Mi az a hardveres gyorsítás?

Időnként új számítástechnikai technológiákat jelentenek be, amelyek „hardveres gyorsítást” tartalmaznak, de ez a kifejezés ritkán kerül magyarázatra ezekben a bejelentésekben. Szerencsére valójában viszonylag egyszerű megérteni. A számítógépen végzett feldolgozás nagy része az általános célú CPU-n futó szoftverben történik. Lehetőség van azonban külön processzor létrehozására, amelyet kifejezetten a feladatok kis körének vagy akár egyetlen feladat elvégzésére terveztek. Egy ilyen különálló processzor használatát hardveres gyorsításnak nevezzük.

A hardveres gyorsítás előnyei és hátrányai

A hardveres gyorsítás két fő teljesítményelőnnyel jár. Először is, a bizonyos típusú logikák végrehajtására tervezett processzorok gyorsabbak és hatékonyabbak egy feladat végrehajtásában, mint egy általános célú CPU. Másodszor, a feldolgozási terhelés tehermentesítése révén a fő CPU több feldolgozási teljesítményt kap, amelyet más feladatokra fordíthat. További előnyök közé tartozik a megnövekedett párhuzamosság, a csökkentett energiafogyasztás és a nagyobb hatékonyság.

A hardveres gyorsításhoz dedikált külön processzorok használata azt jelenti, hogy az új funkciók hozzáadása vagy akár csak a hibák javítása nehéz lehet, ha nem lehetetlen bizonyos esetekben a hardver cseréje nélkül. Ezenkívül lényegesen nehezebb és drágább új hardvert fejleszteni, mint szoftvert.

A hardveres gyorsítás típusai

Jelenleg háromféle hardveres gyorsítás létezik: speciális processzorok, FPGA-k és ASIC-k. A speciális processzor egy különálló processzor, amely a kívánt logikatípusra vagy -típusokra optimalizált hardvert használ. A speciális processzorok népszerű példája a GPU. A modern GPU processzorokat tartalmaz, amelyeket bizonyos feladatokra, például árnyékolásra és sugárkövetésre terveztek.

A Field Programmable Gate Array vagy FPGA egy olyan processzor, amelyet úgy terveztek, hogy a gyártás után az ügyfél konfigurálhassa. Egy FPGA programozható úgy, hogy alkalmas legyen egy sor különböző logikai funkcióra, attól függően, hogy milyen feladatra tervezték. Mivel az FPGA-k újraprogramozhatók, népszerűek az ASIC processzorok fejlesztésében.

Az ASIC-ek vagy az alkalmazás-specifikus integrált áramkörök kifejezetten egyetlen feladat futtatására optimalizált processzorok. Az ASIC-ek esetében soha nem szándékoznak a processzort másra használni, mint pontosan arra, amire tervezték. Az optimalizálás ezen mélysége révén az ASIC-k nagyon hatékonyan látják el feladataikat.