Що таке апаратне прискорення?

Іноді оголошуються нові обчислювальні технології, які мають «апаратне прискорення», але цей термін рідко пояснюється в цих оголошеннях. Насправді це відносно просто зрозуміти, на щастя. Більшість обробки на комп’ютері відбувається в програмному забезпеченні, яке працює на центральному ЦП загального призначення. Однак можна створити окремий процесор, спеціально розроблений для виконання невеликого кола завдань або навіть одного завдання. Використання такого окремого процесора називається апаратним прискоренням.

Переваги та недоліки апаратного прискорення

Апаратне прискорення має дві основні переваги продуктивності. По-перше, процесори, призначені для виконання певних типів логіки, швидше й ефективніше виконують завдання, ніж центральний процесор загального призначення. По-друге, розвантажуючи це навантаження на обробку, основний процесор отримує більше процесорних потужностей, які можна використовувати для виконання інших завдань. Інші переваги включають збільшення паралельності, зниження споживання енергії та підвищення ефективності.

Використання окремих окремих процесорів для апаратного прискорення означає, що додавання нових функцій або навіть просто виправлення помилок може бути складним, якщо взагалі неможливим, у деяких випадках без заміни обладнання. Також значно складніше та дорожче розробляти нове обладнання, ніж розробляти програмне забезпечення.

Види апаратного прискорення

В даний час існує три типи апаратного прискорення: спеціалізовані процесори, FPGA і ASIC. Спеціалізований процесор — це окремий процесор, який використовує апаратне забезпечення, оптимізоване для передбачуваного типу або типів логіки. Популярним прикладом спеціалізованого процесора є графічний процесор. Сучасний графічний процесор містить набір процесорів, призначених для виконання певних завдань, таких як затінення та трасування променів.

Програмована вентильна матриця або FPGA — це процесор, який може бути налаштований замовником після виготовлення. FPGA можна запрограмувати так, щоб він відповідав ряду різних логічних функцій, залежно від завдання, для якого вона була розроблена. Оскільки FPGA можна повторно програмувати, вони популярні для розробки процесорів ASIC.

ASIC або інтегральні схеми для конкретних програм — це процесори, оптимізовані спеціально для виконання одного завдання. З ASIC ніколи не передбачається використання процесора для чогось іншого, крім того, для чого він був розроблений. Завдяки такій глибині оптимізації ASIC дуже ефективні при виконанні своїх завдань.