يشير تسريع الأجهزة إلى العملية التي يتم فيها استخدام أجهزة معينة في أجهزة الكمبيوتر، مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) لأداء مهام معينة بكفاءة أكبر مما هو ممكن في البرامج التي تعمل على وحدة المعالجة المركزية (CPU) للأغراض العامة (وحدة المعالجة المركزية).
تطور تسريع الأجهزة
يعود أصل تسريع الأجهزة إلى ستينيات وسبعينيات القرن الماضي مع تطوير أجهزة متخصصة لمهام مثل تقديم الرسومات في ألعاب الفيديو ومعالجة الحسابات المعقدة للبحث العلمي. تمت صياغة المصطلح لأول مرة للإشارة إلى استخدام أجهزة مخصصة لتسريع العمليات البطيئة، مع الاستفادة من نقاط القوة المحددة لمكونات أجهزة معينة.
تشمل الأمثلة المبكرة بطاقات تسريع الرسومات لأجهزة الكمبيوتر الشخصية في الثمانينيات، والتي كانت عبارة عن أجهزة متخصصة مصممة لإجراء العمليات الحسابية الثقيلة اللازمة لتقديم الرسومات ثلاثية الأبعاد. مع تطور الحوسبة، تطورت أيضًا الأجهزة المستخدمة للتسريع، مما أدى إلى ظهور المكونات المتقدمة اليوم مثل وحدات معالجة الرسومات، وFPGAs (مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا)، وASICS (الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات).
تعقيدات تسريع الأجهزة
يعمل تسريع الأجهزة عن طريق إلغاء تحميل بعض المهام كثيفة الحوسبة أو التي تستغرق وقتًا طويلاً من وحدة المعالجة المركزية إلى أجهزة أخرى يمكنها أداء هذه المهام بكفاءة أكبر. وهذا يسمح لوحدة المعالجة المركزية بأداء مهام أخرى بشكل متزامن، مما يؤدي إلى تحسين أداء النظام بشكل عام.
على سبيل المثال، في عرض الرسومات، بدلاً من استخدام وحدة المعالجة المركزية لحساب كل بكسل في الصورة، يمكن إرسال هذه المهام إلى وحدة معالجة الرسومات، والتي تم تصميمها للتعامل مع معالجة الأرقام واسعة النطاق بشكل أكثر كفاءة. وهذا لا يؤدي إلى تحسين سرعة وأداء مهام العرض فحسب، بل يترك وحدة المعالجة المركزية حرة أيضًا في أداء مهام أخرى.
الميزات الرئيسية لتسريع الأجهزة
تتضمن بعض الميزات الرئيسية لتسريع الأجهزة ما يلي:
-
تحسين الأداء: من خلال تفويض المهام إلى الأجهزة المصممة خصيصًا للتعامل معها، يمكن أن يؤدي تسريع الأجهزة إلى تحسين أداء بعض التطبيقات بشكل كبير.
-
كفاءة: يوفر كفاءة أعلى من خلال السماح لوحدة المعالجة المركزية بالتركيز على المهام الأخرى بينما تقوم أجهزة معينة بمعالجة المهام المحددة.
-
انخفاض استهلاك الطاقة: من خلال استخدام الأجهزة المتخصصة، يمكن إكمال المهام بسرعة وكفاءة أكبر، مما قد يقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي.
أنواع تسريع الأجهزة
هناك عدة أنواع من تسريع الأجهزة، يتضمن كل منها نوعًا مختلفًا من الأجهزة:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| تسريع الرسومات | يستخدم وحدة معالجة الرسومات لعرض أسرع وأكثر سلاسة للصور والرسوم المتحركة والفيديو. يشيع استخدامها في الألعاب والعرض ثلاثي الأبعاد وبث الفيديو. |
| تسريع الصوت | يستخدم بطاقة الصوت أو وحدة معالجة الصوت (APU) لمعالجة الإشارات الصوتية، مما يقلل الحمل على وحدة المعالجة المركزية. |
| تسريع الفيزياء | يستخدم وحدة معالجة الرسومات (GPU) أو وحدة معالجة الفيزياء المتخصصة (PPU) لمحاكاة وحساب السلوكيات الجسدية في الوقت الفعلي، مثل تلك الموجودة في ألعاب الفيديو أو عمليات المحاكاة. |
| تسريع الشبكة | يستخدم بطاقات واجهة الشبكة (NIC) مع المعالجات المدمجة لإلغاء تحميل معالجة حركة مرور الشبكة من وحدة المعالجة المركزية. |
| تسريع التشفير/فك التشفير | يستخدم أجهزة تشفير مخصصة لتسريع مهام التشفير وفك التشفير، وهو مفيد في الاتصالات الآمنة. |
استخدام تسريع الأجهزة والتحديات المرتبطة بها
يمكن للعديد من التطبيقات والأنظمة الاستفادة من تسريع الأجهزة، بما في ذلك ألعاب الفيديو ومنصات بث الفيديو والمحاكاة العلمية وأنظمة الاتصالات الآمنة.
ومع ذلك، فإن استخدام تسريع الأجهزة يأتي أيضًا مع بعض التحديات. تتضمن بعض هذه المشكلات زيادة تكاليف الأجهزة، والحاجة إلى برمجة متخصصة للاستفادة من الأجهزة، ومشكلات عدم التوافق المحتملة، وزيادة استهلاك الطاقة لمهام معينة.
يمكن أن تتضمن حلول هذه التحديات استخدام المعايير المفتوحة وواجهات برمجة التطبيقات لتبسيط البرمجة، وتحسين تصميم الأجهزة لتقليل استهلاك الطاقة، وتحسين التكامل بين مكونات الأجهزة والبرامج.
مقارنات مع مفاهيم مماثلة
مقارنة تسريع الأجهزة مع الحوسبة للأغراض العامة:
| الحوسبة للأغراض العامة | تسريع الأجهزة | |
|---|---|---|
| غاية | مصممة لمجموعة واسعة من المهام | مصممة لمهام محددة |
| المعدات | يستخدم وحدة المعالجة المركزية لمعظم المهام | يستخدم أجهزة محددة (مثل وحدة معالجة الرسومات وبطاقة الصوت وما إلى ذلك) لمهام معينة |
| أداء | أبطأ نسبيًا بالنسبة للمهام التي تتطلب حوسبة مكثفة | أسرع وأكثر كفاءة لمهام معينة |
مستقبل تسريع الأجهزة
مع استمرار تطور التكنولوجيا، من المتوقع أن يتوسع دور تسريع الأجهزة. هناك اتجاه متزايد نحو استخدام مسرعات الأجهزة الخاصة بالذكاء الاصطناعي لدعم نمو أعباء عمل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. يعد التسريع الكمي، حيث تُستخدم المعالجات الكمومية لتسريع أنواع معينة من الحسابات، مجالًا مزدهرًا آخر.
تسريع الأجهزة والخوادم الوكيلة
يمكن أن يكون تسريع الأجهزة أيضًا ذا صلة بسياق الخوادم الوكيلة. في مثل هذه الحالات، يمكن استخدام بطاقات واجهة الشبكة (NIC) المزودة بمعالجات مدمجة لإلغاء تحميل بعض مهام الشبكة من وحدة المعالجة المركزية. وينتج عن ذلك معالجة أسرع وأكثر كفاءة لحركة مرور الشبكة، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا في تشغيل الخوادم الوكيلة.
علاوة على ذلك، يمكن استخدام التشفير/فك التشفير المسرع بواسطة الأجهزة لتحسين أداء وأمن الخوادم الوكيلة، خاصة تلك التي تتعامل مع حركة مرور آمنة كثيفة.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول تسريع الأجهزة، يمكنك زيارة الموارد التالية:
