HPC 高性能计算知识 - GPU 的工作原理
在 HPC 高性能计算领域,GPU(Graphic Processing Unit,图形处理器)扮演着至关重要的角色。GPU 的出现改变了传统的计算模式,将图形处理从 CPU 中独立出来,提高了计算速度和质量。本文将详细介绍 GPU 的工作原理、结构和发展历程。
GPU 的工作原理
GPU 的主要作用是进行各种与计算机图形有关的数据运算,包括顶点设置、光影、像素操作等。GPU 实际上是一组图形函数的集合,而这些函数由硬件实现。在 GPU 中,数据的处理流程是从 Vertex shader 开始的,Vertex shader 将对顶点数据进行基本的判断,如果没有需要处理的 Vertex 效果,则顶点数据直接进入 T&L 单元进行传统的 T&L 操作以节约时间提高效率。
如果需要处理各种 Vertex 效果,则 Vertex shader 将先对各种 Vertex Programs 的指令进行运算,一般的 Vertex Programs 中往往包含了过去转换、剪切、光照运算等所需要实现的效果,故经由 Vertex shader 处理的效果一般不需要再进行 T&L 操作。
GPU 的结构
GPU 的结构示意图包含一块标准的 GPU,主要包括 2D Engine、3D Engine、Video Processing Engine、FSAA Engine、显存管理单元等。其中,3D 运算中起决定作用的是 3DEngine,这是现代 3D 显卡的灵魂,也是区别 GPU 等级的重要标志。
3DEngine 在各公司的产品中都是宣传攻势的重点照顾对象,名字一个比一个响,像 NVIDIA 的 nFjnjtFX 系列、CineFX 系列,AMD 的 SmoothVision 系列。一个 3DEngine 通常包含着 T&L 单元、Vertex Processing Engine、SetupEngine、Pixel Shader 等部分。
GPU 的发展历程
GPU 的诞生可以追溯到 1999 年 8 月 31 日,NVIDIA 公司发布了 GeForce 256 图形处理芯片,首先提出 GPU 的概念。从那时开始,GPU 技术以令人惊异的速度发展,渲染速率每 6 个月就翻一番,性能多年来翻番了十倍百倍,也就是说提高了上千倍!
GPU 的出现改变了计算机图形学的发展道路,图形处理器取代了图形加速器,我们应该摒弃图形加速器的旧观念。GPU 的结构和工作原理使其能够进行几乎全部与计算机图形有关的数据运算,提高了计算速度和质量。
GPU 是 HPC 高性能计算领域的核心组件,其工作原理、结构和发展历程对于理解高性能计算的重要性。