Prospettive di sviluppo dell'industria delle GPU nel 2020

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Funzione e classificazione della GPU

La GPU (unità di elaborazione grafica, processore grafico) è anche nota come chip di visualizzazione. Viene utilizzato principalmente in personal computer, workstation, host di giochi e dispositivi mobili (smartphone, tablet, dispositivi VR) per eseguire operazioni grafiche.

La struttura determina che la GPU è più adatta per il calcolo parallelo. La principale differenza tra GPU e CPU risiede nell'architettura della cache su chip e nella struttura dell'unità operativa logica digitale: il numero di core della GPU (in particolare le unità di calcolo Alu) è molto superiore a quello della CPU, ma la sua struttura è più semplice di quella di CPU, quindi si chiama struttura multi core. La struttura multi-core è molto adatta per inviare lo stesso flusso di istruzioni al multi-core in parallelo, utilizzando dati di input diversi da eseguire, in modo da completare le operazioni massicce e semplici nell'elaborazione grafica, come la stessa trasformazione di coordinate per ciascuna vertice e calcolando il valore del colore di ciascun vertice in base allo stesso modello di illuminazione. La GPU sfrutta i vantaggi dell'elaborazione di dati di grandi dimensioni e compensa la mancanza di una lunga latenza migliorando la velocità effettiva dei dati.

In generale, i consumatori presteranno maggiore attenzione alle prestazioni della CPU (unità di elaborazione centrale) quando acquistano prodotti elettronici di consumo, come telefoni cellulari o laptop, come il marchio, la serie e il numero di core della CPU, mentre la GPU riceve meno attenzione. La GPU (unità di elaborazione grafica), così come il processore grafico, è una sorta di microprocessore che può eseguire operazioni relative all'immagine e alla grafica su personal computer, workstation, macchine da gioco e alcuni dispositivi mobili (come tablet, smartphone, ecc.) . All'inizio della nascita del PC, c'era l'idea della GPU e tutti i calcoli grafici erano fatti dalla CPU. Tuttavia, la velocità di utilizzo della CPU per eseguire calcoli grafici è lenta, quindi una speciale scheda di accelerazione grafica è progettata per aiutare con il calcolo grafico. Successivamente, NVIDIA ha proposto il concetto di GPU, che ha promosso la GPU allo stato di un'unità di elaborazione separata.

La CPU è generalmente composta da unità logica di funzionamento, unità di controllo e unità di memoria. Sebbene la CPU abbia più core, il numero totale non supera le due cifre e ogni core ha una cache sufficiente; la CPU dispone di un numero sufficiente di unità operative logiche e di molti hardware per accelerare il giudizio dei rami e un giudizio logico ancora più complesso. Pertanto, la CPU ha capacità super logiche. Il vantaggio della GPU risiede nel multi-core, il numero di core è molto superiore a quello della CPU, che può raggiungere centinaia, ogni core ha una cache relativamente piccola e il numero di unità operative della logica digitale è piccolo e semplice. Pertanto, la GPU è più adatta per il calcolo parallelo dei dati rispetto alla CPU

Esistono due modi per classificare la GPU, uno si basa sulla relazione tra GPU e CPU, l'altro si basa sulla classe di applicazione della GPU. In base al rapporto con la CPU, la GPU può essere suddivisa in CPU e GPU indipendenti. La GPU indipendente è solitamente saldata sul circuito della scheda grafica e si trova sotto la ventola della scheda grafica. La GPU indipendente utilizza una memoria di visualizzazione dedicata e la larghezza di banda della memoria video determina la velocità di connessione con la GPU. La GPU integrata è generalmente integrata con la CPU. La GPU e la CPU integrate condividono una ventola e una cache. La GPU integrata ha una buona compatibilità perché il design, la produzione e il driver della GPU integrata sono completati dal produttore della CPU. Inoltre, grazie all'integrazione di CPU e GPU, lo spazio della GPU integrata è ridotto; le prestazioni della GPU integrata sono relativamente indipendenti e il consumo energetico e il costo della GPU integrata sono relativamente indipendenti grazie all'integrazione di CPU e CPU. La GPU indipendente ha una memoria video indipendente, uno spazio più ampio e una migliore dissipazione del calore, quindi le prestazioni della scheda grafica indipendente sono migliori; ma necessita di spazio aggiuntivo per soddisfare le complesse ed enormi esigenze di elaborazione grafica e fornire applicazioni di codifica video efficienti. Tuttavia, prestazioni elevate significano un maggiore consumo di energia, GPU indipendenti richiedono alimentazione aggiuntiva e il costo è più elevato.

A seconda del tipo di terminale dell'applicazione, può essere suddiviso in pcgpu, GPU server e GPU mobile. Pcgpu viene applicato al PC. A seconda del posizionamento del prodotto, è possibile utilizzare GPU integrata o GPU stand-alone. Ad esempio, se il PC è principalmente un ufficio leggero e un editing di testo, il prodotto generale sceglierà di portare GPU integrata; se il PC deve produrre immagini ad alta definizione, modificare video, eseguire il rendering di giochi, ecc., il prodotto selezionato avrà una GPU indipendente. La GPU del server viene applicata ai server, che possono essere utilizzati per la visualizzazione professionale, l'accelerazione del calcolo, l'apprendimento profondo e altre applicazioni. Secondo lo sviluppo di una serie di tecnologie come il cloud computing e l'intelligenza artificiale, la GPU del server sarà principalmente GPU indipendente. Il terminale mobile sta diventando sempre più sottile e lo spazio netto interno del terminale è diminuito rapidamente a causa dell'aumento di più moduli funzionali. Allo stesso tempo, per quanto il video e l'immagine debbano essere elaborati dal terminale mobile, la GPU integrata è stata in grado di soddisfare i requisiti. Pertanto, la GPU mobile generalmente adotta la GPU integrata.