وحدة معالجة الرسومات (كرت الشاشة)
كرت الشاشة (GPU):
يعرف كرت الشاشة (Graphics processing unit) بأنه وحدة صغيرة من جهاز الحاسوب لكنها مهمة جدا مسؤولة عن معالجة والتعامل مع ملفات الرسوميات والصور والفيديوهات واستحداث وتكوين الصور، وإخراجها على شاشة الجهاز، وهي مسؤولة عن كل شيء يظهر على سطح المكتب من العلامات، والرموز، والصور، والنوافذ، والفيديوهات، والأفلام، والألعاب، علماً أنّ معظم الشركات المنتجة للحواسيب تستخدم كروت الشاشة.
إذا كانت وحدة المعالجة المركزية (CPU) هي الدماغ والمكون الاساسي بالنسبة لجهاز الكمبيوتر، فإن بطاقة الفيديو او بطاقة الرسوميات (GPU) هي بمثابة تخيلاته, فإنّ أي شيءٍ يمكن أن تفكر به وحدة المعالجة المركزية، يمكن لبطاقة الرسوميات أن تقدّمه وتصوره لشاشتنا بشكلٍ جذّابٍ ومبهرٍ. وتتمثل وظيفة بطاقة الفيديو في أخذ المعلومات من وحدة المعالجة المركزية وتحويلها إلى صورةٍ، ثم إرسال تلك الصورة إلى الشاشة.
أصبحت وحدة معالجة الرسومات أو GPU ، واحدة من أهم أنواع تقنيات الحوسبة ، لكل من الحوسبة الشخصية والتجارية. تم تصميم وحدة معالجة الرسومات (GPU) للمعالجة المتوازية ، وتُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك عرض الرسومات والفيديو. على الرغم من أنها معروفة بإمكانياتها في الألعاب ، إلا أن وحدات معالجة الرسومات أصبحت أكثر شيوعًا لاستخدامها في الإنتاج الإبداعي والذكاء الاصطناعي (AI).
تم تصميم وحدات معالجة الرسومات في الأصل لتسريع عرض الرسومات ثلاثية الأبعاد. بمرور الوقت ، أصبحوا أكثر مرونة وقابلية للبرمجة ، مما عزز و فجر قدراتهم. سمح ذلك لمبرمجي الرسومات بإنشاء تأثيرات بصرية أكثر إثارة للاهتمام ومشاهد واقعية باستخدام تقنيات الإضاءة والتظليل المتطورة. بدأ مطورون آخرون أيضًا في الاستفادة من قوة وحدات معالجة الرسومات لتسريع أعباء العمل الإضافية بشكل كبير في الحوسبة عالية الأداء (HPC) والتعلم العميق deep learning والمزيد من المجالات .
مكونات واجزاء بطاقة الرسوميات :
1.وحدة معالجة الرسومات:
وحدة معالجة الرسومات أو المعروفة باسم GPU هي قلب كرت الشاشة، وهي المكون الرئيسي حيث تتم معالجة الرسومات. على عكس وحدة المعالجة المركزية CPU التي تحتوي على 2 إلى 16 مركزًا فقط، فإن معالج GPU يتكون من مئات أو آلاف من النوى الصغيرة أو الوحدات التي تعمل بالتوازي لإجراء عمليات الرسومات المعقدة.
2.الذاكرة (VRAM):
الذاكرة هي المكان الذي يتم فيه تخزين جميع التركيبات المعقدة ومعلومات الرسومات الأخرى. وتقوم وحدة معالجة الرسومات (GPU) بجلب المواد من الذاكرة ومعالجتها وإرسالها مرةً أخرى إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) ثم ترسلها إلى RAMDAC ثم إلى شاشة العرض. RAMDAC هو(Random Access Memory Digital to Analog Converter) الذي يحول الصورة إلى الإشارة التناظرية ويرسلها إلى شاشة العرض من خلال كابل الشاشة. يحتوي كرت الشاشة على أنواعٍ مختلفةٍ من الذواكر بناءً على وحدة معالجة الرسومات (GPU) المستخدمة في الكرت. وأكثر أنواع الذواكر شيوعًا والمستخدمة في بطاقات الرسومات هي GDDR3 وذاكرة الوصول العشوائي GDDR5، حيث تشير G إلى Graphics وDDR إلى Double Data Rate. ذاكرة RAM أو Memory Card لبطاقة الرسوميّات أسرع بكثيرٍ من نظيرتها المستخدمة في الحاسب المكتبيّ أو الكمبيوتر المحمول.
3.الواجهة الداخلية:
الواجهة الداخلية هي الواجهة التي تتصل من خلالها بطاقة الرسومات باللوحة الأم. وتستخدم بطاقات الرسومات القديمة واجهة( AGP: Accelerated Graphics Port) للاتصال باللوحة الأم، ولكن الآن تم استبدالها بواجهة PCI Express 2.0 x16 لأداءٍ أسرع وأكثر كفاءةً.
4.مشتّت الحرارة ومروحة:
تشكل غرفة التبريد والمروحة جزء التبريد في كرت الشاشة، والتي تستخدم في خفض درجة حرارة وحدة معالجة الرسومات وذاكرة الوصول العشوائي (في بعض البطاقات). غرفة التبريد عبارةً عن جهاز تبريدٍ سلبيٍّ يتكون من النحاس أو الألمنيوم والغرض الرئيسي منه هو إخراج الحرارة من وحدة معالجة الرسوم وتبديدها في المناطق المحيطة. والمروحة هي عبارةٌ عن جهاز تبريد نشط يقوم بتفريغ الهواء على غرفة التبريد لجعل المبرد يبرد بشكلٍ أسرع حتى يتمكن من سحب الحرارة بسرعةٍ من المكونات. وقد تم تجهيز بعض كروت الشاشة منخفضة المستوى بخافض حرارةٍ ومروحةٍ فقط، من أجل تبريدٍ مناسبٍ وفعال.
5.موصلات الطاقة:
موصلات الطاقة موجودةٌ فقط في كروت الشاشة متوسطة إلى عالية المستوى لأن هذه الكروت تحتاج إلى طاقةٍ إضافيةٍ لتشغيلها. من الأمثلة عليها موصلات الطاقة(6pin connector)، وفي البطاقات عالية المدى يمكن وجود اثنين من هذه الموصلات. لا تحتوي بطاقة الرسومات ذات الأداء المنخفض على موصلات الطاقة (pins) حيث أنها لا تتطلب الكثير من الطاقة لتشغيلها وهي تستمد الطاقة من فتحة اللوحة الأم PCI Express x16 فقط.
6.منافذ الفيديو (Display Ports):
تشكل الواجهة الخارجية لكرت الشاشة. ويتم استخدامها لتوصيل جهاز العرض (الشاشة) إلى الكرت عن طريق الكابل المناسب. تحتوي بطاقة الرسومات منخفضة المستوى على منافذ VGA وDVI (واجهة الفيديو الرقمية) فقط، بينما تشتمل منافذ الواجهة المتقدمة على DVI وHDMI (واجهة الوسائط المتعددة عالية الدقة). كل من DVI وHDMI هي واجهةٌ رقميةٌ ولكن في HDMI يمكن نقل الإشارة الصوتية أو الصوت بواسطتها. في الماضي، كان VGA أو SVGA أكثر التوصيلات المستخدمة شيوعًا مع شاشات الكمبيوتر، ولكن، اليوم، معظم شاشات العرض المسطحة تستخدم موصلات DVI أو HDMI.
لماذا تستخدم وحدة معالجة الرسومات؟
قبل عقدين من الزمن ، تم استخدام وحدات معالجة الرسومات بشكل أساسي لتسريع تطبيقات الرسومات ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي ، مثل الألعاب. ومع ذلك ، مع بداية القرن الحادي والعشرين ، أدرك علماء الكمبيوتر أن وحدات معالجة الرسومات لديها القدرة على حل بعض من أصعب مشكلات الحوسبة في العالم.
أدى هذا الإدراك إلى ظهور عصر GPU للأغراض العامة. الآن ، يتم تطبيق تقنية الرسومات على نطاق واسع على مجموعة متزايدة من المشاكل. أصبحت وحدات معالجة الرسومات اليوم أكثر قابلية للبرمجة من أي وقت مضى ، مما يمنحها المرونة لتسريع مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتجاوز عرض الرسومات التقليدية.
وحدات معالجة الرسومات للألعاب
أصبحت ألعاب الفيديو أكثر كثافة من الناحية الحسابية ، مع رسومات فائقة الواقعية وعوالم واسعة ومعقدة داخل اللعبة. بفضل تقنيات العرض المتقدمة ، مثل شاشات 4K ومعدلات التحديث العالية ، جنبًا إلى جنب مع ظهور ألعاب الواقع الافتراضي ، تتزايد الطلبات على معالجة الرسومات بسرعة. وحدات معالجة الرسومات قادرة على تقديم رسومات ثنائية وثلاثية الأبعاد. مع أداء رسومات أفضل ، يمكن تشغيل الألعاب بدقة أعلى أو بمعدلات إطارات أسرع أو كليهما.
وحدات معالجة الرسومات لتحرير الفيديو وإنشاء المحتوى
لسنوات ، عانى محررو الفيديو ومصممي الجرافيك وغيرهم من المحترفين المبدعين من أوقات عرض طويلة أدت إلى تقييد موارد الحوسبة وخنق التدفق الإبداعي. الآن ، تجعل المعالجة المتوازية التي توفرها وحدات معالجة الرسومات من الأسرع والأسهل عرض الفيديو والرسومات بتنسيقات عالية الدقة. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي وحدات معالجة الرسومات الحديثة على وسائط مخصصة ومحركات عرض ، مما يسمح بإنشاء وتشغيل فيديو أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.
وحدات معالجة الرسومات لتعلم الآلة (Machine learning)
تتضمن بعض أكثر التطبيقات إثارة لتقنية GPU الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. نظرًا لأن وحدات معالجة الرسومات تتضمن قدرًا غير عادي من القدرات الحسابية ، يمكنها تقديم تسريع مذهل في أحمال العمل التي تستفيد من الطبيعة المتوازية للغاية لوحدات معالجة الرسومات ، مثل التعرف على الصور. تعتمد العديد من تقنيات التعلم العميق(Deep learning) اليوم على وحدات معالجة الرسومات التي تعمل جنبًا إلى جنب مع وحدات المعالجة المركزية.
إرسال تعليق