Was ist Hardware-Beschleunigung?

Gelegentlich werden neue Computertechnologien angekündigt, die "Hardware-Beschleunigung" bieten, aber dieser Begriff wird in diesen Ankündigungen selten erklärt. Es ist zum Glück relativ einfach zu verstehen. Der Großteil der Verarbeitung auf einem Computer findet in Software statt, die auf der Allzweck-CPU läuft. Es ist jedoch möglich, einen separaten Prozessor zu erstellen, der speziell für die Ausführung eines kleinen Aufgabenbereichs oder sogar nur einer einzelnen Aufgabe entwickelt wurde. Die Verwendung eines separaten Prozessors wie diesem wird als Hardwarebeschleunigung bezeichnet.

Vor- und Nachteile der Hardware-Beschleunigung

Die Hardwarebeschleunigung bringt zwei Hauptleistungsvorteile mit sich. Erstens sind Prozessoren, die für die Ausführung bestimmter Logiktypen ausgelegt sind, bei der Ausführung einer Aufgabe schneller und effizienter als eine Allzweck-CPU. Zweitens hat die Haupt-CPU durch die Entlastung dieser Verarbeitungslast mehr Rechenleistung, die sie anderen Aufgaben widmen kann. Weitere Vorteile sind erhöhte Parallelität, reduzierter Stromverbrauch und erhöhte Effizienz.

Die Verwendung von dedizierten separaten Prozessoren zur Hardwarebeschleunigung bedeutet, dass das Hinzufügen neuer Funktionen oder sogar das Patchen von Fehlern in einigen Fällen schwierig, wenn nicht sogar unmöglich sein kann, ohne die Hardware zu ersetzen. Außerdem ist die Entwicklung neuer Hardware deutlich schwieriger und teurer als die Entwicklung von Software.

Arten der Hardware-Beschleunigung

Derzeit gibt es drei Arten von Hardwarebeschleunigung: spezialisierte Prozessoren, FPGAs und ASICs. Ein spezialisierter Prozessor ist ein separater Prozessor, der Hardware verwendet, die für den beabsichtigten Typ oder die beabsichtigten Logiktypen optimiert ist. Ein beliebtes Beispiel für einen spezialisierten Prozessor ist die GPU. Eine moderne GPU enthält eine Reihe von Prozessoren, die für bestimmte Aufgaben wie Shading und Raytracing entwickelt wurden.

Ein Field Programmable Gate Array oder FPGA ist ein Prozessor, der so konzipiert ist, dass er nach der Herstellung vom Kunden konfiguriert werden kann. Ein FPGA kann so programmiert werden, dass es für eine Reihe verschiedener Logikfunktionen geeignet ist, abhängig von der Aufgabe, für die es entwickelt wurde. Da FPGAs reprogrammierbar sind, werden sie gerne für die Entwicklung von ASIC-Prozessoren verwendet.

ASICs oder anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise sind Prozessoren, die speziell für die Ausführung einer einzelnen Aufgabe optimiert wurden. Bei ASICs besteht nie die Absicht, dass der Prozessor für etwas anderes verwendet wird, als genau für das, wofür er entwickelt wurde. Durch diese Optimierungstiefe sind ASICs bei der Erfüllung ihrer Aufgabe sehr effizient.