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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
