Teknologian kehittyessä myös tietokonejärjestelmissä käytettävää laitteistoa päivitetään vastaamaan yleisön vaatimuksia. Aiemmin siellä oli CPU (Prosessori) tietokonejärjestelmissä. Myöhemmin esiteltiin GPU (Grafiikkaprosessointiyksikkö) on vienyt kuvien renderöinnin ja kuvankäsittelyn uudelle tasolle. Nykyään tekoälyn aikakaudella meillä on TPU (Tensorin prosessointiyksikkö). Kaikki nämä kolme ovat prosessoreita, jotka on kehitetty suorittamaan tiettyjä tehtäviä tietokoneella. Tässä artikkelissa puhumme siitäero CPU:n, GPU:n ja TPU:n välillä.
CPU tai keskusyksikkö suorittaa kaikki aritmeettiset ja loogiset toiminnot. Toisaalta GPU:n tehtävänä on renderoida ja käsitellä kuvia tai grafiikkaa. TPU on Googlen kehittämä erityinen prosessorityyppi. Sitä käytetään neuroverkon käsittelyyn TensorFlow'n avulla. CPU voi tehdä useita tehtäviä, mukaan lukien kuvan renderöinti. Mutta korkeampi kuvantoiston taso vaatii erillisen prosessorin, GPU:n. Siksi huippuluokan pelit vaativat aina erillisen näytönohjaimen.
Mikä on CPU?
CPU tulee sanoista Central Processing Unit. Se on tietokoneen aivot, koska se hoitaa kaikki tehtävät, joita käyttäjä suorittaa tietokoneessaan. Prosessori suorittaa kaikki aritmeettiset ja loogiset laskelmat, jotka tarvitaan tehtävän suorittamiseen. CPU:n tarkoituksena on ottaa syötettä tietokoneeseen liitetyistä laitteista, kuten näppäimistöstä, hiirestä jne., tai ohjelmointiohjelmistosta ja näyttää tarvittava tulos.
CPU:n komponentit
CPU koostuu seuraavista kolmesta osasta:
- CU (ohjausyksikkö)
- ALU (aritmeettinen ja looginen yksikkö)
- Rekisterit
Ohjausyksikkö CPU:ssa
Ohjausyksikkö (CU) on yksi CPU:n osista, joka hakee ohjeet päämuistista ja purkaa ne komennoiksi. Nämä komennot lähetetään sitten ALU:lle, jonka tehtävänä on suorittaa nämä käskyt, ja lopuksi tulos tallennetaan päämuistiin.
ALU (aritmeettinen ja looginen yksikkö) prosessorissa
ALU, kuten nimestä voi päätellä, on CPU:n komponentti, jonka tehtävänä on suorittaa aritmeettisia ja loogisia laskelmia tai operaatioita. Lisäksi ALU voidaan jakaa kahteen osaan, nimittäin AU (aritmeettinen yksikkö) ja LU (looginen yksikkö). Näiden kahden yksikön tehtävänä on suorittaa aritmeettisia ja loogisia operaatioita.
ALU suorittaa kaikki suorittimen vaatimat laskelmat. ALU vastaanottaa komennot ohjausyksiköltä. Saatuaan nämä komennot se käsittelee ne laskemalla ja tallentaa sitten lopputuloksen päämuistiin. ALU suorittaa seuraavat kolme toimenpidettä:
- Loogiset operaatiot: Näitä toimintoja ovat AND, OR, NOT, NAND, NOR jne.
- Bittisiirtooperaatiot: Bittisiirtotoiminto tarkoittaa bittien siirtymistä oikealle tai vasemmalle tietyllä määrällä paikkoja.
- Aritmeettiset operaatiot: Yhteen-, vähennys-, kerto- ja jakolasku ovat aritmeettisia operaatioita.
Rekisteröityminen CPU:ssa
CPU koostuu useista rekistereistä. Näihin rekistereihin kuuluu sekä yleis- että erikoisrekisterit. Yleisrekisteriä käytetään tietojen väliaikaiseen tallentamiseen. Toisaalta erikoisrekistereihin tallennetaan ALU:n suorittamien aritmeettisten ja loogisten operaatioiden tulokset.
Mitä ovat CPU-ytimet?
CPU-ytimet ovat reittejä, jotka koostuvat miljardeista mikroskooppisista transistoreista. CPU käyttää ytimiä tietojen käsittelemiseen. Yksinkertaisesti sanottuna CPU-ydin on CPU:n peruslaskentayksikkö. Ytimen määrä on suoraan verrannollinen suorittimen laskentatehoon. CPU-ytimet määrittelevät, pystyykö CPU käsittelemään useita tehtäviä vai ei. Olet ehkä kuullut seuraavan kahden tyyppisen prosessorin:
- Yksiytiminen CPU
- Moniytiminen CPU
Yksiytiminen CPU pystyy käsittelemään vain yhden tehtävän kerrallaan, kun taas moniytiminen suoritin pystyy käsittelemään useita tehtäviä kerrallaan. Jos järjestelmääsi on asennettu moniytiminen suoritin, voit tehdä useita tehtäviä kerrallaan, kuten selata Internetiä, luoda asiakirjan tai laskentataulukon Microsoft Office -ohjelmissa, muokata kuvia jne. samaan aikaan.Kuinka monta CPU-ydintä tarvitsetriippuu siitä, minkä tyyppistä työtä teet tietokoneellasi.
Mikä on GPU?
GPU tulee sanoista Graphics Processing Unit. GPU:ta käytetään useissa sovelluksissa, mukaan lukien kuvien ja videoiden renderöinnissa. Pelialalla grafiikkakorteilla on ratkaiseva rooli. GPU on näytönohjaimen pääkomponentti. Grafiikkakortteja on kahta tyyppiä, nimittäin integroidut näytönohjaimet ja erilliset näytönohjaimet. Integroitu näytönohjain on se, joka on integroitu tietokoneen emolevyyn. Integroidut GPU:t eivät pysty käsittelemään korkean tason tehtäviä, kuten huippuluokan pelaamista. Tästä syystä, jos olet huippuluokan pelaaja, sinun on asennettava tietokoneellesi erillinen näytönohjain. Tämän lisäksi raskaan ohjelmiston suorittamat kuvan- ja videoeditointitehtävät vaativat myös erillisen näytönohjaimen.
Lukea:Mihin GPU-laskentaa käytetään?
Mitä eroa on GPU:lla ja grafiikkakortilla?
Vaikka termejä GPU ja Graphics Card käytetään vaihtokelpoisesti, molemmat termit eivät ole samoja. Katsotaanpa, mikä ero on näiden kahden termin välillä?
GPU on näytönohjaimen osa, kun taas näytönohjain on laitteisto, joka on varustettu eri komponenteilla, mukaan lukien GPU, muisti, jäähdytyselementti, tuuletin jne. GPU on näytönohjaimen sydän, koska kaikki laskelmat Kuvien käsittelyyn ja renderöimiseen tarvittavat GPU hoitaa. Toisin kuin CPU:ssa, GPU:ssa on satoja tai tuhansia ytimiä. Nämä pienet GPU:n ytimet vastaavat yksinkertaisista monimutkaisiin laskelmiin.
Lukea:Ero DDR3 vs DDR4 vs DDR5 grafiikkakorttien välillä.
Mikä on TPU?
TPU tulee sanoista Tensor Processing Unit. Se on Googlen kehittämä prosessori käsittelemään neuroverkon käsittelyä TensorFlow'n avulla. TensorFlow on ilmainen ja avoimen lähdekoodin ohjelmistokirjastotekoälyjakoneoppiminen.
Googlen kehittämän TPU:n ydin koostuu kahdesta yksiköstä, nimittäin MXU:sta (Matrix Multiply Unit) ja VPU:sta (Vector Processing Unit). Matrix Multiply Unit suorittaa matriisilaskelmia ja toimii 16–32-bittisessä liukulukumuodossa, kun taas Vector Processing Unit suorittaa float32- ja int32-laskelmia.
Google on kehittänyt Cloud TPU:n tarjoamaan maksimaalista joustavuutta ja suorituskykyä tutkijoille, kehittäjille ja yrityksille. TPU:iden kehittämisen päätavoitteena on minimoida suurten ja monimutkaisten hermoverkkomallien kouluttamiseen tarvittava aika. Cloud TPU nopeuttaa koneoppimissovelluksissa käytettävän lineaarisen algebran laskentaa. Tämän ansiosta TPU:t pystyvät minimoimaan tarkkuuteen kuluvan ajan, kun on kyse suurten ja monimutkaisten hermoverkkomallien koulutuksesta. Jos harjoittelet hermoverkkomalleja TPU:n kanssa integroidulla laitteistolla, se kestää tunteja, kun taas saman tehtävän suorittaminen toisella laitteistolla voi kestää viikkoja.
Lukea:Lisää prosessoriytimiä tarkoittaa parempaa suorituskykyä?
TPU vs GPU vs CPU: Vertailu eri tekijöiden perusteella
Verrataan näitä kolmea prosessoria eri tekijöillä.
ytimet
- prosessori: Prosessorin ytimien lukumäärään kuuluu yksi (yksiydinprosessori), 4 (neliydinprosessori), 8 (kahdeksanydinprosessori) jne. Prosessoriytimet ovat suoraan verrannollisia sen suorituskykyyn ja tekevät siitä myös moniajoa.
- GPU: Toisin kuin suorittimessa, grafiikkasuorittimessa on useista sadaista useisiin tuhansiin ytimiä. GPU:n laskelmat suoritetaan näissä ytimissä. Näin ollen GPU:n suorituskyky riippuu myös siinä olevien ytimien määrästä.
- TPU: Googlen mukaan yhdessä Cloud TPU -sirussa on 2 ydintä. Jokainen näistä ytimistä käyttää MXU:ita nopeuttamaan ohjelmia tiheiden matriisilaskelmien avulla.
Arkkitehtuuri
- prosessori: CPU:ssa on kolme pääosaa, nimittäin CU, ALU ja rekisterit. Rekistereistä puhuttaessa CPU:ssa on 5 erityyppistä rekisteriä. Nämä rekisterit ovat:
- Akku
- Ohjerekisteri
- Muistin osoiterekisteri
- Muistin tietorekisteri
- Ohjelman laskuri
- GPU: Kuten yllä selitettiin, grafiikkasuorittimessa on useista sadaista useisiin tuhansiin ytimiä. Näissä ytimissä tehdään kaikki kuvankäsittelyyn ja kuvan renderöintiin tarvittavat laskelmat. Arkkitehtonisesti GPU:n sisäisessä muistissa on laaja käyttöliittymä point-to-point-yhteydellä.
- TPU: TPU:t ovat Googlen suunnittelemia koneoppimiskiihdyttimiä. Koneoppimisen kiihdyttimillä on potentiaalia tehostaa koneoppimistehtäviä. TPU:n ytimet koostuvat MXU:sta ja VPU:sta, jotka pystyvät suorittamaan vastaavasti matriisi- ja liukulukulaskelmia.
Tehoa
- prosessori: Suorittimen käyttämä teho riippuu sen ytimien määrästä. Kahdeksanytiminen prosessori kuluttaa tehoa noin 95-140 wattia, kun taas 16-ytiminen prosessori kuluttaa noin 165 wattia.
- GPU: GPU voi kuluttaa jopa 350 wattia virtaa.
- TPU: TPU:ssa luku- ja kirjoitusprosessi suoritetaan puskurille ja muistille, minkä ansiosta tehon optimointi voidaan saavuttaa.
Lukea:Mikä on System on a Chip (SoC)?
Onko TPU vai GPU parempi?
Sekä TPU että GPU ovat prosessointiyksiköitä. Edellinen on Tensor Processing Unit ja jälkimmäinen Graphics Processing Unit. Molempien prosessorien työ on erilainen. Grafiikkaprosessorin osana GPU:n tehtävänä on tehdä kuvien hahmontamiseen tarvittavia laskelmia. TPU on suunniteltu käsittelemään neuroverkon käsittelyä TensorFlow'n avulla.
Kumpi näistä kahdesta on parempi, riippuu sovelluksista, joihin käytät niitä. Pilvi-TPU:t on optimoitu tiettyjä työkuormia varten. Joissakin tilanteissa GPU:n tai CPU:n käyttö on parempi koneoppimiskuormien suorittamiseen. Katsotaan milloin voit käyttää TPU:ta ja GPU:ta.
GPU:n käyttö on TPU:ta parempi keskikokoisissa ja suurissa malleissa, joissa on suurempi tehollinen erä, TensorFlow-mallit eivät ole saatavilla Cloud TPU:ssa jne.
TPU:n käyttö on GPU:ta parempi matriisilaskelmia vaativissa malleissa, malleissa, joiden koulutus kestää viikoista kuukausiin, malleissa, joissa on suurempi tehollinen erä jne.
Onko TPU nopeampi kuin CPU?
TPU on Tensor Processing Unit. Google kehitti sen käsittelemään hermoverkkojen käsittelyä TensorFlow'n avulla. TPU:n suunnittelun tavoitteena on minimoida neuroverkkomallien kouluttamiseen tarvittava aika. Googlen mukaan hermoverkkomallien koulutus TPU-integroidulla laitteistolla kestää tunteja, kun taas sama voi kestää viikoista kuukausiin, kun se tehdään muilla laitteilla. Siksi TPU on nopeampi kuin CPU.
