Tăng tốc phần cứng là gì?

Đôi khi các công nghệ máy tính mới được công bố có tính năng “tăng tốc phần cứng” nhưng thuật ngữ đó hiếm khi được giải thích trong các thông báo đó. Rất may, nó tương đối đơn giản để hiểu. Phần lớn quá trình xử lý trên máy tính diễn ra trong phần mềm chạy trên CPU đa năng. Tuy nhiên, có thể tạo ra một bộ xử lý riêng biệt được thiết kế đặc biệt để thực hiện một loạt tác vụ nhỏ hoặc thậm chí chỉ một tác vụ duy nhất. Việc sử dụng một bộ xử lý riêng biệt như thế này được gọi là tăng tốc phần cứng.

Lợi ích và hạn chế của tăng tốc phần cứng

Tăng tốc phần cứng đi kèm với hai lợi ích hiệu suất chính. Thứ nhất, các bộ xử lý được thiết kế để thực hiện các loại logic cụ thể sẽ nhanh hơn và hiệu quả hơn trong việc thực hiện một tác vụ so với một CPU có mục đích chung. Thứ hai, bằng cách giảm tải tải xử lý đó, CPU chính có nhiều sức mạnh xử lý hơn để dành cho các tác vụ khác. Các ưu điểm khác bao gồm tăng khả năng song song, giảm tiêu thụ điện năng và tăng hiệu quả.

Việc sử dụng các bộ vi xử lý riêng biệt chuyên dụng để tăng tốc phần cứng có nghĩa là việc thêm các tính năng mới hoặc thậm chí chỉ vá lỗi có thể khó khăn, nếu không muốn nói là không thể trong một số trường hợp nếu không thay thế phần cứng. Việc phát triển phần cứng mới cũng khó hơn và tốn kém hơn đáng kể so với phát triển phần mềm.

Các loại tăng tốc phần cứng

Hiện có ba loại tăng tốc phần cứng: bộ xử lý chuyên dụng, FPGA và ASIC. Bộ xử lý chuyên dụng là một bộ xử lý riêng biệt sử dụng phần cứng được tối ưu hóa cho loại hoặc các loại logic dự kiến. Một ví dụ phổ biến về bộ xử lý chuyên dụng là GPU. GPU hiện đại chứa một bộ vi xử lý được thiết kế cho các tác vụ nhất định như đổ bóng và dò tia.

Mảng cổng lập trình trường hoặc FPGA là bộ xử lý được thiết kế để khách hàng có thể cấu hình sau khi sản xuất. Một FPGA có thể được lập trình để phù hợp với một loạt các chức năng logic khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ mà nó đang được thiết kế. Vì FPGA có thể lập trình lại nên chúng rất phổ biến để phát triển các bộ xử lý ASIC.

ASIC hoặc Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng là những bộ xử lý được tối ưu hóa đặc biệt để chạy một tác vụ duy nhất. Với ASIC, không bao giờ có bất kỳ mục đích nào để bộ xử lý được sử dụng cho bất kỳ điều gì khác ngoài chính xác những gì nó được thiết kế. Thông qua chiều sâu tối ưu hóa này, ASIC rất hiệu quả trong việc thực hiện nhiệm vụ của chúng.