Procesadores gráficos

Tecnológico de Costa Rica Escuela de Computación Arquitectura de Computadores Kirstein Gätjens Soto

Juan José Rojas Valverde 200813008

Procesadores Gráficos
La Unidad de Procesamiento Gráfico La Unidad de Procesamiento Gráfico o GPU (Graphics Processing Unit) es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del procesador central enaplicaciones como los videojuegos y/o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras gran parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como por ejemplo, en el caso de los videojuegos, los cálculos mecánicos). Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para el procesamiento gráfico. Una delas primitivas más comunes para el procesamiento gráfico en 3D es el antialiasing, que suaviza los bordes de las figuras para darles un aspecto más realista. Además existen primitivas para dibujar rectángulos, triángulos, círculos y arcos. Las GPU actualmente disponen de gran cantidad de primitivas, buscando mayor realismo en los efectos. Historia de la GPU Las modernas GPU son descendientes de loschips gráficos monolíticos de finales de la década de 1970 y 1980. Estos chips tenían soporte BitBLT limitado en la forma de sprites (si es que tenían dicho soporte del todo), y usualmente no tenían soporte para dibujo de figuras. Algunos GPU podían ejecutar varias operaciones en una lista de "display" y podían usar DMA para reducir la carga en el procesador anfitrión; un ejemplo es elcoprocesador ANTIC usado en el Atari 800 y el Atari 5200. Hacia finales de los 80 y principios de los 90, microprocesadores de propósito general de alta velocidad fueron muy populares para implementar los GPUs más avanzados. Muchas tarjetas gráficas para PCs y Estaciones de Trabajo usaban Procesadores Digitales de Señales (DSP) tales como la serie TMS340 de Texas Instruments, para implementar funciones dedibujo rápidas y muchas impresoras laser contenían un procesador de barrido de imágenes "PostScript" (un caso especial de GPU) corriendo en un procesador RISC como el AMD 29000. Conforme la tecnología de proceso de semiconductores fue mejorando, eventualmente fue posible mover las funciones de dibujo y las BitBLT a la misma placa y posteriormente al mismo chip a manera de un controlador de bufferde frames, tal como VGA. Estos aceleradores gráficos de 2D "reducidos" no eran tan flexibles como los basados en microprocesadores, pero eran mucho más fáciles de hacer y vender. La Commodore AMIGA fue la primera computadora de producción en masa que incluía una unidad blitter y el sistema gráfico IBM 8514 fue una de las primeras tarjetas de video para PC en implementar primitivas 2D en hardware.Diferencias entre la GPU y la CPU Si bien en un computador genérico no es posible reemplazar la CPU por una GPU, hoy en día las GPU son muy potentes y pueden incluso superar la frecuencia de reloj de una CPU antigua (más de 500MHz). Pero la potencia de las GPU y su dramático ritmo de desarrollo reciente se deben a dos factores diferentes. El primer factor es la alta especialización de las GPU, yaque al estar pensadas para desarrollar una sola tarea, es posible dedicar más silicio en su diseño para llevar a cabo esa 1

tarea más eficientemente. Por ejemplo, las GPU actuales están optimizadas para cálculo con valores en coma flotante, predominantes en los gráficos 3D. Por otro lado, muchas aplicaciones gráficas conllevan un alto grado de paralelismo inherente, al ser sus unidadesfundamentales de cálculo (vértices y píxeles) completamente independientes. Por tanto, es una buena estrategia usar la fuerza bruta en las GPU para completar más cálculos en el mismo tiempo. Los modelos actuales de GPU suelen tener una media docena de procesadores de vértices (que ejecutan Vertex Shaders), y hasta dos o tres veces más procesadores de fragmentos o píxeles. De este modo, una frecuencia de...