منظور از گرافیک یکپارچه در تراشه ها چیست؟

گرافیک یکپارچه به یک GPU (واحد پردازش گرافیک) اشاره دارد که در همان بسته CPU (واحد پردازش مرکزی) تعبیه شده است. در ادامه نگاهی به این موضوع خواهیم انداخت.

گرافیک به سخت افزار تخصصی نیاز دارد

در گرافیک های کامپیوتر مدرن نمایش ویدیو با وضوح بالا و عملیات رندر کردن سه بعدی دقیق در بازی های ویدیویی و نرم افزارهای حرفه ای یک کار سخت است. در حالی که یک پردازنده می تواند گرافیک (“رندر”) ایجاد کند، فاقد نوع معماری مناسب برای انجام سریع و کارآمد آن است. به همین دلیل است که ما پردازنده‌های گرافیکی داریم که از ابتدا ساخته شده‌اند تا در ریاضیاتی عالی باشند که برای محاسبه مقادیر صحیح میلیون‌ها پیکسل در هر ثانیه ده‌ها یا صدها بار نیاز دارید. هر دستگاه محاسباتی، از رایانه‌ها گرفته تا گوشی های هوشمند، دارای یک GPU است.

تنها رایانه‌هایی که GPU ندارند، معمولاً سرورهای «هدلس» هستند که از راه دور و فقط برای CPU کار می‌کنند. با این حال، حتی این نیز در حال تغییر است، زیرا پردازنده‌های گرافیکی اکنون برای انجام کارهایی غیر از گرافیک استفاده می‌شوند، اما این یک داستان برای روز دیگری است! هر رایانه ای که امروزه به یک نمایشگر خروجی می دهد مطمئناً دارای یک GPU اختصاصی است.

گرافیک یکپارچه در مقابل گرافیک اختصاصی

هنگامی که لپ تاپ یا دسکتاپ خریداری می کنید، برگه مشخصات اغلب می گوید که رایانه دارای گرافیک «یکپارچه» یا «اختصاصی» است. تفاوت زیادی بین این دو رویکرد برای گنجاندن GPU در رایانه وجود دارد. یک GPU اختصاصی به این معنی است که GPU هم پکیج پردازنده مستقل خود را داشته و هم محلول خنک کننده جداگانه خود را دارد. همچنین پردازنده های گرافیکی اختصاصی نیز سخت افزار و حافظه مدیریت انرژی خود را دارند. یک GPU اختصاصی مانند یک کامپیوتر مستقل عمل می کند!

در یک کامپیوتر دسکتاپی، پردازنده‌های گرافیکی اختصاصی روی برد مدار خودشان قرار می‌گیرند که معمولاً به عنوان کارت گرافیک شناخته می‌شوند. کارت در مادربرد کامپیوتر قرار می گیرد و اغلب به انرژی بیشتری از آنچه که از طریق اسلات کارت تامین می شود، نیاز دارد. بنابراین ممکن است اتصالات برق اختصاصی خود را از منبع تغذیه رایانه نیز داشته باشد.

گرافیک‌های اختصاصی در رایانه‌های لپ‌تاپ گاهی اوقات به عنوان یک بسته قابل جابجایی ارائه می‌شوند، مانند ماژول‌های GPU لپ‌تاپ MXM (اکنون متوقف شده). معمولاً آنها مستقیماً به برد اصلی لحیم می شوند، اما همچنان به عنوان اجزای جداگانه از CPU اختصاص داده می شوند (با خنک کننده، حافظه و قدرت خودش).

از سوی دیگر، یک گرافیک یکپارچه، باید همه چیز را با پردازنده به اشتراک بگذارد. به همین دلیل است که اغلب به آن پردازنده گرافیکی داخلی می گویند. این پردازنده در همان پکیج پردازنده قرار می گیرد، توسط همان هیت سینک و پخش کننده حرارت خنک می شود، و حافظه سیستمی مشابه CPU دارد. مادربرد سخت‌افزار خروجی نمایشگر را فراهم می‌کند که به شما امکان می‌دهد یک مانیتور را وصل کنید، اما تمام «مغز» GPU در بسته CPU قرار دارد.

مزایای گرافیک یکپارچه

به استثنای پردازنده های سطح بالا، امروزه همه پردازنده های رایانه دارای یک گرافیک یکپارچه هستند. احتمالاً منصفانه است که بگوییم مدل گرافیک یکپارچه رایج ترین نوع گرافیک موجود امروزی است. چند دلیل خوب برای محبوبیت آن وجود دارد، اما مثل همیشه فهرست نسبتا کوتاهی از موارد مهم وجود دارد.

اولین مورد هزینه است. گرافیک های یکپارچه هزینه زیادی به یک پردازنده اضافه نمی کند. گنجاندن یک GPU در هر GPU، هزینه‌های سایر بخش‌های سیستم را بسیار بیشتر از هزینه‌های خود GPU کاهش می‌دهد. بنابراین سیستم هایی که از گرافیک یکپارچه استفاده می کنند به طور قابل توجهی ارزان تر از سیستم هایی هستند که دارای یک راه حل اختصاصی هستند.

دومین دلیل اصلی پیچیدگی آنهاست. این امر به ویژه در مورد لپ تاپ ها، که در آن هر میلی متر مکعب حجم مهم بوده، مرتبط است. با ادغام گرافیک در بسته پردازنده، لپ‌تاپ‌ها می‌توانند به‌طور چشمگیری کوچک‌تر شوند، زیرا برای خنک کردن، تغذیه و اتصال یک بسته تراشه کاملاً مجزا به سخت‌افزار پشتیبانی اضافی نیاز ندارید.

سومین رکن طراحی یکپارچه گرافیک، بهره وری انرژی است. مدیریت مصرف انرژی یک تراشه یکپارچه بسیار ساده تر از متعادل کردن نیازهای دو تراشه جداگانه است. از آنجایی که GPU و CPU کاملاً ادغام شده‌اند، می‌توانند مطمئن شوند که به خوبی در TDP (قدرت طراحی حرارتی) بسته CPU قرار می‌گیرند. لپ‌تاپ‌هایی که پردازنده‌های گرافیکی اختصاصی دارند معمولاً دارای پردازنده‌های گرافیکی یکپارچه نیز هستند، سیستم عامل بسته به برنامه‌ای که استفاده می‌کنید به صورت پویا بین این دو جابجا می‌شود. بنابراین با استفاده از یک GPU با کارایی بالا هنگام انجام صفحات گسترده، انرژی باتری را مصرف نمی کنید.

معایب گرافیک یکپارچه

اگر گرافیک یکپارچه ایده خوبی است، چرا اصلاً از گرافیک اختصاصی استفاده می کنیم؟ پاسخ کوتاه این است که کارت های اختصاصی پتانسیل عملکرد بسیار بیشتری دارند. یک GPU اختصاصی می‌تواند از نظر فیزیکی بزرگ‌تر باشد، بودجه انرژی بسیار بیشتری داشته باشد و با خیال راحت به دمای بالاتری در حین کار برسد. همچنین به حافظه های تخصصی و با کارایی بالا که به طور خاص برای نیازهای برنامه های گرافیکی طراحی شده، دسترسی دارد. برای مدت طولانی، پردازنده‌های گرافیکی یکپارچه مترادف با عملکرد ضعیف بوده‌اند، تنها به اندازه‌ای خوب هستند که برای کارهای اولیه بهره‌وری استفاده شوند.

این دیگر در سال 2022 درست نیست، زیرا فناوری GPU عملکرد گرافیکی یکپارچه را تا حدی بهبود داده است که اکثر کاربران، از جمله گیمرهای معمولی، واقعاً به GPUهای اختصاصی نیاز ندارند. با این حال، هنوز هم درست است که پردازنده‌های گرافیکی اختصاصی امروزه بسیار سریع‌تر از پردازنده‌های یکپارچه هستند.

گرافیک یکپارچه و سیستم روی چیپ دستگاه ها

نوع دیگری از GPU یکپارچه در SoC یا در سیستم روی چیپ دستگاه ها یافت می شود. SoCها نه تنها CPU و GPU را در یک بسته ادغام می کنند، بلکه حافظه سیستم و اغلب حتی فضای ذخیره سازی را نیز ادغام می کنند!

از آنجایی که SoC ها با اهداف عملکرد کلی خاصی طراحی شده اند، پردازنده های گرافیکی موجود در آن ها می توانند بسیار زیبا باشند. به عنوان مثال، Apple M1 از قدرت گرافیکی بیشتری نسبت به پلی استیشن 4 برخوردار است، در حالی که CPU همچنان قادر به رقابت با CPU های لپ تاپ رده بالا است. کنسول‌های مدرنی مانند پلی‌استیشن 5 و ایکس‌باکس سری ایکس، پردازنده‌ها و پردازنده‌های گرافیکی با کارایی بالا را در یک بسته ادغام می‌کنند، اما آن‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که گرمای هنگفتی را که این امر ایجاد می‌کند از ابتدا دفع کنند.

کدام طراحی گرافیک برای شما مناسب است؟

اگر کارایی برای شما مهم ترین چیز در مورد گرافیک است، پس شکی نیست که باید یک کامپیوتر با گرافیک اختصاصی بخرید. اگر عمر باتری، هزینه، گرما و نویز برای شما مهم است، احتمالاً یک راه حل یکپارچه همان چیزی است که شما نیاز دارید. کاربران دسکتاپ این گزینه را دارند که در آینده یک GPU اختصاصی را به سیستم خود اضافه کنند، با این فرض که مادربرد شما دارای اسلات صحیح است و منبع تغذیه و شاسی شما به آن بستگی دارد. بنابراین می توانید GPU یکپارچه را روی CPU خود امتحان کنید تا ببینید آیا به اندازه کافی برای نیازهای شما خوب است یا خیر.