اهمية وحدات معالجة الرسومات GPUs

وحدة معالجة الرسومات عبارة عن دائرة إلكترونية متخصصة مصممة لمعالجة الذاكرة وتغييرها بسرعة لتسريع تكوين الصور في المخزن المؤقت، والتي سيتم عرضها في النهاية كمخرجات أو عرضها على جهاز، مثل شاشة الهاتف المحمول أو التلفزيون. ولعل لها العديد من الفوائد والاستخدامات التي يمكن عرضها من خلال المقال التالي على موقع لبيبة.

ما هي وحدات معالجة الرسومات؟

وحدة معالجة الرسومات عبارة عن معالج متخصص يساعد في تسريع عرض الرسومات والصور على الكمبيوتر أو أي جهاز آخر. يُستخدم تسريع GPU في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الألعاب وتحرير الفيديو والعرض ثلاثي الأبعاد وتعدين العملات المشفرة والمزيد.

يمكن أن يوفر تسريع GPU العديد من الفوائد، بما في ذلك الأداء المحسن، وتحسين جودة الرسومات، وتقليل الوقت اللازم لإكمال المهام، وتقليل استهلاك الطاقة، والحوسبة المتوازية.

أهمية وحدات معالجة الرسومات (GPUs).

قبل عقدين من الزمن، تم استخدام وحدات معالجة الرسومات بشكل أساسي لتسريع تطبيقات الرسومات ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي، مثل الألعاب. ومع ذلك، في بداية القرن الحادي والعشرين، أدرك علماء الكمبيوتر أن وحدات معالجة الرسومات لديها القدرة على حل بعض أصعب مشاكل الحوسبة في العالم.

• كان هذا الإدراك إيذانًا ببدء عصر وحدات معالجة الرسومات للأغراض العامة، ولكن الآن، يتم تطبيق تكنولوجيا الرسومات على نطاق أوسع على نطاق واسع بشكل متزايد من المشكلات. أصبحت وحدات معالجة الرسومات اليوم أكثر قابلية للبرمجة من أي وقت مضى، مما يمنحها المرونة اللازمة لتسريع مجموعة واسعة من التطبيقات بما يتجاوز عرض الرسومات التقليدية.
• ومن الجدير بالذكر أنه مع أن ألعاب الفيديو أصبحت أكثر كثافة من الناحية الحسابية، ومع رسومات واقعية للغاية وعوالم واسعة ومعقدة داخل اللعبة، ومع تقنيات العرض المتقدمة، مثل شاشات 4K ومعدلات التحديث العالية، إلى جانب ظهور ألعاب الواقع الافتراضي، يتزايد الطلب على معالجة الرسومات بسرعة.
• وحدات معالجة الرسومات قادرة على عرض رسومات ثنائية وثلاثية الأبعاد، ومع أداء رسومات أفضل، يمكن تشغيل الألعاب بدقة أعلى، بمعدلات إطارات أسرع، أو كليهما.
• لقد ناضل محررو الفيديو ومصممو الجرافيك وغيرهم من المهنيين المبدعين مع أوقات العرض الطويلة التي تقيد موارد الحوسبة وتخنق التدفق الإبداعي.
• إن المعالجة المتوازية التي توفرها وحدات معالجة الرسومات، جنبًا إلى جنب مع إمكانات الذكاء الاصطناعي المضمنة والتسريع المتقدم، تجعل تسليم الفيديو والرسومات بتنسيقات عالية الدقة أسرع وأسهل.
• تُستخدم وحدات معالجة الرسومات أيضًا في تطبيقات الذكاء الاصطناعي، مثل التعلم الآلي والتعلم العميق. فهي تمكن أجهزة الكمبيوتر من إجراء عمليات حسابية معقدة بسرعة كبيرة، مما يجعلها مناسبة لهذه التطبيقات.

الفرق بين أنواع GPU

هناك نوعان من وحدة معالجة الرسومات، ويمكن توضيح الفرق بينهما كما يلي:

• وحدة معالجة الرسومات المتكاملة (وحدات معالجة الرسومات المدمجة) تشير الرسومات المدمجة إلى جهاز كمبيوتر حيث تم بناء وحدة معالجة الرسومات على نفس شريحة وحدة المعالجة المركزية. يوفر البناء جنبًا إلى جنب مع وحدة المعالجة المركزية بعض المزايا مثل: كفاءة الطاقة، وصغر الحجم، وتكلفة أقل من وحدة معالجة الرسومات المنفصلة المقابلة. تستخدم وحدات معالجة الرسومات المدمجة ذاكرة الوصول العشوائي للنظام، بدلاً من امتلاك ذاكرة الوصول العشوائي الخاصة بها مثل وحدات معالجة الرسومات المنفصلة.
• وحدة معالجة الرسومات المنفصلة (وحدات معالجة الرسومات): وحدة معالجة الرسومات المنفصلة هي بطاقة رسومات مخصصة، وهي منفصلة تمامًا عن وحدة المعالجة المركزية. تحتوي بطاقة الرسومات على وحدة معالجة الرسومات، والتي يمكن استخدامها لمعالجة الكائنات والتعليمات بشكل منفصل عن وحدة المعالجة المركزية.

أمثلة على تطبيقات GPU

هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم وحدة معالجة الرسوميات، ويمكن توضيح ذلك من خلال السطور التالية:

• الالعاب: الاستخدام الأصلي لوحدات معالجة الرسومات المحوسبة كان مخصصًا للألعاب ثلاثية الأبعاد، وأصبحت وحدات معالجة الرسومات الحديثة للألعاب في الوقت الحاضر متقدمة جدًا لدرجة أنها تسمح للمستخدم ببناء ولعب شخصيته الكرتونية الخاصة، مثل Fortnite.
• إنتاجية: من منظور نظام التشغيل، تسمح وحدات معالجة الرسومات بالتحديثات المحسنة المستمرة، سواء كان ذلك على Apple أو Windows أو Linux. يسمح هذا أيضًا للتطبيقات الموجودة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، مثل Microsoft PowerPoint وPhotoshop وPages، بالعمل بمعدل أكثر كفاءة وإنتاجية، مما يقلل من التأخير الحسابي.
• الإعلام والترفيه: أحد المجالات المهمة التي تتطلب وحدات معالجة رسوميات متطورة هو تحرير الفيديو، لأنه يتطلب استخدامًا مكثفًا لموارد النظام. تستخدم التطبيقات البرمجية مثل: Adobe Premiere Elements 9 وiMovie وFinal Cut Pro وFilmora 9 وما إلى ذلك كمية كبيرة من وحدة معالجة الرسومات أثناء محاولة عرض الرسوم المتحركة والمعاينات بكفاءة.
• معلومات حيوية: تتضمن المعلوماتية الحيوية التسلسل والالتحام بالبروتين. لتنفيذ الإجراءات التي يريدها المستخدمون وتنفيذها، يتضمن ذلك مهام مكثفة حسابيًا للغاية تسعى إليها وحدات معالجة الرسومات عالية الأداء مثل CUDA.
• علم البيانات والتحليلات وقواعد البيانات: لتحقيق المزيد من قرارات الأعمال في الوقت الفعلي بناءً على تحليلات البيانات الضخمة الطويلة.
• الدفاع والاستخبارات: داخل مؤسسات الدفاع والاستخبارات، تعد البيانات عالية المستوى والدقيقة وفي الوقت المناسب ذات أهمية قصوى. هذا هو تنفيذ العمليات الاستراتيجية اليومية. على وجه التحديد، لتحقيق ذلك، تصل البيانات باستمرار من مصادر بعيدة مثل الأقمار الصناعية والطائرات بدون طيار والرادارات وكاميرات المراقبة وما إلى ذلك. ويجب تحويل جميع البيانات الأولية من مصادر مختلفة إلى معلومات يمكن لأنظمة الكمبيوتر فهمها.
• التعلم الالي: يستخدم علماء البيانات والمهندسون المعماريون وحدات معالجة الرسومات لإجراء التحسينات بالإضافة إلى تحقيق اختراقات في الذكاء الاصطناعي وتصنيف الصور والتعرف على الكلام وتحليلات الفيديو ومعالجة اللغة.
• التصوير الطبي: يعد مجال التصوير الطبي من أوائل المجالات التي تستفيد من أي زيادة في تسريع وحدة معالجة الرسومات. لقد أصبح هذا المجال متقدمًا جدًا لدرجة أن بعض الأجهزة الطبية تستخدم وحدة معالجة الرسومات Tesla من NVIDIA في الوقت الحاضر، وقد استفادت خوارزميات تجزئة الأتمتة بشكل كبير من دمج حوسبة وحدة معالجة الرسومات في سير عمل معالجة الصور، وأصبحت النماذج المرئية الجديدة مثل النماذج ثلاثية الأبعاد المجسمة ممكنة بسبب القوة الحسابية المتزايدة لـ وحدة معالجة الرسومات.
• الطقس والمناخ: أحد الاستخدامات الرئيسية لوحدات معالجة الرسومات المتقدمة هو التنبؤ بالطقس والزلازل والتسونامي وما إلى ذلك. تساعد وحدات معالجة الرسوميات المتقدمة العلماء والمهنيين على زيادة كفاءة وصحة البيانات لتقليل تفاصيل التنبؤ بالمناخ.
• تعدين العملات المشفرة: في البداية، قبل الانتشار الكبير للعملات المشفرة، كان يتم تعدين العملات المشفرة باستخدام وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، حيث كان الناس قادرين على تعدين أي عملة بيتكوين، من أجهزة الكمبيوتر المحمول الخاصة بهم في المنزل، ولكن في الوقت الحاضر، يعتمد تعدين البيتكوين على وحدة معالجة الرسومات ( GPU)، وهذه الشاشة أسرع 800 مرة من وحدات المعالجة المركزية (CPU).

كيف تعمل وحدات معالجة الرسومات؟

تعرض وحدة معالجة الرسومات الصور، ولكنها تتطلب أيضًا مساحة للاحتفاظ بالمعلومات والصورة الكاملة، لذلك تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين هذه البيانات، وسيتم توصيل ذاكرة الوصول العشوائي مباشرة بـ DAC وهو جهاز رقمي – تناظري المحول الذي سيترجم الصورة إلى إشارة تناظرية يمكنها استخدامها على الشاشة.

تحتوي بعض الأنظمة على أكثر من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM-DAC)، والتي يمكنها تحسين الأداء ودعم أكثر من شاشة واحدة.