پردازنده‌ی گرافیکی یا GPU چیست؟
تفاوت پردازنده‌ی گرافیکی و پردازنده‌ی اصلی یا به عبارت ساده‌تر CPU و GPU در این است که پردازنده‌ی گرافیکی در پردازش مقدار زیادی داده استاد است چرا که باید حداقل میلیون‌ها و بلکه بیلیون‌ها محاسبه را تنها در ۱ ثانیه انجام دهد.
تعداد هسته‌های GPU بسته به سازنده‌ی آن متفاوت است. انویدیا و ای‌ام‌دی دو تولیدکننده‌ی بزرگ تراشه‌ی گرافیکی برای کامپیوترها هستند و دو سبک متفاوت در طراحی واحد پردازش گرافیکی انتخاب کرده‌اند. انویدیا سعی می‌کند توان بیشتری را در هسته‌های کمتری متمرکز کند در حالی که ای‌ام‌دی برای افزایش قدرت پردازش سعی کرده از هسته‌های بیشتر با توان کمتر استفاده کند.
یک کارت گرافیک معمولی انویدیا دارای ۶۸ هسته است در حالی که یک کارت گرافیک معمولی ای‌ام‌دی حدود ۱۵۰۰ هسته دارد اما در عین حال قدرت پردازش این دو تراشه‌ی گرافیکی تقریباً مشابه است.
۱ انواع GPU
واحد پردازش گرافیکی در متداول‌ترین شکل خود یک کارت گرافیک است که عموم کاربران با آن آشنایی دارند. کارت گرافیک را می‌توان در شکاف پی‌سی‌آی اکسپرس (یا در گذشته ای‌جی‌پی) مادربورد قرار داد و از آن استفاده کرد.
شاید اصطلاح گرافیک آنبورد را شنیده باشید، منظور از این نوع واحد پردازش گرافیکی این است که تراشه‌ی گرافیکی به صورت مجتمع در مادربورد تعبیه شده است و قطعه‌ی جداگانه‌ای نمی‌باشد.
شیوه‌ی امروزی‌تر طراحی واحد پردازش گرافیکی چیزی است که به وجود APUها منجر شده و در ادامه به آن می‌پردازیم.
۲ ای‌پی‌یو چیست؟
در بخش‌های قبل در مورد پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی صحبت کردیم و حالا نوبت به پردازنده‌های جدیدی که ترکیبی از این دو هستند، می‌رسد. APU مخفف Accelerated Processing Unit به معنای واحد پردازش شتاب‌یافته است و از ترکیب اجزای مختلف یک CPU و یک GPU به دست آمده است. در ای‌پی‌یو حداقل ۱۶ انشعاب PCI Express برای سایر وسایلی که از این شکاف استفاده می‌کنند پیش‌بینی شده و دیگر به تراشه‌ی پل شمالی روی مادربورد نیازی نیست. به طور خلاصه اگر هسته‌های پردازنده‌ی گرافیکی را به سی‌پی‌یو اضافه کنیم و حافظه‌ی کش سی‌پی‌یو را با آن به اشتراک بگذاریم، یک ای‌پی‌یوی جمع و جور به دست می‌آید. البته معماری و طرز کار ای‌پی‌یو به این سادگی نیست و بحث بسیار مفصل و پیچیده‌تری می‌باشد.
اما سوال ساده‌ای که ما کاربران همیشه می‌پرسیم: مزیت ای‌پی‌یو نسبت به یک سی‌پی‌یو و یک کارت گرافیک جداگانه چیست؟ شاید ای‌ام‌دی با شروع این حرکت سعی در جذب مشتری داشته و مزیت چندانی در آن وجود نداشته باشد. اما خوشبختانه پاسخ این نیست و مزایای زیادی در ایپییوها جمع شده است.
اولین مسأله‌ای که در مورد ای‌پی‌یو به نظرمان می‌رسد این است که به علت راحت بودن ارتباط دو پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی، انجام فعالیت‌ها ساده شده و توان پردازشی ای‌پی‌یو بهینه می‌شود. به عنوان مثال پردازنده‌های جدید اینتل با پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع HD 3000 یا ۴۰۰۰، حدود ۲ تا ۳ برابر سریع‌تر از پردازنده‌های قبلی هستند که پردازنده‌ی گرافیکیشان روی قالب پردازنده‌ی اصلی قرار می‌گرفت اما با آن یکپارچه نبود. توجه کنید در ای‌پی‌یو دو تراشه‌ی مجزا در کنار هم نیستند بلکه یکپارچه شده‌اند.
مزیت دوم برخورداری از قابلیت‌ها و امکانات خاصی مثل تکنولوژی کوییک‌سینک (QuickSync) اینتل برای رمزگشایی و رمزگذاری ویدیو است. می‌توان برخی محاسبات مثل محاسبات اعداد ممیز شناور را توسط پردازنده‌ی گرافیکی انجام داد که برای چنین کارهایی مناسب‌تر و تواناتر از پردازنده‌ی اصلی است.
سومین مورد مصرف انرژی است که در ای‌پی‌یو بهینه می‌شود چرا که منابع بین پردازنده‌ی اصلی و گرافیکی به صورت مشترک مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین علت است که لپ‌تاپ‌های جدیدی که از ای‌پی‌یوهای اینتل یا ای‌ام‌دی استفاده می‌کنند، کم‌مصرف‌تر بوده و شارژ باتری را برای مدت طولانی‌تری حفظ می‌نمایند.
یکی از مهم‌ترین مزایا هم قیمت است، این پردازنده‌ها ارزان‌تر از یک سی‌پی‌یو و کارت گرافیک جداگانه هستند چرا که سیلیکون کمتری برای تولید آنها مصرف می‌شود.
در مجموع می‌توان گفت که یک ای‌پی‌یو جایگزینی خوبی برای کارت گرافیک رده پایین و سی‌پی‌یو است.
و اما اشکالات ای‌پی یو، معمولاً ایپییوها به اندازه‌ی یک کارت گرافیک جدا قدرتمند نیستند و کاربران حرفه‌ای را راضی نمی‌کنند اما برای کاربردها و بازی‌های سبک و عادی روزمره و حتی برای بازی‌های معمولی هم کاملاً مناسب می‌باشند. اشکال دیگری که کاربران حرفه‌ای و مخصوصاً اورکلاکرها را اذیت می‌کند، دمای بالای ای‌پی‌یو است. با توجه به اینکه دو پردازنده در قالبی کوچک کنار هم قرار گرفته‌اند، اگر از تمام هسته‌های پردازنده‌ی اصلی و تمام هسته‌های پردازنده‌ی گرافیکی استفاده کنیم، توان مصرفی تراشه و در نتیجه دمای آن بسیار بالا خواهد رفت. همین مشکل ساده موجب نارضایتی بسیاری از اورکلاکرها از Core i7 3770K شده است چرا که این پردازنده با لیتوگرافی ظریف ۲۲ نانومتر تولید شده و مساحت کمی برای انتقال حرارت دارد. البته با اضافه کردن یک فن خوب مشکل برطرف می‌شود اما نمی‌توان از ای‌پی‌یو همان دمای پایین پردازنده‌های کم‌مصرف‌تر را انتظار داشت.
امروزه حتی در کامپیوترهای رومیزی یا لپ تاپ‌هایی که دارای کارت گرافیک مستقل هستند از APU نیز استفاده می‌شود. یعنی این کامپیوترها دارای دو واحد پردازش گرافیک هستند که یکی از آنها با CPU یکپارچه شده است. از آنجایی که GPU یکپارچه شده با CPU مصرف پایین تری دارد در پردازش امور گرافیکی سبک از آن استفاده می‌شود و زمانی که نیاز به پردازش سنگین باشد وظیفه پردازش امور به کارت گرافیک مستقل واگذار می‌گردد.
ایپییوها را می‌توان در همه نوع کامپیوتر به کار برد ولیکن بیشتر برای وسایل همراه، لپ‌تاپ‌ها و دستاپ‌های کم‌مصرف و ضعیف توصیه می‌شوند.
۳ انواع ای‌پی‌یو
دو تولیدکننده‌ی اصلی سی‌پی‌یو یعنی اینتل و ای‌ام‌دی برای بهینه کردن مصرف انرژی، کاهش هزینه و افزایش قدرت پردازش تراشه‌های خود به سمت طراحی و تولید ای‌پی‌یوهای بهتر حرکت کرده‌اند. ای‌ام‌دی حرکت خود را جدی‌تر آغاز کرده و چنین پردازنده‌هایی را با نام ای‌پی‌یو عرضه می‌کند اما اینتل نام خاصی را انتخاب نکرده است. در پردازنده‌های خانواده‌ی سندی بریج و آیوی بریج اینتل در کنار پردازنده‌ی اصلی از پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع یا اصطلاحاً iGPU استفاده شده و لذا می‌توان این پردازنده‌ها را نوعی ای‌پی‌یو به حساب آورد. علاوه بر این توجه کنید که در حال حاضر تمام پردازنده‌های جدیدی که اینتل تولید می‌کند، به جز خانواده‌ی اتم، دارای پردازنده‌ی گرافیکی مجتمع هستند.
اما چرا اینتل از عنوانی که ای‌ام‌دی برگزیده استفاده نمی‌کند؟ قطعاً پاسخ‌های احتمالی مختلفی برای این پرسش وجود دارد. شاید اینتل می‌خواهد لقب بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی سی‌پی‌یو را همچنان حفظ کند، با توجه به حضور پررنگ اینتل در بازار کامپیوترها شاید در آینده‌ی نزدیک، منظور از سی‌پی‌یو تراشه‌ای باشد که هم سی‌پی‌یو هست و هم کار کارت گرافیک را انجام می‌دهد. به هر حال ممکن است به تدریج ای‌پی‌یو از فهرست واژگان دنیای کامپیوتر حذف شود.
در مورد ای‌ام‌دی هم اوضاع به نفع ایپییوها پیش می‌رود به این صورت که تا انتهای سال جاری تمام سی‌پی‌یوهای این کمپانی به ای‌پی‌یو تبدیل می‌شوند. ممکن است ای‌ام‌دی هم مثل اینتل از همان واژه‌ی قدیمی سی‌پی‌یو برای محصولاتش استفاده کند.
در این میان بزرگ‌ترین تولیدکننده‌ی کارت گرافیک یعنی انویدیا هم بی کار ننشسته و قصد تولید پردازنده‌های مبتنی بر ARM برای دستاپ را دارد که خود نوعی ای‌پی‌یو به حساب می‌آیند.
در ادامه نگاهی به انواع و اقسام ای‌پی‌یو خواهیم داشت تا با محصولات موجود بیشتر آشنا شویم.
۴ محصولات اینتل
همانطور که گفته شد اینتل با واژه‌ی ای‌پی‌یو بیگانه است اما طبق تعریفی که از ای‌پی‌یو داشتیم، چنین پردازنده‌ی یکپارچه‌ای خود نوعی ای‌پی‌یو به حساب می‌آید.
اینتل اولین نسل پردازنده‌های گرافیکی خود را در سال ۱۹۹۸ معرفی کرده بود، در سال‌های بعدی راه خود را با رونمایی از چیپ‌ست‌های جدیدتر و قدرتمندتر ادامه داد تا اینکه مدل GMA 4500MHD و مانند آن در سال ۲۰۰۸ وارد بازار شدند. تا سال ۲۰۰۸ تراشه‌های گرافیکی اینتل در پل شمالی مادربورد قرار می‌گرفتند، منظور هم پردازنده‌ی گرافیکی اینتل اکستریم گرافیک است و هم اینتل GMAها که نامشان را در لیست مشخصات مادربوردهای قدیمی که دارای گرافیک آنبورد بودند، بارها و بارها دیده‌ایم.
در فصل اول سال ۲۰۱۰ نوبت به HD Graphics رسید که در اولین نسل پردازنده‌های Core i و همچنین خانواده‌ی Celeron و Pentium مورد استفاده قرار گرفتند. باز هم خبری از گرافیک یکپارچه با پردازنده نیست و تنها اتفاقی که رخ داده، استفاده از تراشه‌ی گرافیکی روی قالب پردازنده‌ی اصلی است. در اولین نسل Core iها از پردازنده‌ی گرافیکی GMA 5700MHD استفاده شده بود که در مدل‌های مختلف با سرعت کلاک متفاوتی کار می‌کردند. در بهترین حالت سرعت کلاک این تراشه در پردازنده‌های ۲ هسته‌ای Core i5 520M، ۵۴۰M و Core i7 620M به ۷۶۶ مگاهرتز می‌رسید. نام‌های دیگر این پردازنده‌ی گرافیکی GMA HD و یا Graphics Media Accelerator می‌باشد.
در سال ۲۰۱۱ دومین نسل اچ‌دی گرافیکس یا به عبارتی نسل ششم پردازنده‌های گرافیکی اینتل هم معرفی شدند که در پردازنده‌های خانواده‌ی سندی بریج جای گرفتند. مدل‌های نسل سوم اچ‌دی گرفیکس شامل HD 3000، HD P 3000 و HD 2000 می‌شوند. تعداد واحدهای پردازش در HD 3000 و ۲۰۰۰ به ترتیب ۶ و ۱۲ عدد است. سرعت کلاک آن نیز در مدل‌ها مختلف بین ۳۵۰ تا ۱۱۵۰ مگاهرتز برای پردازنده‌های موبایل (مخصوص لپ‌تاپ و وسایل همراه) و بین ۶۵۰ تا ۱۳۵۰ مگاهرتز برای دستاپ‌ها و سرورها می‌باشد.
در سال ۲۰۱۲ هفتمین نسل تراشه‌های گرافیکی اینتل و به عبارت دیگر نسل سوم اچ‌دی گرفیکس متولد شد و در پردازنده‌های آیوی بریج به کار رفت. مدل‌های HD 4000، HD 2500 و HD P4000 در این گروه قرار می‌گیرند. HD 2500 و ۴۰۰۰ به ترتیب دارای ۶ و ۱۶ عدد واحد پردازشی هستند. طبق معمول سرعت کلاک در مدل‌های مختلف بسیار متنوع است. پس از بررسی محصولات ای‌ام‌دی، قدرت پردازشی این پردازنده‌ها را در مقایسه با دیگر رقبا به صورت اجمالی بررسی خواهیم کرد.
۵ محصولات اینتل در سال ۲۰۱۳
در سال ۲۰۱۳ منتظر رونمایی از پردازنده‌های Hasswell هستیم که طبق معمول سرعت بالاتر و پردازنده‌ی گرافیکی بهتری به همراه دارند. هسول‌ها سه نوع پردازنده‌ی گرافیکی خواهند داشت. GT1، GT2 و GT3 که GT1 مشابه HD 2500 است.
GT2 به نام HD 4600 شناخته می‌شود و با توجه به اینکه دارای ۲۰ واحد پردازش و پایپ‌لاین است، حداقل ۲۰ درصد قوی‌تر از HD 4000 پیشین می‌باشد. GT3 قوی‌ترین پردازنده‌ی گرافیکی اینتل است که طبق ادعای سازنده ۲ برابر HD 4000 قدرت داشته و برای کاهش مصرف انرژی دارای دو بخش مستقل است.
مصرف انرژی هسول به خاطر استفاده از لیتوگرافی ۲۲ نانومتری که دارای سه گیت ۳ بعدی است، نسبتاً پایین می‌باشد. مجموع توان مصرفی هسول‌هایی که برای وسایل همراه طراحی می‌شوند بین بین ۱۵ وات تا ۵۷ وات می‌باشد. برای کامپیوترهای رومیزی نیز بیشترین توان مصرفی ۸۴ وات است که نسبت به پرچم‌دار نسل قبل یعنی آیوی‌بریج‌ها، کمی بیشتر می‌باشد. در واقع Core i7 3770K حدود ۷۷ وات انرژی مصرف می‌کرد و طبق اطلاعاتی که فعلاً به دست آمده Core i7 4770K حدود ۸۴ وات انرژی، البته در حالت پرکار مصرف می‌کند.
۶ محصولات ای‌ام‌دی
در گذشته ای‌ام‌دی تقریباً تنها رقیب اینتل در تولید پردازنده بود و با کارت گرافیک سر و کار نداشت. اما با ملحق شدن ATI که یکی از دو سازنده‌ی بزرگ تراشه‌های گرافیکی در جهان بود، کم‌کم ایده‌ی فیوژن یا پردازنده‌های ترکیبی در سال ۲۰۰۶ از سوی این کمپانی مطرح شد. این ایده تا سال ۲۰۱۱ مورد بررسی قرار گرفت و نهایتاً در نمایشگاه CES سال ۲۰۱۱ شاهد رونمایی اولین APUهای AMD از خانواده Brazo بودیم.
۷ محصولات سال ۲۰۱۱ ای‌ام‌دی
Brazo با لیتوگرافی ۴۰ نانومتری تولید می‌شدند، توان مصرفی این پردازنده‌ها از ۵٫۵ وات شروع می‌شد و نهایتاً به ۱۸ وات می‌رسید. در این مدل‌ها ۱ یا ۲ عدد هسته‌ی بابکت (Bobcat) به کار گرفته شده بود و پردازنده‌ی گرافیکیشان از سری HD 6000 بود و از دایرکت ایکس ۱۱، اپن‌جی‌ال ۴٫۱ و اپن‌سی‌ال ۱٫۱ پشتیبانی می‌کرد.
۶ ماه بعد در ژوئن ۲۰۱۱ خانواده‌ی دیگری از ایپییوها عرضه شدند. این پردازنده‌ها قدرت بیشتری داشته و پرمصرف‌تر بودند. مصرف انرژی پردازنده‌های ۲ الی ۴ هسته‌ای خانواده‌ی لینکس که برای دستاپ عرضه شده بود و خانواده‌ی سباین برای وسایل همراه، بین ۲۵ وات و ۱۰۰ وات بود. هسته‌ای پردازنده‌ی اصلی این مدل‌ها کی ۱۰ هاسکی بود اما تراشه‌ی گرافیکیشان مشابه برزوها می‌باشد با این تفاوت که تعداد شیدها از ۸۰ عدد به ۱۶۰ الی ۴۰۰ عدد افزایش یافته است.
