Железо цифровой экономики: почему дата-сайентистам нравятся видеокарты?

С момента своего появления в семидесятых годах прошлого века и до недавнего времени, целью существования и стимулом к развитию для графических ускорителей были игры. Разработчики стремились создавать всё более совершенные устройства, благодаря которым компьютерное изображение станет привлекательнее для игроков.

И у них получалось. Акселераторы графики на компьютерах позволяли играть во всё более красивые и реалистичные игры. Пользователи вдохновлялись обещаниями производителей и с нетерпением ждали новых моделей графических карт, в которых будут реализованы еще более совершенные способы сделать картинку лучше.

Интерес игроков подталкивал к росту весь рынок компьютерной техники — не только в сегменте персональных компьютеров, но и в части игровых приставок. Расцветала и индустрия игр: возможности, которые давали мощные ускорители графики, позволяли создавать всё более сложные, красочные и увлекательные миры, что привлекало новых пользователей-игроков, которые приносили деньги, которые в свою очередь, стимулировали разработчиков к улучшению техники.

Весь этот процесс продолжался почти без сбоев приблизительно до начала десятых годов нашего века, когда обнаружилось, что для хороших игр не обязательно приобретать отдельные устройства — достаточно тех, которые всегда под рукой. Растущий и процветающий рынок смартфонов показал, что для большого числа пользователей возможность поиграть в любое время и в любом месте важнее сверхпоказателей графики и обширных игровых миров.

Тем более, что аппаратная часть мобильных устройств тоже активно совершенствовалась, в них тоже работали графические ускорители, которые приближали качество картинки к совершенству. Конечно, полноценной конкуренции мощным видеокартам встроенные в смартфоны графические процессоры составить не могли. Но мобильные возможности оказались важнее.

К счастью для производителей, вместе с уходом части пользователей в мобильные игры, у видеокарт нашлись другие потребители — с более серьезными задачами, с требованиями, которые, как оказалось, очень хорошо удовлетворяют игровые устройства. Пришла эпоха параллельных вычислений, подстегнутая расцветом технологий больших данных и искусственного интеллекта.

Почему же так получилось? Как видеокарты, которые всю свою историю совершенствовались лишь для того, чтобы более реалистично изображать рябь на поверхности воды, отблески закатного солнца сквозь листву деревьев и текстуру волос у персонажей квестов, стали так востребованы у создателей серьезных систем анализа речи, автономного движения и распознавания лиц?

Для ответа на это вопрос стоит вспомнить причину возникновения графических процессоров, как отдельных устройств — отдельных от центральных процессоров — главных вычислительных блоков компьютеров. И причина состояла в следующем: принцип работы центральных процессоров состоит в том, что все операции в них поступают в обработку последовательно — одна за другой.

Операций этих в недрах компьютера выполняется очень много: обращения к памяти, запись данных, получение и передача информации по шинам и т.д. Как бы ни был быстр и совершенен центральный процессор, все остальные устройства, которыми он управляет, всегда ждут своей очереди. Разработчики графических процессоров поняли, что можно освободить центральный процессор от выполнения многочисленных, ресурсоёмких и довольно однообразных операций, благодаря которым на экране дисплея отображается графика.

Такое разделение пошло на пользу всем системам компьютера: центральный процессор получил дополнительное время для выполнения всех остальных операций, а графический, спроектированный специально для того, чтобы обрабатывать сразу много похожих данных, получил в своё распоряжение собственную память, шину и отдельные инструкции работы. Этих инструкций было меньше, чем у центрального процессора, и это позволяло их с успехом совершенствовать и оптимизировать.

К моменту, когда дата-сайентисты и майнеры криптовалют обратили внимание на вычислительную мощь видеокарт, эти устройства обладали внушительными способностями обработки многочисленных плотных потоков данных одновременно — то есть способностями к параллельным вычислениям.

Интерес со стороны столь серьёзной отрасли к устройствам, чье назначение всегда было развлекательным, заставил производителей пересмотреть линейки продукции и обратиться к ранее нетронутому сегменту рынка: появились графические ускорители не для графики. О самых мощных GPU, выпускаемых сегодня, будет рассказано в следующей статье.

Изображение: Newegg.com