Acceleració per maquinari

L'acceleració per maquinari, en el camp informàtic, és la utilització de maquinari especialment dissenyat per a implementar determinades funcions de manera més eficient que executant programari en una CPU (Unitat central de processament) de propòsit general. L'objectiu d'aquesta acceleració és la reducció del temps de latència i l'augmentla de velocitat de processament de dades.

Fig.1 Exemple d'accelerador numèric (intel 387)

Aplicacions

Fig.2 Exemple d'accelerador gràfic en targeta PCI geforce560

Applicació	Accelerador	Acrònim
Pantalles de vusualització : ordinadors, TV...	GPU (Graphic processor Unit)	GPU
Càlcul numèric i processat de dades digitals	DSP (Digital signal processor)	DSP
Processat de senyals analògics	Field-programmable analog array	FPAA
Processat de senyals d'àudio	Natural-language understanding	NLU
Processat de dades en xarxa	Processador de xarxa	NPU i NIC
Criptografia	Processador criptogràfic	-
Intel·ligència artificial Visió per ordinador Xarxes neuronals	AI accelerator Vision processing unit Physical neural network	VPU PNN
Àlgebra Multilineal	Tensor processing unit	TPU
Simulació de variables físiques	Physics processing unit	PPU
Compressió de dades	Accelerador o compressor de dades	-
In-memory processing	Network on a chip and Systolic array	NoC

Visió general

L'acceleració per maquinari es fa servir des de fa molt en aplicacions amb una gran càrrega de gràfics, com per exemple, programes CAD, de disseny 3D o en videojocs. El que passa és que ara altres programes que al principi no treballen tant amb gràfics, com els navegadors o reproductors de vídeo, també s'estan aprofitant d'aquesta característica.

Acceleració per maquinari i programari

La diferència que hi ha entre cadascuna d'elles és que, quan parlem d'una acceleració per programari, cada una de les dades que gestiona el processador són realitzats un a un de manera seqüencial, o millor dit un darrere de l'altre.

D'això que quan es parla d'una acceleració gràfica per maquinari, aquests processos venen a ser més ràpids i eficients a causa que l'anàlisi d'informació es realitza per blocs o sèrie de dades, obtenint-se d'aquesta manera una velocitat significativament més ràpida que el procés anterior.

Ús d'acceleració per maquinari

L'acceleració del maquinari es pot utilitzar en molts àmbits, alguns casos d'ús populars són:

Les targetes de so es poden utilitzar per acceleració de maquinari per permetre la reproducció i la gravació de so de major qualitat.

Les targetes gràfiques poden ser utilitzades per acceleració de maquinari per permetre una reproducció més ràpida i de major qualitat de pel·lícules, vídeos i jocs. També són millors en física i càlculs matemàtics ràpids que una CPU.

Tot i així, es aplicable a totes les tasques que es desconnectin d'alguna cosa que no sigui la CPU.

Avantatges

La CPU és una unitat de processament general, està preparada per a operacions matemàtiques i lògiques perquè amb ella puguem realitzar gairebé qualsevol tasca a una velocitat més que suficient. El problema ve quan ens fiquem en programes amb una càrrega gràfica molt gran, com poden ser videojocs o programes de disseny 3D. Aquests programes estan contínuament processant formes i textures, i fer-ho per mitjà de la CPU no sol ser molt bona idea, ja que no està específicament dissenyada per a aquestes tasques. Per això hi ha la GPU, que aporta diversos avantatges.

La primera i més evident: que tenim un processador més. A més, aquest processador està específicament dissenyat per treballar amb gràfics, amb funcions específiques i una arquitectura molt basada en el processament en paral·lel. En poques paraules, amb l'acceleració per GPU el que fem és treure treball a la CPU i donar-lo a la GPU, que ho farà més ràpid i millor.