GPU là gì?

GPU vượt trội trong việc thực hiện xử lý song song thông dụng, tuy nhiên trước đây, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Như tên gọi, GPU ban đầu được thiết kế cho một tác vụ cụ thể: kiểm soát hiển thị hình ảnh.

Nguồn gốc của GPU

Trước GPU, chúng ta đã có màn hình ma trận điểm, được phát hành vào những năm 1940 và 1950. Về sau màn hình véc-tơ và mành quét ra đời, sau đó nữa là PC và máy chơi game đầu tiên ra đời. Vào thời điểm đó, một thiết bị không thể lập trình được gọi là bộ điều khiển đồ họa dùng để điều phối hiển thị trên màn hình. Thông thường, các bộ điều khiển đồ họa dựa vào CPU để xử lý, mặc dù một số bộ điều khiển có bộ xử lý trên chip.

Cùng thời gian đó, có một dự án hình ảnh 3D có liên quan đến việc tạo ra một pixel trên màn hình bằng một bộ xử lý duy nhất. Mục tiêu là tạo ra một hình ảnh kết hợp nhiều pixel trong một khoảng thời gian ngắn. Dự án này là khởi nguồn của GPU mà chúng ta biết đến hiện nay.

Mãi đến cuối những năm 1990, GPU đầu tiên mới ra đời. GPU này nhắm vào thị trường trò chơi và thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD). GPU đã tích hợp một công cụ kết xuất dựa trên phần mềm trước đây, cùng công cụ chuyển đổi và chiếu sáng có bộ điều khiển đồ họa đi kèm, tất cả đều trên một chip có thể lập trình. 

Sự phát triển của công nghệ GPU

Nvidia là công ty đầu tiên đưa ra thị trường GPU GeForce 256 chip đơn vào năm 1999. Những năm 2000 và 2010 đã đánh dấu một kỷ nguyên của sự phát triển khi GPU có thêm các chức năng như dò tia, tô bóng lưới và tạo hình khối phức tạp. Các chức năng này mang đến khả năng tạo hình ảnh và hiệu năng đồ họa ngày càng tiên tiến. 

Mãi đến năm 2007, Nvidia mới phát hành CUDA, một lớp phần mềm cung cấp khả năng xử lý song song trên GPU. Vào khoảng thời gian này, GPU đã mang lại hiệu quả cao rõ ràng trong việc thực hiện các tác vụ rất cụ thể. Điển hình, GPU thực hiện xuất sắc các tác vụ đòi hỏi năng lực xử lý lớn để đạt được kết quả cụ thể.

Khi phát hành, CUDA của Nvidia đã mở rộng lập trình GPU cho đối tượng rộng hơn. Sau đó, các nhà phát triển có thể lập trình công nghệ GPU dành cho tất cả các loại ứng dụng thực tiễn thiên về điện toán khác nhau. Điện toán GPU bắt đầu trở nên phổ biến hơn nhiều.

GPU là một chip được đòi hỏi cao đối với blockchain và các ứng dụng mới nổi khác. GPU đang ngày càng được đưa vào trí tuệ nhân tạo và máy học (AI/ML).

GPU hiện đại thường có một số bộ đa xử lý. Mỗi bộ đa xử lý có một khối bộ nhớ chung, cùng với một số bộ xử lý và các thanh ghi tương ứng. Bản thân GPU có bộ nhớ không đổi, cùng với bộ nhớ thiết bị lắp trên bo mạch. 

Mỗi GPU hoạt động hơi khác nhau tùy thuộc vào mục đích riêng, nhà sản xuất, đặc điểm của chip và phần mềm được sử dụng để điều phối GPU. Ví dụ: phần mềm xử lý song song CUDA của Nvidia cho phép các nhà phát triển lập trình cụ thể GPU với hầu hết mọi ứng dụng xử lý song song thông dụng. 

GPU có thể là chip độc lập, được gọi là GPU rời, hoặc được tích hợp với phần cứng điện toán khác, được gọi là GPU tích hợp (iGPU).

GPU rời

GPU rời hoạt động dưới dạng chip tập trung hoàn toàn vào tác vụ hiện có. Thông thường, tác vụ đó là xử lý đồ họa, nhưng giờ đây GPU rời có thể dùng để xử lý chuyên dụng cho các tác vụ như ML hoặc mô phỏng phức tạp.

Khi dùng để xử lý đồ họa, GPU thường nằm trong card đồ họa cắm vào bo mạch chủ. Trong các tác vụ khác, GPU có thể nằm trong card khác hoặc cắm thẳng vào bo mạch chủ. 

GPU tích hợp

Vào đầu những năm 2010, chúng ta bắt đầu nhận thấy xu hướng bỏ dùng GPU rời. Các nhà sản xuất chào đón sự xuất hiện của CPU và GPU kết hợp trên một chip, được gọi là iGPU. Những iGPU đầu tiên dành cho PC là các dòng Celeron, Pentium và Core của Intel. Những dòng này vẫn phổ biến trên máy tính xách tay và PC. 

Một loại iGPU khác là hệ thống trên chip (SoC) chứa các thành phần như CPU, GPU, bộ nhớ và kết nối mạng. Đây là những loại chip thường được tìm thấy trong điện thoại thông minh.

Ảo

Giống như các loại cơ sở hạ tầng phần cứng điện toán khác, GPU cũng có thể được ảo hóa. GPU ảo hóa là biểu diễn dựa trên phần mềm của GPU, chia sẻ không gian cùng với các GPU ảo khác trên các phiên bản máy chủ đám mây. Bạn có thể sử dụng GPU ảo hóa để xử lý khối lượng công việc của mình mà không phải lo lắng về việc bảo trì phần cứng cơ sở.

Các tên bộ xử lý đồ họa và card đồ họa thường được sử dụng hoán đổi cho nhau, nhưng chúng không giống nhau.

Card đồ họa là một bo mạch bổ trợ (AIB) cắm vào một vị trí trên bo mạch chủ của máy tính. Card đồ họa không được tích hợp sẵn vào máy tính mà có thể cắm vào và tháo rời. Một card đồ họa đi kèm với một GPU.

GPU là thành phần chính trên card đồ họa. GPU hoạt động cùng với các thành phần khác như RAM video (VRAM) dành cho bộ nhớ, các cổng (như HDMI hoặc DisplayPort) cùng thành phần làm mát. Tuy nhiên, GPU cũng có thể được tích hợp trực tiếp vào bo mạch chủ hoặc tích hợp dưới dạng chip đa năng cùng với các thành phần khác.