Kas ir aparatūras paātrinājums?

Reizēm tiek paziņotas jaunas skaitļošanas tehnoloģijas, kurām ir “aparatūras paātrinājums”, taču šis termins šajos paziņojumos tiek reti izskaidrots. Par laimi, patiesībā to ir samērā vienkārši saprast. Lielākā daļa apstrādes datorā notiek programmatūrā, kas darbojas ar vispārējas nozīmes centrālo procesoru. Tomēr ir iespējams izveidot atsevišķu procesoru, kas īpaši paredzēts neliela vai pat viena uzdevuma veikšanai. Šāda atsevišķa procesora izmantošanu sauc par aparatūras paātrinājumu.

Aparatūras paātrinājuma priekšrocības un trūkumi

Aparatūras paātrinājumam ir divas galvenās veiktspējas priekšrocības. Pirmkārt, procesori, kas paredzēti noteikta veida loģikas veikšanai, uzdevumu izpildē ir ātrāki un efektīvāki nekā vispārējas nozīmes CPU. Otrkārt, izkraujot šo apstrādes slodzi, galvenajam CPU ir vairāk apstrādes jaudas, ko var izmantot citiem uzdevumiem. Citas priekšrocības ir palielināts paralēlisms, samazināts enerģijas patēriņš un paaugstināta efektivitāte.

Īpašu atsevišķu procesoru izmantošana aparatūras paātrināšanai nozīmē, ka jaunu funkciju pievienošana vai pat tikai kļūdu labošana var būt sarežģīta, ja ne neiespējama, dažos gadījumos bez aparatūras nomaiņas. Jaunas aparatūras izstrāde ir arī ievērojami grūtāka un dārgāka nekā programmatūras izstrāde.

Aparatūras paātrinājuma veidi

Pašlaik ir trīs aparatūras paātrināšanas veidi: specializētie procesori, FPGA un ASIC. Specializētais procesors ir atsevišķs procesors, kas izmanto aparatūru, kas optimizēta paredzētajam loģikas veidam vai veidiem. Populārs specializēta procesora piemērs ir GPU. Moderns GPU satur procesoru komplektu, kas paredzēts noteiktiem uzdevumiem, piemēram, ēnošanai un staru izsekošana.

Field Programmable Gate Array jeb FPGA ir procesors, kas ir paredzēts, lai klients to varētu konfigurēt pēc izgatavošanas. FPGA var ieprogrammēt tā, lai tas būtu piemērots dažādām loģiskām funkcijām atkarībā no uzdevuma, kuram tas ir paredzēts. Tā kā FPGA ir pārprogrammējami, tie ir populāri ASIC procesoru izstrādei.

ASIC jeb lietojumprogrammām specifiskās integrālās shēmas ir procesori, kas īpaši optimizēti viena uzdevuma izpildei. Izmantojot ASIC, procesoru nekad nav paredzēts izmantot citam nolūkam, kā tikai tam, kam tas ir paredzēts. Pateicoties šim optimizācijas dziļumam, ASIC ļoti efektīvi veic savu uzdevumu.