گرافیک گوشی چیست ؟

گرافیک گوشی چیست (What is the GPU of the phone)

نوشته شده به صورت یونیک توسط رسانه ی لیمود (آخرین بروزرسانی 1402/09/10)

با توجه به پیشرفت گوشی‌های تلفن همراه از ده‌ها سال پیش تا به حال و رشد ناگهانی آنها ، قطعات داخلی و سخت افزار آنها آنقدر پیشرفت کرده و تقریبا به سخت افزارهای کامپیوتر نزدیک شده‌اند که میتوانید همین حالا دو قطعه مهم مثل گرافیک و پردازنده را در اسمارت فون‌ها دقیقا شبیه به قطعات کامپیوتر بررسی و جواب سوالاتی مانند گرافیک گوشی چیست و پردازنده گوشی چیست را در اینترنت و فضاهای مجازی به سرعت پیدا کنید .

گرافیک موبایل چیست ؟

گرافیک موبایل Graphics Processing Unit به اختصار GPU یا واحد پردازش گرافیکی یک پردازنده اختصاصی است که برای اجرا و رِندِر برنامه‌های گرافیکی یا حداقل عوامل دیداری در سیستم‌های الکترونیکی ، رابط‌های کاربری و محتوای سه‌ بعدی در گوشی‌های هوشمند ، تبلت‌ها و دستگاه‌های IOT (سیستم‌های اینترنت اشیاء) طراحی شده است . بازی‌های سه‌ بعدی واقع‌ گرایانه و رابط‌های کاربری گرافیکی UI نمونه‌هایی از بارهای کاری‌ای هستند که به‌طور خاص نماپردازشگرها را برای آنها طراحی و در موبایل و اسمارت فون‌ها تَعبیه میکنند . برای مثال وقتی در حال کار با نرم افزارهایی مانند فیلمورا اندروید هستید از CPU (پردازنده) استفاده میکنید ولی با دانلود بازی Subway Surfers و هنگام اجرا از GPU (پردازنده گرافیک) بیشترین استفاده را دارید .

داستان پردازنده گرافیکی موبایل

در گوشی‌های تلفن همراه قدیمی تقریبا تمام واحدهای پردازش تصویری و پردازش داده به عهده سی پیو بوده و چیزی به عنوان یک پردازنده واحد برای گرافیک‌های بصری موبایل وجود نداشت . چندین سال پیش اولین GPU ها برای موبایل‌ها توسط کمپانی‌هایی مانند اپل و سامسونگ برای تلفن‌های همراه رده بالا طراحی شد که برای حفظ رقابت و وضعیت پرچمدارهای این کمپانی‌ها در رقابتی تنگا تنگ به آخرین فناوری‌ها تجهیز و پیشرفت کرد . در حال حاظر ، با وجود نمایشگرهای گرافیکی در هر زمان و مکانی و استفاده در انواع دستگاه‌های هوشمند ، GPU به بخشی ضروری از مشخصات محصول برای تمامی تلفن‌های همراه و متناسب با تمام پردازنده‌های MPU (واحد ریزپردازنده) یا MCU (واحد کنترل چند نقطه‌ای) متوسط و بالا رده تبدیل شده است . گرافیگ همچنین به تمایز محصول ، برتری و فروش بیشتر در گوشی‌های رده متوسط به بالای شرکت‌های تولید کننده کمک شایانی کرد و از زمان تولید و استفاده در تلفن‌ها انتخاب‌های بیشتری را با تنوع بالای مدل‌ها به مشتری و خریداران اعطا کرد .

طراحی پردازنده گرافیک گوشی

جی پیو به عنوان یک موتور پردازش داده‌های چندگانه SIMD (یک دستور چند داده)  طراحی شده است که برای بار و پردازش‌های کاری موازی و همزمان با تعداد بسیار بالا ساخته شده است . گرافیک سه بعدی یکی از بهترین نمونه‌های پردازش موازی با توان عملیاتی بالا است که توسط گرافیک‌ها و واحدهای پردازش گرافیکی به راحتی اجرا میشود زیرا GPUها می‌توانند میلیاردها پیکسل یا عملیات ممیّز شناور در ثانیه GFLOPS (مقیاسی برای سنجش کارایی پردازشگر رایانه) را پردازش کنند . در قلب یک گرافیگ یک یا چند سایه زن (واحد SIMD) وجود دارد که پیکسل‌های یک تصویر را پردازش می‌کند و به طور کلی در کارهای معمولی استفاده می‌شود ؛ کارهایی مانند تنظیم کنتراست تصاویر یا تنظیم شدت صدای دیجیتالی و در کل تجربه چندرسانه‌ای کاربر را افزایش میدهند . همچنین در پردازنده‌های گرافیک شیدر Shader عنصر محاسباتی‌ای است که برنامه‌های گرافیکی سه بعدی را در هر پیکسل اجرا می‌کند .

بعد از تجزیه‌ی تصویر توسط شیدرها و پردازش اولیه ، برنامه‌های سایه زن ویژگی‌های شی را تغییر می‌دهند تا کنترل موقعیت ، حرکت و نورپردازی و رنگ را امکان‌پذیر کنند . برنامه‌های سایه‌زن پیکسل ، رنگ قطعه‌های تصویر نهایی ، سایه‌ها ، بافت شیء و نور را محاسبه می‌کنند و می‌توانند برای افزودن جلوه‌های ویژه به صحنه با افزودنی‌هایی مانند محو کردن ، بهبود لبه‌ها یا فیلتر کردن نور و رنگ کارایی داشته باشند .

شیدرهای محاسباتی مانند آنهایی که در OpenGL ES 3.1 هستند برای رندر گرافیکی پیشرفته مفید هستند ، اهمیت استفاده از این شیدرها جایی معلوم میشود که محاسبات سخت سه بعدی را برای اضافه کردن جلوه‌های واقعی مانند پردازش فیزیک (حرکات موج طبیعی و باد یا انفجار در بازی) با هم ترکیب کنید . پردازنده‌های گرافیکی همچنین می‌توانند به طور موثر از یک واحد سایه‌زن تا هزاران واحد سایه‌زن به هم پیوسته و گروه‌بندی شده ساخته شوند تا عملکرد و موازی‌ سازی عملیات پردازش را بر اساس برنامه هدف از موبایل گرفته و محاسبات بهینه و سریعتری را داشته باشند . سایه زن‌های به هم پیوسته با تعداد بالا می‌توانند بیش از 1.2 گیگاهرتز اجرا کنند و میلیاردها دستورالعمل را در هر چرخه برای پردازش گرافیک ، اجرا کنند .

GPU همچنین در حال تبدیل شدن به بخش مهمی از سیستم است ؛ صنعت به سمت بهینه‌سازی‌های سطح پلتفرم حرکت می‌کند که در آن GPU برای برنامه‌های فشرده محاسباتی فراتر از گرافیک استفاده می‌شود . این دقیقا همان چیزی است که هم اکنون در سال 2024 باعث ظهور برنامه‌های هوش مصنوعی قوی‌تر و بهتری توسط گرافیک‌ها هستیم ! توجه داشته باشید که در طراحی‌های هیبریدی امروزی ، بلوک‌های محاسباتی دیگری از جمله DSP، FPGA و دیگر هسته‌های خاص وظیفه وجود دارند ؛ که می‌توانند همراه با ترکیب گرافیک و سی‌پی‌یو استفاده شوند .

معرفی خطوط پردازشی گرافیک

پردازنده‌های گرافیکی جدیدتر از سایه‌زن‌های ( یکپارچه ) ، برای دستیابی به بهترین مدیریت منابع سخت افزاری در انواع مختلف برنامه‌های سایه‌زن برای متعادل کردن حجم کار استفاده می‌کنند تا هم در بهینه‌تر شدن پردازش و هم در بالا بردن راندمان محصول به کاربران کمک شایانی کرده باشند . اولین نسخه‌های سایه‌زن‌های یکپارچه که پیشتر در مورد آنها صحبت کردیم ، پردازش راس و پیکسل را با هم ترکیب کردند ، با نسخه‌های بعدی که پشتیبانی از هندسه ، تسلاسیون و شیدرهای محاسباتی را به عنوان APIهای گرافیکی پیشرفته اضافه کردند . برای سایه‌زن‌های یکپارچه ، بارهای کاری اختصاص داده‌شده به هر سایه‌زن می‌تواند بر اساس پیکسل‌های با الویت بالاتر باشد ، که به سایه‌زن اجازه می‌دهد فوراً بین هر یک از زمینه‌ها جابجا شود تا سطح بالایی از استفاده از پردازش را حفظ کند . این امر در مواردی که تصویری با رأس یا پیکسل سنگین دارید ، تنگناها و رکود منابع سخت افزاری را به حداقل می‌رساند . در معماری‌های سایه زن غیر یکپارچه ، سایه زن‌های VS (پردازش راس) و PS جداگانه و ثابت وجود دارد . برای مثال ، اگر تصویر سنگین باشد ، VS می‌تواند خط لوله گرافیک را متوقف کند ، زیرا قبل از اینکه GPU بتواند به پردازش بقیه تصویر ادامه دهد ، باید فعالیت خود را تمام کند .

بلوک‌های خطوط گرافیک موبایل

اما خطوط ارتباطی داخل گرافیک نیز دارای بخش‌های مختلفی است که در اینجا ما آنها را بلوک‌هایی به هم چسبیده مینامیم ! فرض کنید میخواهید یک دیوار بسازید ، همانگونه که بلوک‌ها را روی هم قرار میدهید تا یک دیوار کامل شکل بگیرد ، همانطور هم میتوانید یک پردازنده گرافیکی را تصور کنید . ماده‌ای که بین بلوک‌ها قرار میگیرد تا آنها را در کنار هم نگه دارند خطوط ما و بلوک‌ها بخش‌های مختلف یک گرافیک گوشی هستند . که در اینجا به بررسی 4 مدل بلوک در گرافیک‌ها میپردازیم .

1 – رابط میزبان

رابط میزیان اولین بلوک خطوط لوله گرافیک‌ها است که از طریق رابط‌های ACE-Lite / AXI / AHB با پردازنده مرکزی گوشی ارتباط برقرار می‌کند . این رابط میزبان دستورات CPU را پردازش می‌کند و به داده‌های هندسی از فریم بافر یا حافظه سیستم که در گوشی‌های تلفن همراه همان رم دستگاه است دسترسی پیدا می‌کند . بعد از پیدا کردن اطلاعات هندسی ؛ خروجی جریانی از رئوس را به مرحله بعدی (راس سایه زن) ارسال میکند . در نهایت نیز هدف آخر خود که تمام تراکنش‌های GPU از جمله دستورالعمل‌ها/ ارسال داده‌ها به سایه‌زن‌ها ، تخصیص منابع و ایجاد امنیت برای تراکنش‌های ایمن و فشرده‌سازی داده‌ها را مدیریت می‌کند . در واقع این بلوک از راه‌های ارتباطی یکی از مهم‌ترین بخش‌ها و مراحل گذر اطلاعات و پردازش آنها در گرافیک است .

ادامه دارد …