای «کارت گرافیک» استفاده می‌شود، اگرچه این دو متفاوت هستند. کارت گرافیک یک قطعه سخت‌افزاری است که شامل یک یا چند GPU، یک برد دختر (daughterboard) و سایر اجزای الکترونیکی است که به کارت گرافیک امکان عملکرد می‌دهند.

با این حال، یک GPU می‌تواند در مادربرد ادغام شود یا در برد دختر یک کارت گرافیک یافت شود. در ابتدا، تنها کامپیوترهای پیشرفته دارای کارت‌های گرافیک بودند. امروزه، اکثر کامپیوترهای رومیزی معمولاً از یک کارت گرافیک جداگانه با GPU برای عملکرد بهتر استفاده می‌کنند، به جای اینکه به یک GPU تعبیه‌شده در مادربرد وابسته باشند.

GPUها و استخراج ارزهای دیجیتال

در حالی که GPUها در ابتدا بین علاقه‌مندان به ویرایش ویدئو و بازی‌های کامپیوتری محبوب بودند، رشد سریع ارزهای دیجیتال بازار جدیدی ایجاد کرد. این به این دلیل است که استخراج ارز دیجیتال نیازمند هزاران محاسبه برای افزودن تراکنش‌ها به یک بلاکچین است، که با دسترسی به یک GPU و منبع برق ارزان‌قیمت می‌تواند سودآور باشد.

در سال‌های اخیر، دو تولیدکننده برجسته کارت گرافیک، انویدیا (NVDA) و دستگاه‌های میکرو پیشرفته (AMD) به دلیل استخراج ارزهای دیجیتال شاهد افزایش سریع فروش و درآمد بوده‌اند.

این امر اثر جانبی ناامید کردن مشتریان غیراستخراج‌کننده را داشت، که شاهد افزایش قیمت‌ها و کاهش عرضه بودند. در نتیجه، خرده‌فروشان گاهی اوقات تعداد کارت‌های گرافیکی که یک فرد می‌توانست خریداری کند را محدود کردند. در حالی که استخراج‌کنندگان ارزهای دیجیتال محبوب‌تر مانند بیت‌کوین به استفاده از چیپ‌ست‌های تخصصی و مقرون‌به‌صرفه‌تر به نام مدارهای مجتمع خاص‌کاربرد (ASIC) روی آورده‌اند، واحدهای پردازش گرافیکی همچنان برای استخراج ارزهای کمتر شناخته‌شده استفاده می‌شوند.

مهم: افزایش محبوبیت ارزهای دیجیتال باعث کمبود عظیم GPUها شده است. گزارش از ورج محاسبه کرد که GPUها در سایت‌هایی مانند eBay با دو تا سه برابر قیمت خیابانی آن‌ها فروخته می‌شوند.

نمونه‌هایی از شرکت‌های GPU

دستگاه‌های میکرو پیشرفته (AMD) و انویدیا (NVDA) دو نام بزرگ در بازار GPU هستند. در زیر نگاهی به هر دو شرکت می‌اندازیم.

دستگاه‌های میکرو پیشرفته (AMD)

AMD یکی از قابل‌اعتمادترین تولیدکنندگان کارت‌های گرافیک است. این تولیدکننده در سال ۱۹۶۹ به عنوان یک استارتاپ در دره سیلیکون آغاز به کار کرد و محصولات محاسباتی و تجسم‌سازی با عملکرد بالا تولید می‌کند. AMD در سال ۲۰۰۶ با خرید تولیدکننده پیشرو کارت ویدئویی ATI وارد بازار GPU شد. از آن زمان، AMD و انویدیا بازیگران غالب در بازار GPU بوده‌اند. تا مه ۲۰۲۱، AMD دارای ارزش بازار ۹۷.۳ میلیارد دلار است. AMD از سال ۲۰۱۳ بیش از ۵۰۰ میلیون GPU ارسال کرده و ۱۷٪ از سهم بازار GPU را در اختیار دارد.

AMD تمرکز خود در بازار GPU را روی بازی‌های رایانه‌ای قرار داده و در میان گیمرهای سراسر جهان محبوب است.

انویدیا (NVDA)

انویدیا اولین شرکتی بود که در سال ۱۹۹۹ GPUها را به جهان معرفی کرد. اولین GPU در تاریخ به نام GeForce 256 شناخته می‌شد. سال ۱۹۹۹ همچنین سالی بود که انویدیا عرضه اولیه عمومی (IPO) خود را با قیمت ۱۲ دلار برای هر سهم راه‌اندازی کرد. تا مه ۲۰۲۱، سهام این شرکت حدود ۶۴۵ دلار برای هر سهم معامله می‌شود.

انویدیا دارای ارزش بازار ۴۰۴.۸ میلیارد دلار است و ۱۳٪ از سهم بازار GPU را در اختیار دارد.

انویدیا در بازار GPU پیشرفته تأثیر قابل‌توجهی دارد. طبق وب‌سایت انویدیا، «هشت مورد از ۱۰ ابررایانه برتر جهان اکنون از GPUهای انویدیا، شبکه‌سازی InfiniBand یا هر دو استفاده می‌کنند. انویدیا ۳۴۶ سیستم از کل لیست TOP500 را در آخرین فهرست قدرت می‌دهد.»

ابررایانه انویدیا به نام Selene پنجمین در جهان است و سریع‌ترین ابررایانه صنعتی جهان محسوب می‌شود.

سؤالات متداول درباره واحد پردازش گرافیکی (GPU)

تفاوت بین GPU و VGA چیست؟

در حالی که GPU یک تراشه یا مدار الکترونیکی است که برای رندر کردن گرافیک برای نمایش روی یک دستگاه الکترونیکی استفاده می‌شود، VGA یا آرایه گرافیک ویدئویی یک دستگاه فیزیکی است که برای انتقال سیگنال‌های ویدئویی و خروجی ویدئویی کامپیوتر استفاده می‌شود.

چگونه GPU خود را اورکلاک کنیم؟

قبل از اورکلاک کردن، مطمئن شوید که دستگاه خود را کاملاً تمیز کرده‌اید و هرگونه به‌روزرسانی و رفع اشکال نرم‌افزاری را نصب کرده‌اید. به لطف به‌روزرسانی‌های فناوری، اورکلاک کردن نسبتاً ساده است. کافی است نرم‌افزاری مانند Afterburner را نصب کنید و اجازه دهید سیستم کار خود را انجام دهد. پس از اتمام نصب، یک معیار بازی را اجرا کنید تا نرم‌افزار جدید را آزمایش کنید.

مقیاس‌بندی GPU چیست؟

مقیاس‌بندی GPU قابلیتی است که به کاربران اجازه می‌دهد نسبت تصویر یک بازی را بر اساس رزولوشن مانیتور خود تنظیم کنند. برخی از کاربران معتقدند که تنظیم نسبت تصویر کیفیت تصویر نمایشگر را بیشتر بهبود می‌بخشد.