Если вы потратили какое-то время на изучение спецификаций видеокарт, вполне вероятно, что вы уже встречали слова «ядра CUDA» или «потоковые процессоры». Эти два термина и технологии тесно связаны друг с другом, но они не взаимозаменяемы, и понимание разницы между ними может помочь вам принять взвешенное решение при покупке видеокарты.
В этой статье я подробно расскажу о нюансах обоих – и некоторых других «ядрах», которые вы можете найти в видеокартах.
Что такое процессорные ядра
Ядра можно рассматривать как сердце любого процессора. Подобно человеческому сердцу, ядро может делать только одну вещь за раз, но делать это очень быстро и эффективно.
Например, количество ядер в ЦП определяет его общую вычислительную мощность. Процессор с одним ядром немного похож на человека, который может либо дышать, либо говорить, но не то и другое одновременно.
Продолжая эту аналогию, когда одноядерному процессору нужно «дышать», он перестаёт говорить. А когда ему нужно поговорить, он перестаёт дышать. Это отличается от многоядерных процессоров, которые могут делать всё это одновременно.
Наличие нескольких ядер даёт вашему компьютеру возможность выполнять особый тип многозадачности, называемый параллельной обработкой, что позволяет компьютеру более эффективно использовать процессор.
Одноядерный процессор быстрый, но ограниченный. Многоядерный процессор может быть медленнее для каждой задачи, но он может выполнять много задач одновременно.
Вместо процессора с несколькими ядрами представьте себе процессор с тысячами ядер, работающих параллельно для очень специфических задач, в отличие от более общих задач, с которыми сталкивается типичный процессор.
Это то, что представляет собой графический процессор. И именно поэтому графические процессоры намного медленнее центральных процессоров для последовательных вычислений общего назначения, но намного быстрее для параллельных вычислений.
Ядра графического процессора обычно называются «ядрами CUDA» или «потоковыми процессорами».
Разница между ядрами CPU и GPU
Между ядрами ЦП и ядрами графического процессора есть много общего, но у них также есть много различий.
Ядра ЦП предназначены для одновременного выполнения нескольких инструкций. Они предназначены для вычислений общего назначения и имеют широкий спектр применений.
Ядра графического процессора предназначены для одной цели: обработки графики. Они специализированы и очень эффективны в своей работе.
ЦП используют небольшое количество очень мощных ядер, в то время как графические процессоры построены с большим количеством сравнительно менее мощных ядер.
Графический процессор отлично справляется с параллельными задачами, такими как быстрое определение того, как должны выглядеть тысячи пикселей, за доли секунды.
Разница между центральными процессорами и графическими процессорами заключается в том, что каждый из них предназначен для выполнения различных типов обработки.
Что такое ядра CUDA и для чего они используются
«CUDA» – это запатентованная технология, разработанная NVIDIA и расшифровывающаяся как Compute Unified Device Architecture.
Ядра CUDA используются для многих вещей, но главное, для чего они используются, – это обеспечение эффективных параллельных вычислений.
Одно ядро CUDA похоже на ядро ЦП, с основным отличием в том, что оно менее производительно, но реализовано в гораздо большем количестве. Что опять же позволяет проводить отличные параллельные вычисления.
Типичный ЦП содержит от 2 до 32 ядер, но количество ядер CUDA даже в самых простых современных графических процессорах NVIDIA исчисляется сотнями.
Между тем, у высококлассных видеокарт их тысячи.
Но, CUDA представляет собой не просто набор ядер, а интерфейс для доступа к этим ядрам и связи с остальной частью вашей системы. Ядра, которые выполняют эти инструкции, называются ядрами CUDA.
Что такое потоковые процессоры и для чего они используются?
У NVIDIA есть свои ядра CUDA, но у AMD, их главного конкурента, также есть конкурирующая технология под названием «потоковые процессоры».
Эти две технологии и архитектуры графических процессоров соответствующих компаний различаются.
Однако, в целом, они одинаковы, когда речь идёт об их основных функциях и целях, для которых они используются.
Ядра CUDA против потоковых процессоров
Как правило, ядра CUDA от NVIDIA известны как более стабильные и лучше оптимизированные, поскольку аппаратное обеспечение NVIDIA обычно сравнивают с AMD.
Но, в реальных тестах между двумя архитектурами нет заметных различий в производительности или качестве графики.
Поскольку Nvidia долгое время была производителем графических процессоров №1, поддержка ядер CUDA гораздо шире, чем у потоковых процессоров AMD.
В конце концов, архитектура CUDA является проприетарной, и разработка программного обеспечения для неё – громоздкий процесс. Понятно, что разработчики движков рендеринга, разработчики игровых движков или разработчики игр предпочитают разрабатывать и поддерживать аппаратное обеспечение графических процессоров, которое более широко используется.
Но, по своей сути и ядра CUDA, и потоковые процессоры одинаково производительны, если поддержка программного обеспечения находится на одном уровне.
Таким образом, вам не нужно беспокоиться о том, что «лучше», когда речь идёт о ядрах графического процессора, поскольку они практически одинаковы.
Как сравнить графические процессоры
Сравнивать графические процессоры только по их спецификациям очень сложно.
Определения самих ядер NVIDIA и AMD различаются, и их архитектуры ядер также сильно различаются.
Вы не можете просто использовать графический процессор NVIDIA, потому что у него на тысячу ядер CUDA больше, чем у сопоставимой видеокарты AMD, и вы не можете просто использовать графический процессор AMD по тем же причинам.
Лучший и единственный реальный способ сравнить производительность графических процессоров – это результаты реальных тестов.
Что такое тензорные ядра NVIDIA
Впервые представленные в архитектуре NVIDIA Volta, тензорные ядра представляют собой тип ядра, предназначенный для того, чтобы сделать искусственный интеллект и глубокое обучение более доступными и более мощными.
С момента появления графических процессоров CUDA архитектура разрабатывалась с одной важной целью: упростить создание параллельных высокоэффективных программ. И за последнее десятилетие они отлично с этими справились.
Но, благодаря успеху и инновациям, вызванным глубоким обучением, технологией на основе ИИ, которая использует нейронные сети для обучения выполнения задач без явного программирования, NVIDIA пришлось внести некоторые серьёзные изменения, чтобы лучше поддерживать эти передовые технологии.
Новая архитектура NVIDIA – Ampere – привнесла ещё более серьёзные изменения благодаря тензорным ядрам 3-го поколения, которые значительно упростят и ускорят обучение моделей глубокого обучения.
Эти ядра разработаны с учётом «потребностей» глубокого обучения, и они намного эффективнее старых тензорных ядер, которые использовались в архитектурах Volta и Turing до появления Ampere.
Тензорные ядра предназначены для выполнения операций умножения матриц и свёртки, которые являются основой алгоритмов глубокого обучения.
Тензорные ядра NVIDIA 3-го поколения могут работать в 20 раз быстрее, чем старые ядра. Это большая скорость, и есть надежда, что она поможет значительно повысить производительность алгоритмов глубокого обучения.
Одной из технологий, которая использует глубокое обучение нейронных сетей, является собственная технология NVIDIA DLSS!
Это технология, которая использует глубокое обучение и искусственный интеллект для улучшения графики и производительности игр (в настоящее время) без ущерба для визуального качества.
DLSS расшифровывается как Deep Learning Super-Sampling. Когда DLSS включен в поддерживаемых играх, он использует глубокую нейронную сеть для анализа и улучшения стандартных методов повышения качества изображения, используемых традиционным сглаживанием.
Улучшенные изображения, создаваемые DLSS, обычно сопоставимы с изображениями 4K, но визуализируются со значительно более низким разрешением.
Поскольку DLSS – это новая технология, она доступна не во всех играх и не гарантирует своей работоспособность в любой ситуации. Но, NVIDIA постоянно работает с разработчиками над улучшением производительности.
Что такое ядра NVIDIA RT
NVIDIA также представила ещё один новый тип ядра: ядра RT – ядра трассировки лучей.
Эти ядра предназначены для обработки видео и аудио в реальном времени одновременно с глубоким обучением.
Эти ядра помогают с трассировкой лучей – методом рендеринга, целью которого является имитация того, как свет отражается и преломляется при прохождении через различные материалы.
Трассировка лучей использовалась в профессиональном 3D-рендеринге в течение многих лет, но только недавно она стала практичной для рендеринга в реальном времени. Ядра NVIDIA RT являются важной частью этой разработки.
Ядра NVIDIA RT предназначены для ускорения вычислений трассировки лучей и были специально разработаны для этих задач. Их можно использовать для ускорения рендеринга игр и другой 3D-графики на много порядков.
Второе поколение ядер RT, представленное с архитектурой Ampere, также ещё эффективнее и мощнее, чем старые ядра. Новая архитектура NVIDIA – это огромный шаг вперёд в мире глубокого обучения и мультимедиа с искусственным интеллектом.
Новые тензорные ядра и ядра RT позволяют создавать действительно потрясающие приложения. Кто знает, что ждёт эти новые технологии в будущем? Рендеринг в реальном времени с полной трассировкой пути может быть не за горами в будущем, если инновации будут внедряться такими темпами.
Что такое ускорители AMD Ray
Ускорители AMD Ray – это ответ AMD на ядра NVIDIA RT.
AMD присоединилась к соревнованию по трассировке лучей со своей серией RX 6000, и вместе с этим они также представили несколько важных функций в архитектурном дизайне RDNA 2, которые помогают конкурировать с ядрами NVIDIA RT.
Предполагается, что эти «ускорители лучей» повысят эффективность стандартных вычислительных блоков графического процессора в вычислительных рабочих нагрузках, связанных с трассировкой лучей.
Однако, механизм функционирования Ray Accelerators всё ещё относительно неясен и всё ещё находится в зачаточном состоянии, поскольку AMD несколько медленно адаптировалась к революции трассировки лучей в реальном времени.
Что в итоге
Надеюсь, это прояснило для вас ситуацию. Однако, если вы всё ещё чувствуете себя потерянным, вот основные моменты, которые вы должны извлечь из этого.
Потоковые процессоры и ядра CUDA – это фирменные названия одного и того же: параллельного процессора и набора правил его работы.
На практике они принципиально разные, потому что AMD и NVIDIA используют свою собственную уникальную архитектуру. Но, между ними нет большой реальной разницы в производительности.
Попытка напрямую сравнить потоковые процессоры и ядра CUDA друг с другом подобна попытке измерить пробег вашего автомобиля, глядя на размер топливного бака.
Просмотр достоверных данных всегда будет гораздо более ценным, чем сравнение между ядрами CUDA и потоковыми процессорами или любой другой спецификацией по отдельности.
Часто задаваемые вопросы
Сколько ядер нужно в графическом процессоре?
Чем больше, тем веселее. У вас не может быть достаточно ядер на GPU. Но большее количество ядер сопряжено с более высокими затратами, поэтому вам нужно сбалансировать это.
Чем больше ядер, тем лучше производительность?
Да. Это, конечно, не единственное, что определяет производительность графического процессора, но оно играет в ней большую роль, поэтому вы обычно можете предположить, что большее количество ядер (будь то CUDA, потоковые процессоры или что-то ещё) приведёт к лучшей производительности.
Как ядра влияют на производительность 3D-моделирования?
Моделирование обычно является деятельностью, связанной с процессором. Если вы сталкиваетесь с замедлением, когда дело доходит до моделирования, обычно это происходит из-за того, что у вас не хватает оперативной памяти или ваш процессор с трудом справляется со всеми этими полигонами.
Ядра CUDA лучше потоковых процессоров?
Они похожи друг на друга по своим функциям и производительности.
Единственное преимущество, которое CUDA может иметь над потоковыми процессорами, заключается в том, что общеизвестно, что он имеет лучшую программную поддержку. Но, в целом, особой разницы между ними нет.
Есть ли у карт AMD ядра CUDA?
Нет. Ядра CUDA – это проприетарная технология, разработанная NVIDIA, которая доступна только в графических процессорах NVIDIA.
