CUDA چیست؟

دسته : سخت افزار

نویسنده : علی منصورآبادی

تاریخ : 1401/6/15

سطح : مبتدی

پست های مرتبط

https://teamaa.ir/Assets/Images/Blog/TEAMAA-(uYnjPmcJ)_cpu-vs-gpu-poster.jpg

1401/6/19

CUDA چیست؟

سلام، وقتتون بخیر. علی هستم برنامه نویس تیما. امروز می خواهیم با هم در مورد هسته های CUDA انویدیا صحبت کنیم. اگر می خواهید سیستم جدیدی تهیه کنید یا سیستم قبلی خود را ارتقاء دهید و به دنبال یک GPU جدید هستید، این مقاله می تونه کمکتون کنه. اگر در مورد کارت گرافیک های Nvidia تحقیق و بررسی کرده باشید، ممکنه عبارت هسته ‌های CUDA کارت گرافیک GeForce به چشمتون خورده باشه. در این مقاله، ما می‌خواهیم یک بررسی ساده از هسته‌های CUDA و تفاوت اون‌ها با سایر اجزای رایانه ها ارائه بدیم.

CUDA مخفف عبارت Compute Unified Device Architecture است و هسته‌ها CUDA کارت گرافیک های Nvidia معادل همان هسته ‌های CPU هستند. دقیقا این هسته ها نیز به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند همزمان چندین محاسبات را انجام دهند که این امر، برای مواقعی که یک بازی گرافیکی سنگین انجام می‌دهید بسیار مهم است. در واقع یعنی یک CUDA Core بسیار شبیه به یک CPU Core است ولی اگر به صورت دقیق تر بخواهیم بررسی کنیم، هسته‌های CUDA به اندازه‌ هسته های CPU توسعه‌یافته نیستند. لازم به ذکر است که هسته های CUDA در تعداد بسیار بیشتری نسبت به هسته های CPU پیاده‌سازی می‌شوند. به طور مثال در CPU های مناسب بازی، معمولا 16 هسته وجود دارد و این در حالی است که هسته‌های CUDA به راحتی می‌توانند به صدها هسته هم برسند، همچنین لازم به ذکر است که کارت گرافیک های پیشرفته می‌توانند شامل هزاران هسته CUDA هم باشند. هسته های CUDA با هدف محاسبات موازی کارآمد و سریع تولید می شوند زیرا تعداد هسته‌های CUDA بیشتر، به این معنی است که داده‌های بیشتری را می‌توان به صورت موازی پردازش کرد.

هسته‌های CUDA فقط در پردازنده‌های گرافیکی Nvidia از سری G8X به بعد، از جمله خطوط GeForce، Quadro و Telsa یافت می‌شوند. این فناوری و هسته ها با اکثر سیستم عامل ها سازگار هستند و کار می کند. همچنین لازم به ذکر است که در مقابل هسته های CUDA شرکت Nvidia، تکنولوژی Stream Processors شرکت AMD قرار دارد. در حالی که از نظر معماری و طراحی این دو کاملا متفاوت هستند، هر دو CUDA و Stream Processor یک هدف دارند و هیچ مزیت بزرگی نسبت به هم ندارند، چه در عملکرد و چه در کیفیت.

طبق توضیحات داده شده در مقالات مربوط به CPU، می دانیم که CPU مانند مغز رایانه ما است. CPU یا پردازنده مرکزی کل رایانه را کنترل می کند و طبق دستورالعمل های دریافتی از برنامه در حال اجرا، به اجزای رایانه می گوید که چه کاری انجام دهند. هدف GPU در رایانه ایجاد تصاویر روی صفحه است، از منوی اولیه سیستم عامل گرفته تا صحنه نهایی و آخر یک بازی. پردازش گرافیکی به محاسبات پیچیده زیادی نیاز دارد، به همین دلیل است که تعداد بسیار زیادی هسته‌های CUDA در پردازنده‌های گرافیکی یا GPU ها تعبیه شده اند. تعداد بسیار بالای این هسته ها، به اجرای روان هر برنامه ای که پردازش گرافیکی بخواهد کمک می‌کنند.

هسته‌های CUDA می‌توانند در اندازه‌های بسیار کوچک‌تری نسبت به هسته‌های CPU توسعه داده شوند، چون آنها به ‌طور خاص برای همین هدف بهینه‌سازی و Optimize شده‌اند. به عبارت ساده تر، هر پردازنده گرافیکی که نیاز به انجام محاسبات به طور همزمان یا موازی (parallel) داشته باشد، از تعداد هسته CUDA بالایی بهره می برد. Ray Tracing یا ردیابی پرتو یک مثال عالی برای این موضوع است، زیرا ایجاد سایه ها و شرایط نوری صحیح نیاز به اسب بخار یا horsepower زیادی دارد. همانطور که در مقاله های قبلی گفتیم، Ray Tracing یک ویژگی کلیدی نسل جدید است که به رایانه‌ های دارای سخت‌افزار قوی و جدیدترین کنسول‌های بازی از جمله PS5 و Xbox Series X/S اجازه می‌دهد تا جلوه‌های نوری واقعی‌تری از جمله انعکاس‌های بلادرنگ یا Real Time ارائه دهند.

همانطور که می دانید حتی اگر مشخصات دقیق یک قطعه سخت افزاری را هم بدانیم، پیش بینی عملکردی که از آن می گیریم بسیار دشوار است، به همین دلیل است که توصیه کردن یک عدد برای تعداد هسته های CUDA مناسب هر فرد دشوار است. همچنین سایر اجزای رایانه نیز بر عملکرد تأثیر می گذارند، مانند ظرفیت VRAM و نوع CPU. یکی از بهترین راه‌ها برای درک عملکرد GPU، بررسی سایت UserBenchmark است که سخت‌افزار وارد شده را بررسی می کند و به شما قابلیت مقایسه بین کارت گرافیک های مختلف را می دهد تا بهتر بتوانید تصمیم گیری کنید.

امیدوارم که از این آموزش لذت برده باشید و براتون مفید واقع شده باشه. با ما همراه باشید تا با هم یک درصد بیشتر بدونیم.

پست های مرتبط