Co to jest akceleracja sprzętowa?

Od czasu do czasu ogłaszane są nowe technologie komputerowe, które oferują „akcelerację sprzętową”, ale termin ten jest rzadko wyjaśniany w tych ogłoszeniach. Na szczęście jest to stosunkowo proste do zrozumienia. Większość przetwarzania na komputerze odbywa się w oprogramowaniu działającym na procesorze ogólnego przeznaczenia. Możliwe jest jednak stworzenie oddzielnego procesora specjalnie zaprojektowanego do wykonywania niewielkiego zakresu zadań lub nawet pojedynczego zadania. Używanie takiego oddzielnego procesora nazywa się akceleracją sprzętową.

Zalety i wady akceleracji sprzętowej

Przyspieszenie sprzętowe ma dwie główne zalety wydajności. Po pierwsze, procesory zaprojektowane do wykonywania określonych rodzajów logiki są szybsze i bardziej wydajne w wykonywaniu zadań niż procesory ogólnego przeznaczenia. Po drugie, odciążając to obciążenie przetwarzania, główny procesor ma więcej mocy obliczeniowej, którą może przeznaczyć na inne zadania. Inne zalety to zwiększona równoległość, mniejsze zużycie energii i zwiększona wydajność.

Użycie dedykowanych oddzielnych procesorów do przyspieszania sprzętowego oznacza, że ​​dodawanie nowych funkcji lub nawet łatanie błędów może być trudne, a w niektórych przypadkach niemożliwe bez wymiany sprzętu. Tworzenie nowego sprzętu jest również znacznie trudniejsze i droższe niż tworzenie oprogramowania.

Rodzaje akceleracji sprzętowej

Obecnie istnieją trzy rodzaje akceleracji sprzętowej: wyspecjalizowane procesory, FPGA i ASIC. Wyspecjalizowany procesor to oddzielny procesor, który wykorzystuje sprzęt zoptymalizowany pod kątem zamierzonego typu lub typów logiki. Popularnym przykładem wyspecjalizowanego procesora jest GPU. Nowoczesny procesor graficzny zawiera zestaw procesorów zaprojektowanych do określonych zadań, takich jak cieniowanie i ray tracing.

Field Programmable Gate Array lub FPGA to procesor zaprojektowany tak, aby mógł być skonfigurowany przez klienta po wyprodukowaniu. Układ FPGA można zaprogramować tak, aby spełniał szereg różnych funkcji logicznych, w zależności od zadania, do którego jest przeznaczony. Ponieważ układy FPGA są programowalne, są popularne przy opracowywaniu procesorów ASIC.

Układy ASIC lub układy scalone specyficzne dla aplikacji to procesory zoptymalizowane specjalnie pod kątem wykonywania pojedynczego zadania. W przypadku ASIC nigdy nie ma zamiaru używać procesora do czegokolwiek innego niż dokładnie do tego, do czego został zaprojektowany. Dzięki tak głębokiej optymalizacji układy ASIC są bardzo wydajne w wykonywaniu swoich zadań.