آشنایی کامل با پردازنده های گرافیکی ( Mali GPU) کمپانی ARM

پردازش های گرافیکی در تمامی سیستم های کامپیوتری بر عهده سخت افزاری با نام GPU یا (Graphic Processor unit) است.این واحد نمونه ایی مانند پردازنده (CPU) است که وظیفه پردازش کدهای مبتنی بر گرافیک را داراست.امروزه به وسیله افزایش توان این بخش،GPU ها توانایی های بیشتر از پردازش ساده اطلاعات گرافیکی به دست آورده و در زمینه های دیگر مانند یادگیری ماشین و حتی پردازش های وابسته آن قادر به فعالیت هستند.لازم است بدانید که سرعت پردازنده های گرافیکی از اکثر موارد از CPU های بیشتر است.مکانیزم دسترسی به I/O و حافظه نیز در آنها با سرعت بیشتری صورت می پذیرد.معماری GPU ها به مانند CPU دارای حافظه های نهان (Cache)،کنترلر های حافظه،واحد های ALU و…است.یکی از تفاوت های اصلی پردازنده های گرافیکی با CPU را می توان در ریز بندی هسته ها دانست.بر خلاف Core های قدرتمند با تعداد کم در پردازنده ها،GPU ها از هسته های بسیار زیاد بهره می برند که این هسته ها تنها برای انجام یک عمل نبوده و گاها در مدل های متنوع است.و اما در این مطلب قصد داریم تا شما را با پردازنده های گرافیکی ARM Mali آشنا سازیم.با ما همراه باشید.

با توجه به مقدمه به طور حتم می دانید که هر سیستم کامپوتری که از ویجت های گرافیکی و به طور کلی کوچکترین خروجی گرافیکی برخوردار باشد،نیازمند یک پردازنده مجزا برای تبدیل سیگنال های دیجیتال به آنالوگ است.گوشی های موبایل نیز از این قاعده مستثناء نبوده و از پردازنده های گرافیکی در کنار پردازنده های اصلی استفاده خواهند کرد که معمولا همگی آنها در یک SOC جای گذاری می شوند.از زمان عرضه انبوده گوشی های هوشمند،یکی از پارامترهای مهم در هنگام خرید این تجهیزات،مدل و توانایی GPU بوده است.کمپانی ARM را می توان بزرگترین معمار پردازنده های گرافیکی در حوزه های همراه،گجت ها و به طور کلی گوشی های موبایل دانست. معماری آرم (ARM architecture) نوعی از معماری و ساختار پردازنده‌های رایانه‌ای است که به‌وسیلهٔ شرکت انگلیسی آرم هولدینگز طراحی شده‌است و بیش‌تر برای تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های قابل‌حمل کاربرد دارد.این کمپانی تامین کننده اصلی “لیتوگرافی” و معماری پردازنده های GPU/CPU بسیاری از برندها است.طراحی های این برند توسط دیگر رقبا مانند انویدیا نیز مورد استفاده قرار می گیرد.این شرکت انگلیسی سالها است که نبض بازار این گروه از پردازنده ها را بر عهده دارد و می توان را بدون سرو صدا ترین برند برتر جهان دانست.به دلیل انعطاف بالای معماری های این کمپانی،محصولات آن امروزی حتی در سیستم های سرور نیز به چشم می خورند.خوشبختانه این پردازنده ها چه در حوزه گرافیک و چه در حوزه CPU،مشکلی برای پردازش های تخصصی در سطوح مختلف ندارند.مسرف انرژی پایین در کنار بازدهی بالا،مهم ترین اتفاقی است که اینتل را از این بازار به کنار زده و آن را مجبور به عقب نشینی کرد.در این مطلب به طور خاص به معماری Mali GPU های این کمپانی خواهیم پرداخت.

در حال حاضر آخرین و پر استفاده ترین پردازنده های گرافیکی Mali شامل مدل های T624،T628،T670،T860 و T880 است.

Mali T624

این پردازنده گرافیکی از نسل دوم سری 600 است که با DirectX و Open CL نیز هماهنگی کامل دارد.T624 دارای فناوری 3 لوله در لیتوگرافی خود بوده و می تواند از یک تا 4 هسته گرافیکی را کنترل نماید.T624 اولین پردازنده Mali بود که برای پردازش 3D در مقیاس بالا بهینه شده بود.این GPU توانایی پشتیبانی از فناوری HDR را در تصاور 2D داراست.حافظه کش L2 در معماری آن نیز 32~256 کیلوبایت است.حداقل 32 کیلوبایت برای هر هسته.T624 برای سیستم عامل های ویندوز و اندروید دارای تطابق مناسبی است.همانطور که در تصویر زیر نیز قابل مشاهده است،معماری بلوک های آن به سادگی نشان داده شده اند.از جمله دیگر دستورات API قابل پشتیبانی آن می توان به OpenGL® ES 1.1, 2.0, 3.0, 3.1 و RenderScript اشاره کرد.

Mali T628

T628 توانایی پردازشی تا دو برابر T624 را داراست.در معماری آن استفاده از 1 تا 8 هسته پردازشی در نظر گرفته شده است که بالانس آن را برای تبلت ها نیز بسیار افزایش می دهد.T628 از دستورت کتابخانه ایی OpenGL® ES 1.1, 2.0, 3.0, 3.1،OpenCL™ 1.1،DX 11.0 و RenderScript پشتیبانی به عمل می آورد.اینترفیس ارتباطی آن نیز بر پایه AMBA4 ACE-LITE بنا شده است.هر دو تکنیک تصویری LDR و HDR نیز توسط آن قابل شناسایی هستند.در لیتوگرافی این پردازنده دو قسمت برای حافظه کش سطح L2 در نظر گرفته شده است که حداکثر توانایی آن 256 کیلوبایت است.هسته های سایه زن آن نیز دو برابر T624 است.ARM در این معماری به طوری رفتار کرده است که در هنگام کار هسته های سایه زن،مشکلی برای SOC به وجود نیامده و بار اضافی تحمیل نگردد.

Mali T760

این پردازنده گرافیکی دارای شباهت هایی با T628 است اما در عین حال توانایی های بسیار بیشتری را در خود دارد. T760 قادر به استفاده از 16 هسته است و از نسل جدید MIDGARD برخوردار است که توان مصرفی را کاهش داده است.این GPU نه فقط برای گوشی های موبایل و تبلت،بلکه در تلویزیون ها نیز قابل استفاده است.تخصص آن در پردازش های فشرده،عکاسی،تشخیص حرکت و تثبیت است.ARM مدعی بهره وری انرژی تا 400% بیشتر از نمونه های قبلی شده است و توانایی های بالای آن را در عین مصرف پایین تذکر داده است.به عنوان مثال بافر معماری ARM که از نوع (CFBC) است،پهنای باند در سطح سیستم و هزینه انتقال داده های تصویری را تا 50% کاهش داده است.بدین ترتیب توانایی SOC برای پرداختن به تمامی امور هماهنگ،بسیار بالا رفته و گذرگاه تا جای ممکن درگیر GPU نخواهد بود.T760 به لطف رابط های برنامه نویسی نسل جدید و قدیم مانند DX 11.1 و OpenGL ES 3.1 می تواند در تولید تصاویر 3D نیز بسیار عالی عمل کند.حداکثر حافظه کش 2048 کیلوبایت است که برای هسته ها تقسیم می گردد.فناوری شتاب دهنده هسته های در T760 استفاده از آن را برای همه کمپانی ها بسیار لذت بخش کرده و بالانس کاری آن را افزایش می دهد.پشتیانی از HDR در حالت 3D نیز از دیگر امکانات ایم پردازنده گرافیکی برشمرده می شود.در نهایت می توانیم به تکنولوژی CFBC اشاره کنیم.این تکنیک یک فرمت فشرده سازی پردازش تصاویر است که به وسیله دسترسی تصادفی به اطلاعات پیکسل ها،بلوک 4×4 را فراهم ساخته و پهنای باند مصرفی را کاهش می دهد.

Mali T860/T880

و اما دو پرچمدار ARM یعنی T860 و T880.این دو پردازنده برای دسترسی به حداکثر پردازش گرافیکی طرحی شده اند.هر دو دارای توان پشتیبانی از 16 هسته پردازشی هستند.معماری میکرو به آنها توان محاسبات پردازشی بالاتر در 2 سطح عادی و پیچیده را خواهد داد.یکی از موارد سنتی در معماری های ARM که در مدل های مختلف نسل به نسل در حال تکرار و پیاده سازی است،کنترل دما و مصرف جریان در عین افزایش توانایی است.پردازنده های گرافیکی ARM به طور معمول هر کدام توانی نزدیک به دو برابر مدل قبلی را دارا هستند.T880 دارای یک بلوک ریاضی جدید برای پردازش است.این پردازنده ها دارای فناوری AFBC هستند که به وسیله نظارت هوشمند،موارد اضافی را حذف کرده و پهنای باند را افزایش می دهد.این پردازنده ها برای تسلط کافی برای دقت های بالا مانند 4K و تلویزیون های دیجیتال بهینه شده اند.پشتیبانی از کدک های فشرده سازی مانند HEVC نیز برای این پردازنده ها در نظر گرفته شده است.ARM توانایی اجرای دقت های بالا را تنها با استفاده از 8 هسته ایجاد کرده است. T860/T880توانایی شناسایی و کنترل I/O های بیشتری را به نسبت گذشته دارا هستند و این در حالی است که همچنان تمرکز بر روی کاهش باند مصرفی رعایت شده است.

دو رابط AMBA 4 و ACE-LITE مواردی از جمله انسجام سخت افزاری،مصرف انرژی پایین،ساده سازی نرم افزاری،کاهش تاخیر در دسترسی به اطلاعات اشتراک گذاشته در بین CPU و GPU را به سری 800 هدیه کرده است.اما نکته بعدی،پشتیبانی از کتابخانه های API در انواع مختلف است.از جمله آنها می تواند به DX11.2، OpenGL ES 3.و RenderScript اشاره کرد.پشتیبانی از رابط های برنامه کاربردی برای نسل بعدی مانند VULKAN نیز ارائه شده است.ARM به منظور هماهنگی بیشتر در سیستم عامل اندروید،اعلام کرده است که این دو GPU در SOC هایی که در آنها پردازنده های ARM Cortex استفاده شده باشد،علمکرد بهتر و سریع تری را به نمایش خواهند گذاشت.دلیل آن هم اضافه شدن هماهنگی در بین آنها است و به عبارت بهتر معماری آنها با توجه به یکدیگر طراحی شده است.در نهایت دو پردازنده گرافیکی T860 و T860 دارای امکانات بسیار زیادی به نسبت مدل های گذشته هستند که استفاده از آنها را در ارکان بسیاری حتی تلویزیون ها فراهم می سازد.