ハードウェアアクセラレーションとは何ですか？

「ハードウェアアクセラレーション」を特徴とする新しいコンピューティングテクノロジーが発表されることがありますが、その用語がこれらの発表で説明されることはめったにありません。ありがたいことに、実際には比較的簡単に理解できます。コンピューターでの処理の大部分は、汎用CPUで実行されているソフトウェアで行われます。ただし、狭い範囲のタスクまたは単一のタスクを実行するように特別に設計された別個のプロセッサを作成することは可能です。このような別のプロセッサを利用することをハードウェアアクセラレーションと呼びます。

ハードウェアアクセラレーションのメリットとデメリット

ハードウェアアクセラレーションには、2つの主なパフォーマンス上の利点があります。まず、特定のタイプのロジックを実行するように設計されたプロセッサは、汎用CPUよりもタスクの実行が高速で効率的です。次に、その処理負荷をオフロードすることにより、メインCPUは、他のタスク専用の処理能力をより多く自由に使用できます。その他の利点には、並列処理の増加、消費電力の削減、および効率の向上が含まれます。

ハードウェアアクセラレーションに専用の個別のプロセッサを使用するということは、ハードウェアを交換しないと不可能ではないにしても、新しい機能を追加したり、バグにパッチを適用したりすることさえ難しい場合があることを意味します。また、ソフトウェアを開発するよりも、新しいハードウェアを開発する方がはるかに難しく、費用もかかります。

ハードウェアアクセラレーションの種類

現在、ハードウェアアクセラレーションには、専用プロセッサ、FPGA、ASICの3種類があります。専用プロセッサは、目的の1つまたは複数のロジックのタイプに最適化されたハードウェアを使用する別個のプロセッサです。特殊なプロセッサの一般的な例はGPUです。最新のGPUには、シェーディングやレイトレーシングなどの特定のタスク用に設計された一連のプロセッサが含まれています。

フィールドプログラマブルゲートアレイまたはFPGAは、製造後にお客様が構成できるように設計されたプロセッサです。FPGAは、設計対象のタスクに応じて、さまざまなロジック機能に適合するようにプログラムできます。FPGAは再プログラム可能であるため、ASICプロセッサの開発に人気があります。

ASICまたは特定用途向け集積回路は、単一のタスクを実行するために特別に最適化されたプロセッサです。ASICを使用すると、プロセッサが設計された目的以外の目的で使用されることを意図することはありません。この最適化の深さにより、ASICはタスクの実行において非常に効率的です。