Riistvaraline kiirendamine

Riistvaraline kiirendamine (inglise keeles hardware acceleration) on arvutitehnika valdkonnas kasutatav meetod teatud arvutusoperatsioonide kiiremaks ja tõhusamaks täitmiseks spetsiaalse riistvara abil. See annab parema jõudluse ja efektiivsuse paljudes operatsioonides. Enamikku operatsioone saab täita keskprotsessoril (CPU-l), kuid see võib olla aeglane ja ebaefektiivne. Mõningaid operatsioone saab teha oluliselt kiiremini ja efektiivsemalt spetsiaalse riistvara abil.

Sun-crypto-accelerator-1000, mille abil saab kiirendada krüptograafilisi operatsioone

Digitaalarvutite maailmas on protsessorei alates üldotstarbelistest protsessoritest täielikult kohandatud riistvarani. Üldotstarbeline protsessor pakub tavaliselt kasutajale lihtsamat ja kasutajasõbralikumat kogemust tänu laiemale ühilduvusele ja tarkvaratoele. Ent samal ajal võib see kaasa tuua halvema tõhususe ja arvutusvõime võrreldes spetsialiseeritud või kohandatud lahendustega. Kasutajad peavad tasakaalustama mugavuse ja jõudluse vahel, valides vastavalt oma vajadustele ja eesmärkidele sobiva protsessori.

Enamik arvuteid kasutab riistvaralist kiirendamist mingil moel. Personaalarvutites on CPU enamiku protsesside jaoks ja graafikaprotsessor (GPU) pildi näitamiseks.

Riistvaralise kiirendamise kasutus

Graafikaprotsessor Nvidia 6600GT graafikakaardi sees

Graafikaprotsessor

Graphics Processing Unit, lühend GPU

Graafikaprotsessor oli algselt disainitud 2D- ja 3D-graafika näitamiseks ja kiirendamiseks, praegu kasutatakse neid ka mujal. Neid kasutatakse suurte koguste andmete paralleelselt arvutamiseks (nagu piksel ekraanil või tehisnärvivõrgu vektorite korrutamine). Moodsa GPU-ga saab teha miljardeid arvutusi silmapilguga. Kuna kõik kasutajad ei vaja suure võimsusega GPU-d, pannakse vahel GPU samale kiibile kui CPU. Seda tehakse, et hoida kokku ruumi, hinda ja energiat. Sellist lahendust kasutatakse paljudes pesronaalarvutites, mis on mõeldud veebis surfamiseks või tekstidokumentidega töötamiseks.

Graafikaprotsessorit kasutatakse arvutigraafikaks, tehisnärvivõrkude arvutamiseks, krüptoraha kaevandamiseks, isesõitvate autode juhtimiseks.

Põhilised tootjad: NVIDEA, INTEL, AMD,

Altera Stratix IV FPGA

Programmeeritav ventiilmaatriks

Field-Programmable Gate Array, lühend FPGA

Integraallülitus, mille konfiguratsiooni saab programmeerija muuta. Need on head uute lahenduste testimiseks, kuna saab riistvara tasemel vigu parandada. Neil on hea paralleelarvutusvõime. Kasutatakse signaali töötlemiseks, krüptograafiaks ja tehisnärvivõrkude arvutamises.

Rakendusspetsiifiline integraallülitus

ASIC Etherneti kommutaatoris

Application Specific Integrated Circuit, lühend ASIC

Need on kindla eesmärgiga integraallülitused. Tegemist on keerulise loogikaahelatega, mis võivad sisaldada üle 100 miljoni loogikavärava. Võrreldes FPGA-ga on ASIC parema efektiivsusega ja neid on odavam masstoota, kuid on raskem arendada. Vigade korral tuleb kogu lülituse tootmistegevus uuesti läbi teha. Rakendusspetsiifilisi integraallülitusi ei saa uuendada peale tootmist, see tähendab, et neid ei saa kasutada kohtades, kus on tihti vaja algoritme muuta.

Neid kasutatakse paljudes valdkondades: kommunikatsioon, krüptograafia, meditsiin, robootika, tarbeelektroonika.

Google Tensor Processing Unit 3.0 AI kiirendamiseks

AI kiirendi

AI Accelerator, Deep Learning Processor, Neural Processing Unit, lühend NPU

NPU on protsessor, mis on disainitud tehisintellekti ja masinõppe lahenduste kiirendamiseks. Need on disainitud tegema arvutusi, mida on vaja tehisnärvivõrkude arvutamiseks (põhiliselt paralleelsed tehted maatriksitega). AI kiirendit saab kasutada näiteks pildituvastamiseks, keelegenereerimiseks ja muudeks tehisaru arvutusteks. AI kiirendite asemel saab kasutada ka graafikaprotsessoreid. AI kiirendeid kasutatakse ka telefonides pilditöötluseks, näotuvastamiseks, kõnetuvastamiseks.

DSP kiip elektrikitarri efektipedaalis

Digitaalne signaaliprotsessor

Digital Signal Processor, lühend DSP

DSP on mikrokontroller, mis töötleb signaale. DSP võimaldab töödelda analoogsignaale digitaalselt. Signaaliprotsessor muundab signaale analoog-digitaalmuundur (ADC) ja digitaal-analoogmuundur (DAC) abil. DSP võimaldab teha signaalitöötlemise operatsioone, mida analoogkujul on raske või võimatu teha. DSP-sid kasutatakse erinevates rakendustes nagu digitaalne pilditöötlus, telekommunikatsioon, helitöötlus, kõnetuvastussüsteemid, sonar, radar, jne.

Krüptoprotsessor

Cryptoprocessor

TPM kiip Asus P5Q PREMIUM emaplaadi küljes

Krüptoprotsessor on arvuti-kiip või mikrokontroller, mis on mõeldud krüptograafiliste operatsioonide tegemiseks. Funktsioonide hulka kuuluvad sellised asjad nagu krüpteerimisalgoritmide kiirendamine, täiustatud võltsimine ja sissetungimise tuvastamine, täiustatud andmed, võtmekaitse ja turvalisuse suurendamine mälule ja I/O-le. Selliseid protsessoreid kasutatakse paljudes serverites, kus süsteemikoormus koosneb suures osas krüptograafilistest operatsioonidest. Tänapäeval on see tehnoloogia ka personaalarvutites. Näiteks windows 11 installeerimiseks on vaja TPM versioon 2.0 mikrokontrollerit.