GPU-architectuur: een structuur voor parallelle gegevensdoorvoer [Partition Magic]

Samenvatting :

gpu-architectuur

De volgende inhoud zal u kennis laten maken met de GPU-architectuur in detail. Over het algemeen is de structuur van een grafische kaart (van groot naar klein): processorclusters (pc) > streaming multiprocessors (SM) > laag-1 instructiecache en bijbehorende kernen. Kom meer te weten over de structuren van computercomponenten op MiniTool partitie-editor website .





Snelle navigatie :

Over GPU (Graphics Processing Unit)

Volgens Wikipedia is een GPU-kaart, ook wel een grafische kaart of videokaart genoemd, een gespecialiseerd elektronisch circuit. Het is speciaal ontworpen voor het snel manipuleren en wijzigen van geheugen om het maken van afbeeldingen in een framebuffer te versnellen, dus bedoeld voor uitvoer naar een weergaveapparaat zoals een computermonitor of tv-scherm.

Moderne GPU-architectuur is zeer efficiënt in het manipuleren van grafische afbeeldingen en beeldverwerking. De zeer parallelle structuur maakt het effectiever dan voor algemeen gebruik CPU-architectuur (Central Processing Unit) voor algoritmen, die grote blokken gegevens parallel verwerken.



Binnen een pc kan een GPU worden ingebed in een uitbreidingskaart ( videokaart ), vooraf geïnstalleerd op het moederbord (speciale GPU) of geïntegreerd in de CPU-chip (geïntegreerde GPU).

GPU-architectuur

Wanneer spreekt over? videokaart architectuur , het gaat altijd om in of vergeleken met CPU-architectuur.

GPU versus CPU-architectuur

De functie van een GPU is het optimaliseren van de gegevensdoorvoer. Het maakt het mogelijk om zoveel mogelijk taken tegelijk door de binnenkant te duwen, veel meer taken dan de CPU tegelijk aankan. Dit komt allemaal omdat een grafische kaart over het algemeen veel meer kernen heeft dan een CPU.



Maar eigenlijk noemen we een kern een CUDA-kern (Compute Unified Device Architecture), die bestaat uit een volledig gepijplijnde integer ALU's (Arithmetic Logic Unit) en FPU (Floating Point Unit), in een GPU. In NVIDIA GPU-architectuur , ondersteunt de ALU volledige 32-bits precisie voor alle instructies. En de integer-ALU is geoptimaliseerd om efficiënt 64-bits, uitgebreide precisiebewerkingen te ondersteunen, evenals verschillende instructies zoals Boolean, vergelijken, converteren, verplaatsen, verschuiven, bit-reverse insert, bit-field extract en populatietelling.

Over het algemeen lijkt de architectuur van een GPU sterk op die van een CPU. Ze maken allebei gebruik van geheugenconstructies van cachelagen, globaal geheugen en geheugencontroller.

Bij een GPU-architectuur op hoog niveau draait alles om gegevensparallelle doorvoerberekeningen en het aan het werk zetten van beschikbare kernen in plaats van zich te concentreren op cachegeheugentoegang met lage latentie zoals een CPU.



Opmerking: de gedetailleerde grafische kaart architectuur is sterk afhankelijk van het merk en model van verschillende fabrikanten; de Nvidia GPU-architectuur en de AMD GPU-architectuur is anders.

Basisprincipes van GPU-architectuur

Binnen een GPU-apparaat zijn er meerdere processorclusters (PC), die meerdere streaming multiprocessors (SM) bevatten. En elke SM herbergt een laag-1 instructiecachelaag samen met de bijbehorende kernen. Gewoonlijk gebruikt een SM een speciale laag-1-cache en een gedeelde laag-2-cache voordat gegevens uit de global worden gehaald GDDR-5 geheugen. Daarom, de GPU-processorarchitectuur is aanvaardbaar voor geheugenlatentie.

GCA (Graphics Compute Array)

Gewoonlijk bestaat een GCA, ook bekend als een 3D-engine, uit pixel shaders, vertex shaders of unified shaders, stream processors (CUDA cores), texture mapping units (TMU's), render output units (ROP's), L2-cache , geometrieprocessors, enzovoort.



GMC (grafische geheugencontroller)

De GMC, ook bekend als geheugenchipcontroller (MCC) of geheugencontrollereenheid (MCU), is een digitaal circuit dat de gegevensstroom regelt die naar of van het grafische geheugen van de computer gaat. Het kan een aparte chip zijn; het kan ook in een andere chip worden geïntegreerd, bijvoorbeeld op dezelfde chip of als integraal onderdeel van een microprocessor. Als de GMC als integraal onderdeel bestaat, wordt dit een IMC (Integrated Memory Controller) genoemd.

Het geheugen GMC controleert inclusief VRAM, WRAM, MDRAM, DDR, GDDR en HBM.

VGA BIOS (Video Graphics Array Basic Input/Output System)

VGA BIOS, ook wel bekend als video BIOS, is het BIOS van een grafische kaart in een computer. Het is een aparte chip op de grafische kaart, geen onderdeel van de GPU.

BIF (businterface)

De businterface (BI) is een computerbus voor het koppelen van kleine randapparatuur zoals flashgeheugen met de processor. Meestal omvat het SA, VLB, PCI, AGP en PCIe.

pci versus pcie-miniatuur PCI versus PCIe: wat is het verschil en hoe onderscheid je ze?

Dit bericht vertelt je de verschillen tussen PCI en PCIe. Het laat je ook zien hoe je ze kunt onderscheiden.

Lees verder

PMU (Energiebeheereenheid)

De PMU is een microcontroller (microchip) die de stroomfuncties van digitale platforms aanstuurt. Het heeft veel vergelijkbare componenten als de gemiddelde computer, zoals CPU, geheugen, firmware, software, enz. De PMU is een van de weinige componenten die actief blijven, zelfs wanneer de computer volledig is uitgeschakeld, aangedreven door een back-upbatterij.

In een draagbare computer coördineert de PMU de volgende functies:

  • Controleer stroomaansluitingen en batterijladingen.
  • Schakel onnodige systeemonderdelen uit wanneer ze niet actief zijn.
  • Bedien slaap- en stroomfuncties (aan of uit).
  • Regel de stroom naar andere geïntegreerde schakelingen.
  • Beheer de interface van een ingebouwd toetsenbord of trackpads.
  • Laad batterijen op wanneer dat nodig is.
  • Regel de real-time klok (RTC).

VPU (videoverwerkingseenheid)

VPU is een gespecialiseerde processor die videostreams als input neemt en zeer complexe processen op de inputstream kan uitvoeren. Het wordt meestal gebruikt in toepassingen en apparaten voor machine learning en fungeert als een hulpcomponent in die apparaten.

VPU is een videocodec die verantwoordelijk is voor het coderen en decoderen van video. Het wordt dus ook wel een video-encoder en -decoder genoemd. VPU's voeren de compressie of decompressie uit van MPEG2 , Theora, VP8, H.264, H.265, VP9, ​​VC-1, enz.

DIF (weergave-interface)

Display-interface, ook wel displaycontroller genoemd, definieert een seriële bus en een communicatieprotocol tussen de host, de bron van de beeldgegevens en het bestemmingsapparaat. Het omvat RAMDAC's, HDMI-audio, DP-audio, video-underlay ( VGA , DVI , HDMI, DisplayPort , S-Video, composiet video, component video), PHY (LVDS, TIMDS) en EDID.

hdmi-poort werkt niet thumbnail HDMI-poort werkt niet in Windows 10/11? Hier leest u hoe u het kunt oplossen

Er zijn enkele problemen gemeld met betrekking tot de HDMI-poort. Maak je geen zorgen. Dit artikel is voor u geschreven om het probleem met de HDMI-poort op te lossen.

Lees verder

In een notendop, GPU-architectuur is eenvoudiger dan die van de CPU. De architectuur van de grafische verwerkingseenheid heeft veel meer kernen dan een CPU om parallelle gegevensverwerking te bereiken met een hogere latentietolerantie. Een dergelijk soort GPU staat bekend als GPU voor algemeen gebruik (GPGPU) die wordt gebruikt om de rekenbelasting in moderne high-performance computing (HPC) te versnellen.