Čo je hardvérová akcelerácia?

Občas sú oznámené nové výpočtové technológie, ktoré obsahujú „hardvérovú akceleráciu“, ale tento termín je v týchto oznámeniach vysvetlený len zriedka. V skutočnosti je to našťastie pomerne jednoduché pochopiť. Väčšina spracovania na počítači prebieha v softvéri, ktorý beží na univerzálnom CPU. Je však možné vytvoriť samostatný procesor špeciálne navrhnutý na vykonávanie malého rozsahu úloh alebo dokonca iba jednej úlohy. Využitie samostatného procesora, ako je tento, sa nazýva hardvérová akcelerácia.

Výhody a nevýhody hardvérovej akcelerácie

Hardvérová akcelerácia prichádza s dvoma hlavnými výkonnostnými výhodami. Po prvé, procesory navrhnuté na vykonávanie špecifických typov logiky sú rýchlejšie a efektívnejšie pri vykonávaní úlohy, ako by bol univerzálny CPU. Po druhé, odľahčením tohto spracovateľského zaťaženia má hlavný CPU viac výpočtového výkonu, ktorý môže venovať iným úlohám. Medzi ďalšie výhody patrí zvýšený paralelizmus, znížená spotreba energie a zvýšená účinnosť.

Použitie vyhradených samostatných procesorov na hardvérovú akceleráciu znamená, že pridávanie nových funkcií alebo dokonca len oprava chýb môže byť ťažké, ak nie nemožné v niektorých prípadoch bez výmeny hardvéru. Vývoj nového hardvéru je tiež výrazne náročnejší a nákladnejší ako vývoj softvéru.

Typy hardvérovej akcelerácie

V súčasnosti existujú tri typy hardvérovej akcelerácie: špecializované procesory, FPGA a ASIC. Špecializovaný procesor je samostatný procesor, ktorý využíva hardvér optimalizovaný pre zamýšľaný typ alebo typy logiky. Obľúbeným príkladom špecializovaného procesora je GPU. Moderný GPU obsahuje sadu procesorov navrhnutých pre určité úlohy, ako je tieňovanie a sledovanie lúčov.

Field Programmable Gate Array alebo FPGA je procesor, ktorý je navrhnutý tak, aby ho po výrobe mohol nakonfigurovať zákazník. FPGA môže byť naprogramované tak, aby bolo vhodné pre celý rad rôznych logických funkcií v závislosti od úlohy, pre ktorú je navrhnuté. Keďže FPGA sú preprogramovateľné, sú obľúbené pri vývoji procesorov ASIC.

ASIC alebo aplikačne špecifické integrované obvody sú procesory optimalizované špeciálne na spustenie jednej úlohy. S ASIC nikdy nie je zámerom, aby bol procesor použitý na niečo iné, ako presne na to, na čo bol navrhnutý. Vďaka tejto hĺbke optimalizácie sú ASIC veľmi efektívne pri plnení svojich úloh.