Τι είναι η επιτάχυνση υλικού;

Περιστασιακά ανακοινώνονται νέες τεχνολογίες υπολογιστών που διαθέτουν "επιτάχυνση υλικού", αλλά αυτός ο όρος σπάνια εξηγείται σε αυτές τις ανακοινώσεις. Είναι πραγματικά σχετικά απλό να το καταλάβεις ευτυχώς. Η πλειονότητα της επεξεργασίας σε έναν υπολογιστή πραγματοποιείται σε λογισμικό που εκτελείται σε CPU γενικής χρήσης. Είναι δυνατό, ωστόσο, να δημιουργηθεί ένας ξεχωριστός επεξεργαστής ειδικά σχεδιασμένος για να εκτελεί ένα μικρό εύρος εργασιών ή ακόμα και μία μόνο εργασία. Η χρήση ενός ξεχωριστού επεξεργαστή όπως αυτός ονομάζεται επιτάχυνση υλικού.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της επιτάχυνσης υλικού

Η επιτάχυνση υλικού έρχεται με δύο κύρια πλεονεκτήματα απόδοσης. Πρώτον, οι επεξεργαστές που έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν συγκεκριμένους τύπους λογικής είναι ταχύτεροι και πιο αποτελεσματικοί στην εκτέλεση μιας εργασίας από ότι θα ήταν μια CPU γενικής χρήσης. Δεύτερον, με την εκφόρτωση αυτού του φορτίου επεξεργασίας, η κύρια CPU έχει περισσότερη ισχύ επεξεργασίας ελεύθερη για να την αφιερώσει σε άλλες εργασίες. Άλλα πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν αυξημένο παραλληλισμό, μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και αυξημένη απόδοση.

Η χρήση ειδικών ξεχωριστών επεξεργαστών για επιτάχυνση υλικού σημαίνει ότι η προσθήκη νέων δυνατοτήτων ή ακόμα και η απλή επιδιόρθωση σφαλμάτων μπορεί να είναι δύσκολη, αν όχι αδύνατη σε ορισμένες περιπτώσεις, χωρίς την αντικατάσταση του υλικού. Είναι επίσης πολύ πιο δύσκολο και πιο δαπανηρό η ανάπτυξη νέου υλικού από ό,τι η ανάπτυξη λογισμικού.

Τύποι υλικού-επιτάχυνσης

Υπάρχουν επί του παρόντος τρεις τύποι επιτάχυνσης υλικού: εξειδικευμένοι επεξεργαστές, FPGA και ASIC. Ένας εξειδικευμένος επεξεργαστής είναι ένας ξεχωριστός επεξεργαστής που χρησιμοποιεί υλικό βελτιστοποιημένο για τον προβλεπόμενο τύπο ή τύπους λογικής. Ένα δημοφιλές παράδειγμα εξειδικευμένου επεξεργαστή είναι η GPU. Μια σύγχρονη GPU περιέχει ένα σύνολο επεξεργαστών που έχουν σχεδιαστεί για ορισμένες εργασίες, όπως η σκίαση και η ανίχνευση ακτίνων.

Ένας προγραμματιζόμενος πίνακας πύλης πεδίου ή FPGA είναι ένας επεξεργαστής που έχει σχεδιαστεί για να μπορεί να διαμορφωθεί από τον πελάτη μετά την κατασκευή. Ένα FPGA μπορεί να προγραμματιστεί ώστε να είναι κατάλληλο για μια σειρά διαφορετικών λογικών συναρτήσεων, ανάλογα με την εργασία για την οποία έχει σχεδιαστεί. Καθώς τα FPGA είναι επαναπρογραμματιζόμενα, είναι δημοφιλή για την ανάπτυξη επεξεργαστών ASIC.

Τα ASIC ή τα ολοκληρωμένα κυκλώματα για συγκεκριμένες εφαρμογές είναι επεξεργαστές που έχουν βελτιστοποιηθεί ειδικά για την εκτέλεση μιας μεμονωμένης εργασίας. Με τα ASIC δεν υπάρχει ποτέ πρόθεση ο επεξεργαστής να χρησιμοποιηθεί για οτιδήποτε άλλο εκτός από αυτό ακριβώς για το οποίο σχεδιάστηκε. Μέσω αυτού του βάθους βελτιστοποίησης, τα ASIC είναι πολύ αποτελεσματικά στην εκτέλεση των καθηκόντων τους.