Výpočetní souboj procesorů a grafických čipů

Grafické čipy začínají mít výrazně větší výpočetní výkon, než klasické procesory. Změny během několik posledních let ukazují nové směry.

Ať už jde o desktopové počítače, notebooky, tablety nebo chytré mobilní telefony, ve všech těchto moderních elektronických zařízeních se o hlavní, respektive většinu výpočtů starají pouze dva „čipy“.

V poslední době již pomalu dochází k přelomu, kdy se procesor, který si poradí se vším a dlouho dobu velmi specializovaný grafický čip, jež se postupně učí dovednostem obecného procesoru, postupně spojují.

Důvodem je jejich nutná spolupráce, která je nyní a v budoucnu jistě jen tak nezmizí. Všechny informace nelze paralelizovat a tak stejně jako má náš mozek dvě hemisféry se specializací na jiné druhy výpočtů (práce s informacemi), budou i budoucí hybridní čipy vybaveny odlišnou architekturou pro zpracování různých druhů výpočtů.

Efektivita procesorového a grafického čipu

Výpočetní výkon se pokusíme porovnat pomocí základních FLOPS, tedy výpočtů s plovoucí desetinou čárkou, která je standardem i v oblasti superpočítačů.

Nebude nás ale zajímat samotný výkon, jako jeho porovnání v rámci spotřeby. Tedy kolik energie čip spotřebuje k tomu, aby dosáhl daného výkonu. V daném případě přesně jaký výkon je schopen poskytnout za jeden watt.

Klepněte pro větší obrázek
Procesor vs. grafický čip ve zjednodušeném podání počtu výpočetních jader (Zdroj: Nvidia)

Abychom viděli vývoj v této oblasti, který naznačuje i složitost čipů a jejich exponenciální vývoj dle Moorova zákona, porovnáme čipy i z minulosti. Pro větší pestrost nebudou chybět i specializované procesory. Například Sparc64 VIIIfx, který se nachází v bývalém nejvýkonnějším superpočítači na světě – K s celkovým výkonem 10 PFLOPS.

V každém případě nesmíme zapomínat, že výpočetní výkon není nějaká forma dokonalého všeobjímajícího čísla. Konkrétní druhy výpočtů ovlivňují i další vlastnosti a parametry čipu a jeho spolupráce s celým systémem.

Klepněte pro větší obrázek
Podrobnější porovnání CPU a GPU (Zdroj: Nvidia)

Pokud jde o data, u některých modelů lze zjistit maximální výkon a maximální spotřebu například v přehledech na Wikipedii grafické karty od AMD i modely od Nvidie.

V grafu můžete vidět přehled vybraných grafických karet od Nvidie a AMD, stejně tak procesorů.

Klepněte pro větší obrázek
Výpočetní výkon čipů za jeden watt (GFLOPS)

Nejlepší výkon za jeden watt nyní poskytuje architektura grafických čipů od AMD, v tomto případě prezentována nejvýkonnější jednojádrovou grafickou kartou Radeonem HD 7970.

V případě karet od Nvidie jsou hodnoty výkony v double precision nízké, důvodem je omezení desktopových modelů. Nvidia si totiž „nechává“ tyto výpočty hlavně pro své výpočetní karty Tesla a jak je vidět u modelu M2090, je výkonem na watt velmi blízko AMD.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Přehled základních parametrů modelů grafických karet od AMD

I u nejnovější generace procesorů s architekturou Ivy Bridge lze vidět více než dvakrát menší výkon čipů za jeden watt. Tento trend navíc ukazuje, že se výkon grafických karet vzhledem ke spotřebě stále zvyšuje, jsou tak v těchto výpočtech stále efektivnější a postupují rychleji, než procesory.

Nástup pokročilejších architektur a výrobních technologií

Nejnovější grafické čipy jsou vyráběny 28nm technologií, v případě procesorů pak nejpokročilejší Intel používá 22nm technologii. V obou případech jde ale postupný pokrok stále takřka přesně dle Moorova zákona.

Grafické čipy mají více tranzistorů než procesory, ale z pohledu paralelního výkonu poskytují lepší efektivitu. To si uvědomuje nejen Intel, ale i AMD, Nvidia a výrobci superpočítačů.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Maximální výpočetní výkon - starší srovnání procesoru a grafiky od Nvidie

Všichni začínají využívat dříve pouze grafické čipy, dnes již velmi univerzální výpočetní paralelní čipy pro různé systémy. Intel i AMD mají hybridní čipy pro mobilní i desktopový segment, kdy jsou oba odlišené čipy na jednom kusu křemíku.

Jak ukazuje Intel například u převodu videa, dokáže grafická část akcelerovat výpočty výrazně rychleji, než by zvládly samotná procesorová jádra a tento směr bude ještě více pokračovat i v rámci dalších programů a úloh, které lze paralelizovat.

Klepněte pro větší obrázek
Ukázka zrychlení u některých aplikací (Zdroj: Nvidia CUDA)

Intel chystá vlastní výkonnou výpočetní kartu, která by měla v DP dosáhnout na slušných 1 TFLOPS. Oproti AMD a Nvidii sice nemůže ohromit pokročilou architekturou, která vychází i z dlouholeté zkušenosti, ale má k dispozici o jednu generaci lepší výrobní proces a kompatibilitu s x86, což by mu mělo pomoci vrátit se na náročný a velmi výdělečný trh superpočítačů.

Intel totiž sice stále dodává své serverové procesory pro superpočítače, o vysoký paralelní výkon se ale stará Nvidia, případně AMD a Intelu tak unikají obrovské zisky. Poměr procesorů a výpočetních grafických čipů je totiž v superpočítačích stále vyrovnanější.

Zajímavé informace z oblasti superpočítačů naleznete v článku Superpočítače počítají každý den, celý rok. Ale co počítají? nebo případně i historii v článku Výpočetní výkon: od mozku až k superpočítačům na serveru VTM.cz.

 

Témata článku: Hardware, Počítače, Technologie, Nvidia, Intel, AMD, Superpočítače, Čipy, Watt, Dp

10 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Pavelka IT amater 5. 8. 2012 1:20:19
    Zajímavý, ale příliš teoretický a obecný článek. Spíš bych uvítal rozvést...
  • Satelit_czech 2. 8. 2012 5:47:38
    Konkrétně můj mozek funguje do 3 promile, pak se přehřeje a vypne :-)
  • Josef Jiřík 1. 8. 2012 20:47:47
    Už jsem zapoměl kolik Honza Sedlák říkal kdysi dávno v Týdnu Živě , že...
Určitě si přečtěte

Novou superbaterii lze nabít za pár sekund, může prodloužit výdrž telefonu na více než týden

Novou superbaterii lze nabít za pár sekund, může prodloužit výdrž telefonu na více než týden

** Vědci vyvinuli nový nanomateriál pro tvorbu superkondenzátorů ** Ohebná struktura umožňuje použití i u nositelností ** Nová technologie umožní extrémně rychlé nabití a mnohem delší výdrž než současné Li-Ion baterie

26.  11.  2016 | Karel Javůrek | 36

Monitory do 10 tisíc: poradíme, jaké jsou teď nejlepší

Monitory do 10 tisíc: poradíme, jaké jsou teď nejlepší

** Dobrý monitor s kvalitním panelem lze pořídit pod tři tisíce korun ** Pod deset tisíc si můžete koupit pracovní 27" monitor nebo nejlevnější použitelné 4K ** Vybrali jsme také ideální model pro vícemonitorovou konfiguraci

27.  11.  2016 | Stanislav Janů | 13

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

Sbíječky vyměnili za klávesnice. Nový projekt má za cíl přeučit horníky na programátory

** Programátorů je málo a horníků bez práce po uzavření dolu Paskov bude moc ** Problém řeší unikátní projekt ** Pilotní kurz dává naději, že by z horníků mohli být použitelní kodéři

28.  11.  2016 | David Polesný | 75