وحدة معالجة الرسومات هي دائرة إلكترونية متخصصة ومصممة للتعامل مع الذاكرة وتغييرها بسرعة لتسريع تكوين الصور في إطار عازل، والذي سيتم تقديمه في النهاية ليصبح مخرجًا أو معروضًا على جهاز، مثل شاشة الهاتف المحمول أو التلفزيون، وقد يكون لها العديد من الفوائد والاستخدامات التي يمكن عرضها من خلال المقال التالي عبر موقع موسوعة.
ما هي وحدات معالجة الرسومات GPUs
وحدة معالجة الرسومات هي معالج متخصص يساعد في تسريع عرض الرسومات والصور على جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر. يتم استخدام تسريع GPU في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الألعاب وتحرير الفيديو والعرض ثلاثي الأبعاد والتعدين بالعملات المشفرة والمزيد.
يمكن أن يوفر تسارع وحدة معالجة الرسومات العديد من الفوائد، بما في ذلك تحسين الأداء وتحسين جودة الرسومات وتقليل الوقت لإكمال المهام وتقليل استهلاك الطاقة والحوسبة الموازية.
اهمية 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، مع بداية القرن الحادي والعشرين، أدرك علماء الكمبيوتر أن وحدات معالجة الرسومات لديها القدرة على حل بعض أصعب مشاكل الحوسبة في العالم.
- أدى هذا الإدراك إلى نشأة حقبة GPU للأغراض العامة ولكن الآن، يتم تطبيق تقنية الرسومات على نطاق أوسع على مجموعة واسعة بشكل متزايد من المشاكل. أصبحت وحدات معالجة الرسومات اليوم أكثر قابلية للبرمجة من أي وقت مضى، مما يمنحها المرونة لتسريع مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتجاوز تقديم الرسومات التقليدية.
- ومن الجدير بالذكر أن أصبحت ألعاب الفيديو أكثر كثافة من الناحية الحسابية، مع رسومات مفرطة الواقعية وعوالم واسعة ومعقدة داخل اللعبة، ومع تقنيات العرض المتقدمة، مثل شاشات 4K ومعدلات التحديث العالية، إلى جانب صعود ألعاب الواقع الافتراضي، تزداد الطلبات على معالجة الرسومات بسرعة.
- وحدات معالجة الرسومات قادرة على تقديم الرسومات ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد، مع أداء رسومات أفضل، يمكن لعب الألعاب بدقة أعلى أو بمعدلات إطار أسرع أو كليهما.
- كافح محررو الفيديو ومصممو الجرافيك وغيرهم من المحترفين الإبداعيين مع أوقات العرض الطويلة التي ربطت موارد الحوسبة وخنقت التدفق الإبداعي.
- المعالجة الموازية التي تقدمها وحدات معالجة الرسومات جنبًا إلى جنب مع قدرات الذكاء الاصطناعي المدمجة والتسارع المتقدم، وتجعل من الأسرع والأسهل تقديم الفيديو والرسومات بتنسيقات عالية الدقة.
- كما تُستخدم وحدات معالجة الرسومات أيضًا في تطبيقات الذكاء الاصطناعي، مثل التعلم الآلي والتعلم العميق. فهي تُمكّن أجهزة الكمبيوتر من إجراء عمليات حسابية معقدة بسرعة كبيرة، مما يجعلها مناسبة لهذه التطبيقات.
الاختلاف بين أنواع وحدة معالجة الرسومات
يوجد نوعان من وحدة معالجة الرسومات يمكن توضيح الاختلاف بينهما فيما يلي:
- وحدة معالجة الرسومات المتكاملة (iGPUs): يشير مصطلح الرسومات المتكاملة إلى جهاز كمبيوتر حيث يتم بناء وحدة معالجة الرسومات على نفس شريحة وحدة المعالجة المركزية، يسمح البناء جنبًا إلى جنب مع وحدة المعالجة المركزية ببعض الفوائد مثل: كفاءة الطاقة، وصغر حجمها، وأقل تكلفة من وحدة معالجة الرسومات المنفصلة المعارضة، كما تستخدم وحدات معالجة الرسومات المتكاملة ذاكرة الوصول العشوائي للنظام، بدلاً من امتلاك ذاكرة الوصول العشوائي الخاصة بها مثل وحدات معالجة الرسومات المنفصلة.
- وحدة معالجة الرسومات المنفصلة (dGPUs): وحدة معالجة الرسومات المنفصلة هي بطاقة رسومات مخصصة، وهي منفصلة تمامًا عن وحدة المعالجة المركزية. تغلف بطاقة الرسومات وحدة معالجة الرسومات، والتي يمكن استخدامها لمعالجة العناصر والتعليمات بشكل منفصل عن وحدة المعالجة المركزي.
أمثلة على تطبيقات وحدة معالجة الرسومات
هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم وحدة معالجة الرسومات، وهذا ما يمكن توضيحه من خلال السطور التالية:
- الألعاب: كان الاستخدام الأصلي لوحدات معالجة الرسومات المحوسبة للألعاب ثلاثية الأبعاد، وأصبحت وحدات معالجة الرسومات الحديثة في الألعاب في الوقت الحاضر متقدمة جدًا لدرجة أنها تسمح للمستخدم بالبناء واللعب بشخصية الرسوم المتحركة الخاصة به، أي Fortnite.
- الإنتاجية: من منظور نظام التشغيل، تسمح وحدات معالجة الرسومات بتحديثات محسنة مستمرة، سواء كان ذلك على نظام تشغيل Apple أو Windows أو Linux، كما يسمح هذا للتطبيقات الموجودة على الكمبيوتر، أي Microsoft PowerPoint و Photoshop و Pages، بالعمل بمعدل أكثر كفاءة وإنتاجية، مما يقلل من التأخر الحسابي.
- وسائل الإعلام والترفيه: ومن المجالات الهامة، التي تتطلب وحدات معالجة الرسومات عالية المستوى هي تحرير الفيديو، لأنه يتطلب استخدامًا مكثفًا لموارد النظام. تستخدم تطبيقات البرنامج مثل: Adobe Premiere Elements 9 و iMovie و Final Cut Pro و Filmora 9 وما إلى ذلك كمية كبيرة من وحدة معالجة الرسومات أثناء محاولتها تقديم الرسوم المتحركة والمعاينات بكفاءة.
- المعلومات الحيوية: تتضمن المعلوماتية الحيوية التسلسل والتحام البروتين. لأداء وتنفيذ الإجراءات التي يريدها المستخدمون، يتضمن ذلك حساب المهام المكثفة للغاية التي تسعى إلى وحدات معالجة الرسومات عالية الأداء مثل “CUDA”
- علوم البيانات والتحليلات وقواعد البيانات: لتحقيق المزيد من قرارات الأعمال في الوقت الفعلي بناءً على تحليلات البيانات الضخمة المطولة.
- الدفاع والاستخبارات: داخل منظمات الدفاع والاستخبارات، فإن البيانات عالية المستوى والدقيقة وفي الوقت المناسب لها أهمية قصوى. هذا لتنفيذ 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. يجب تحويل جميع البيانات الأولية من مصادر مختلفة إلى معلومات يمكن لأنظمة الكمبيوتر فهمها.
- التعلم الآلي: يستخدم علماء البيانات والمهندسون المعماريون وحدات معالجة الرسومات لإجراء تحسينات بالإضافة إلى اختراقات في الذكاء الاصطناعي وتصنيف الصور والتعرف على الكلام وتحليلات الفيديو ومعالجة اللغة.
- التصوير الطبي: يعد مجال التصوير الطبي من أوائل المتبنين للاستفادة من أي زيادة في تسارع وحدة معالجة الرسومات. أصبح هذا المجال متقدمًا لدرجة أن بعض الأجهزة الطبية تستخدم وحدة معالجة الرسومات Tesla GPU من NVIDIA في الوقت الحاضر، وقد استفادت خوارزميات تقسيم الأتمتة بشكل كبير من دمج حوسبة وحدة معالجة الرسومات في سير عمل معالجة الصور، كما أصبحت النماذج البصرية الجديدة مثل المجسمة ثلاثية الأبعاد ممكنة بسبب زيادة القدرة الحسابية لوحدة معالجة الرسومات.
- الطقس والمناخ: يتمثل أحد الاستخدامات الرئيسية لوحدات معالجة الرسومات المتقدمة في التنبؤ بالطقس، أو الزلازلأو أمواج تسونامي وما إلى ذلك تساعد وحدات معالجة الرسومات المتقدمة العلماء والمهنيين على زيادة كفاءة وصحة البيانات لتصغير التفاصيل للتنبؤ بالمناخ.
- تعدين العملات المشفرة: في البداية، قبل اندلاع العملة المشفرة الكبيرة، تم استخراج العملة المشفرة باستخدام وحدات المعالجة المركزية، حيث كان الناس قادرين على استخراج أي عملة البيتكوين، من الكمبيوتر المحمول المنزلي، ولكن في الوقت الحاضر، يعتمد تعدين البيتكوين على وحدة معالجة الرسومات، وهذا العرض أسرع بـ 800 مرة من وحدات المعالجة المركزية.
كيف تعمل وحدات معالجة الرسومات ؟
تقدم وحدة معالجة الرسومات الصور، ومع ذلك فهي تتطلب أيضًا مساحة للاحتفاظ بالمعلومات والصورة الكاملة، لذلك تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) لتخزين هذه البيانات، وستكون ذاكرة الوصول العشوائي متصلة مباشرة بـ DAC زهو محول رقمي إلى تناظري، والذي سيُترجم الصورة إلى إشارة تناظرية يمكن للشاشة استخدامها.
تحتوي بعض الأنظمة على أكثر من ذاكرة وصول عشوائي (RAM-DAC) واحدة، والتي يمكن أن تحسن الأداء وتدعم أكثر من شاشة واحدة.
ملحوظة: مضمون هذا الخبر تم كتابته بواسطة الموسوعة ولا يعبر عن وجهة نظر مصر اليوم وانما تم نقله بمحتواه كما هو من الموسوعة ونحن غير مسئولين عن محتوى الخبر والعهدة علي المصدر السابق ذكرة.
