ما هي وحدة معالجة الرسومات (GPU)؟

لقد تم استخدام مصطلح "GPU" منذ الثمانينيات على الأقل، ولكن شركة نفيديا Nvidiaهي التي قامت بنشره في عام 1999 من خلال تسويق لوحة الوظائف الإضافية GeForce 256 (AIB) كأول وحدة معالجة رسومات في العالم. قدم هذا المنتج محركات تحويل وإضاءة وإعداد وعرض داخل معالج ذو شريحة واحدة، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الرسومات.

أصبحت ألعاب الفيديو الحديثة معقدة بشكل كبير، وتتميز برسومات واقعية للغاية وعوالم واسعة ومعقدة داخل اللعبة؛ لذا تعد وحدات معالجة الرسومات اليوم ضرورية لعرض الرسومات الثنائية والثلاثية الأبعاد، وتقديم صور عالية الدقة ومعدلات إطارات سلسة.

مع تقنيات العرض المتقدمة مثل شاشات الألعاب بدقة 4K، ومعدلات التحديث العالية، وظهور ألعاب الواقع الافتراضي، أصبح الطلب على وحدات معالجة الرسومات القوية أكبر من أي وقت مضى. حيث تتيح وحدات معالجة الرسومات هذه للاعبين الاستمتاع بتجارب أكثر حماسية من خلال دعم دقة أعلى ومعدلات إطارات أسرع.

في الماضي، كان الوقت اللازم لرفع مقاطع الفيديو بعد الانتهاء من منتجتها يعيق العملية الإبداعية من خلال إشغال موارد الحوسبة لهذا الغرض. الآن، تعمل وحدات معالجة الرسومات على جعل عرض الفيديو والرسومات عالية الوضوح أسرع وأسهل. بفضل إمكانات الذكاء الاصطناعي المدمجة والتقدم في تسريع عملية الحفظ، يمكن إتمام المهام المختلفة مثل تحرير الفيديو والتصميم الجرافيكي والنمذجة ثلاثية الأبعاد بكفاءة أكبر.

يمكن لوحدات معالجة الرسومات إجراء العديد من العمليات الحسابية في وقت واحد، مما يجعلها مثالية لمهام المعالجة المتوازية، مثل التعرف على الصور والتعلم العميق.

غالبًا ما تستفيد تقنيات التعلم العميق الحديثة من القوة المشتركة لوحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية لتسريع عمليات التدريب والاستدلال، مما يحقق تقدم كبير في تطوير الذكاء الاصطناعي.

وهي مدمجة بجانب وحدة المعالجة المركزية وتشترك في نفس الشريحة، وتوجد عادةً في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المكتبية ذات الميزانية المحدودة. في حين أن وحدات معالجة الرسومات المدمجة كافية للمهام اليومية والألعاب الصغيرة، إلا أنها تفتقر إلى الطاقة اللازمة للتطبيقات المعقدة.

وهي عبارة عن شرائح منفصلة مثبتة على لوحات الدوائر الخاصة بها، وعادةً ما تكون متصلة بفتحة PCI Express على اللوحة الأم. توفر وحدات معالجة الرسومات هذه أداءً فائقًا وتستخدم بشكل شائع في أنظمة الألعاب المتطورة ومحطات العمل والخوادم الاحترافية. والذاكرة المخصصة وقوة المعالجة تجعلها مثالية للتعامل مع أعباء العمل الرسومي والمهام الحسابية المعقدة.

تم تصميم وحدة المعالجة المركزية (والتي يمكن وصفها بعقل الكمبيوتر) لأداء مجموعة واسعة من المهام، فهي تتفوق في التعامل مع المهام التي يكون فيها زمن الوصول والأداء لكل نقطة أمرًا بالغ الأهمية. ومع التركيز على تنفيذ المهام الفردية بسرعة، تحتوي وحدة المعالجة المركزية عادةً على عدد أقل من نقاط الوصول مقارنة بوحدة معالجة الرسومات، إلا أن كل نقطة منها قوية للغاية؛ وهذا يجعلها مثالية لـ:

إدارة العديد من المهام الصغيرة، والمتزامنة في كثير من الأحيان، بكفاءة.

إجراء عمليات متتابعة حيث تعتمد كل خطوة على سابقتها.

التعامل مع الاستعلامات والمعاملات المعقدة التي تتطلب معالجة سريعة للبيانات.

تم إنشاء وحدة معالجة الرسومات في البداية باعتبارها ASIC (دائرة متكاملة خاصة بالتطبيقات) متخصصة لتسريع مهام العرض ثلاثي الأبعاد. بمرور الوقت، تطورت وحدات معالجة الرسومات إلى مكونات أكثر مرونة وقابلة للبرمجة، وأصبحت ضرورية للرسومات والألعاب والمعالجة المتوازية.

تدعم وحدة معالجة الرسومات وحدة المعالجة المركزية (CPU) في إجراء العمليات الحسابية المتزامنة. حيث يمكنها إكمال المهام البسيطة والمتكررة بشكل أسرع بكثير ؛ لأنها تقوم بتقسيم المهمة إلى مهام أصغر وإنهاء تلك المهام في الوقت ذاته.

تحتوي وحدة معالجة الرسومات على عدد أكبر من النوى مقارنة بوحدات المعالجة المركزية، ولكن كل نواة منها تكون أقل قوة من نواة وحدة المعالجة المركزية.