Co je hardwarová akcelerace?

Občas jsou oznámeny nové výpočetní technologie, které obsahují „hardwarovou akceleraci“, ale tento termín je v těchto oznámeních vysvětlen jen zřídka. Ve skutečnosti je to relativně jednoduché naštěstí pochopit. Většina zpracování na počítači probíhá v softwaru běžícím na univerzálním CPU. Je však možné vytvořit samostatný procesor speciálně navržený pro provádění malého rozsahu úkolů nebo dokonce jen jednoho úkolu. Použití samostatného procesoru, jako je tento, se nazývá hardwarová akcelerace.

Výhody a nevýhody hardwarové akcelerace

Hardwarová akcelerace přichází se dvěma hlavními výkonnostními výhodami. Za prvé, procesory navržené k provádění specifických typů logiky jsou rychlejší a efektivnější při provádění úlohy, než by byly běžné CPU. Za druhé, snížením zátěže zpracování má hlavní CPU více výpočetního výkonu, který může věnovat jiným úkolům. Mezi další výhody patří zvýšený paralelismus, snížená spotřeba energie a zvýšená účinnost.

Použití vyhrazených samostatných procesorů pro hardwarovou akceleraci znamená, že přidávání nových funkcí nebo dokonce jen opravování chyb může být obtížné, ne-li nemožné v některých případech bez výměny hardwaru. Je také výrazně těžší a nákladnější vyvíjet nový hardware než vyvíjet software.

Typy hardwarové akcelerace

V současnosti existují tři typy hardwarové akcelerace: specializované procesory, FPGA a ASIC. Specializovaný procesor je samostatný procesor, který využívá hardware optimalizovaný pro zamýšlený typ nebo typy logiky. Oblíbeným příkladem specializovaného procesoru je GPU. Moderní GPU obsahuje sadu procesorů navržených pro určité úkoly, jako je stínování a sledování paprsků.

Field Programmable Gate Array neboli FPGA je procesor, který je navržen tak, aby jej po výrobě mohl konfigurovat zákazník. FPGA lze naprogramovat tak, aby bylo vhodné pro řadu různých logických funkcí v závislosti na úloze, pro kterou je navrženo. Protože jsou FPGA přeprogramovatelné, jsou oblíbené pro vývoj procesorů ASIC.

ASIC nebo Application-Specific Integrated Circuits jsou procesory optimalizované speciálně pro spouštění jedné úlohy. S ASIC nikdy není záměrem, aby byl procesor použit k něčemu jinému, než přesně k tomu, pro co byl navržen. Díky této hloubce optimalizace jsou ASIC velmi efektivní při plnění svých úkolů.