وحدات المعالجة المركزية مقابل وحدات معالجة الرسومات مقابل وحدات معالجة التنسور: فهم المعالجات التي تدعم الحوسبة الحديثة والذكاء الاصطناعي
في عالم اليوم من التكنولوجيا المتقدمة بسرعة، يعد فهم المكونات الأساسية التي تشغل أجهزتنا وتطبيقاتنا أمرًا بالغ الأهمية. تتناول هذه المدونة الاختلافات المعمارية وحالات الاستخدام المثلى لثلاث وحدات معالجة أساسية: وحدات المعالجة المركزية (CPUs)، ووحدات معالجة الرسومات (GPUs)، ووحدات معالجة التنسور (TPUs). تتمتع كل معالج بنقاط قوة فريدة، مما يجعلها مناسبة لمهام مختلفة، من الحوسبة العامة إلى التدريب المعقد لنموذج الذكاء الاصطناعي. من خلال استكشاف خصائصها وتطبيقاتها، يمكننا فهم كيفية اختيار الأداة المناسبة للوظيفة بشكل أفضل في مشهد تكنولوجي معقد بشكل متزايد.
ما هي وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات ووحدات معالجة التنسور؟
-
وحدة المعالجة المركزية (CPU): “دماغ” الكمبيوتر، حيث تتعامل مع مجموعة واسعة من المهام مثل تشغيل التطبيقات وتصفح الويب وإدارة وظائف نظام التشغيل. وحدات المعالجة المركزية متعددة الاستخدامات ويمكنها التبديل بين المهام المختلفة بسرعة.
- تحتوي عادةً على عدد صغير من النوى القوية (2-16).
- ممتازة في المهام المتسلسلة ووقت الاستجابة المنخفض.
- مناسبة للحوسبة العامة وخدمات النظام ومنطق الأعمال.
-
وحدة معالجة الرسومات (GPU): تم تصميم وحدات معالجة الرسومات في الأصل لتقديم الرسومات، وقد تطورت إلى معالجات متوازية قوية قادرة على التعامل مع ملايين العمليات الحسابية في وقت واحد.
- يحتوي على مئات أو آلاف النوى الأبسط.
- محسّنة للعمليات المتوازية، مما يجعلها ممتازة لتكرار نفس الحساب على مجموعات بيانات كبيرة.
- مثالية للألعاب وتحرير الفيديو وتقديم ثلاثي الأبعاد والحوسبة العلمية وتسريع تدريب نموذج التعلم العميق.
-
وحدة معالجة التنسور (TPU): معالج Google المصمم خصيصًا لمهام التعلم الآلي، وخاصةً حسابات الشبكة العصبية. وحدات معالجة التنسور أكثر تخصصًا من وحدات معالجة الرسومات.
- مصممة حول ضرب المصفوفات وعمليات التنسور الأخرى الضرورية لتدريب واستنتاج نموذج الذكاء الاصطناعي.
- فعالة للغاية في تدريب واستنتاج الذكاء الاصطناعي ولكنها تقتصر على أعباء عمل التعلم الآلي.
- متاحة بشكل أساسي من خلال الخدمات المستندة إلى السحابة وليست متاحة للشراء العام للمستهلكين.
الاختلافات المعمارية الرئيسية
- معمارية وحدة المعالجة المركزية: تركز على النوى المعقدة ذات الذاكرة المؤقتة الكبيرة للتعامل مع المهام المتنوعة بسرعة وتقليل وقت الاستجابة لمهمة واحدة.
- معمارية وحدة معالجة الرسومات: معبأة بمئات إلى آلاف من وحدات المنطق الحسابي (ALUs) الأبسط المنظمة في مجموعات، وتتقاسم منطق التحكم والذاكرة المؤقتة لزيادة الإنتاجية إلى أقصى حد في المهام المتوازية.
- معمارية وحدة معالجة التنسور: مبنية حول مصفوفة Systolic - وهي شبكة من وحدات الضرب والتراكم (MAC) التي تنقل البيانات بشكل إيقاعي مباشرة إلى جيرانها. يقلل هذا بشكل كبير من الحاجة إلى الوصول إلى الذاكرة الخارجية، مما يجعل الرياضيات المصفوفية سريعة للغاية وموفرة للطاقة.
متى تستخدم كل معالج
يلخص الجدول التالي متى يتم استخدام كل نوع من أنواع المعالجات:
| مهمة / الاعتبار | وحدة المعالجة المركزية | وحدة معالجة الرسومات | وحدة معالجة التنسور |
|---|---|---|---|
| الحوسبة العامة (نظام التشغيل، التطبيقات) | ممتاز - الافتراضي | ضعيف - مبالغة، غير فعال | غير قابل للاستخدام |
| الألعاب والرسومات في الوقت الفعلي | جيد | ممتاز - ضروري للعرض | غير قابل للاستخدام |
| تحرير الفيديو والعرض ثلاثي الأبعاد | جيد | ممتاز - يسرع العرض | غير قابل للاستخدام |
| تدريب نموذج علم البيانات والتعلم الآلي | لا بأس - نماذج صغيرة | ممتاز - على نطاق واسع | ممتاز/قياسي - قوة العمل للتعلم العميق |
| استنتاج نموذج الذكاء الاصطناعي | لا بأس - نماذج بسيطة | ممتاز - أداء عالي | ممتاز - أعلى إنتاجية وكفاءة |
| الحوسبة عالية الأداء | أساسي - منطق معقد | ممتاز - أجزاء قابلة للتوازي | محدود - رياضيات المصفوفات فقط |
قواعد التجربة
- وحدات المعالجة المركزية: استخدمها للتطبيقات العامة وخدمات النظام ومنطق الأعمال ولوحات التحكم وأحمال عمل ML الصغيرة أو المتوسطة التي تحتاج إلى مرونة عالية.
- وحدات معالجة الرسومات: استخدمها عند الحاجة إلى تسريع قوي للرياضيات المتوازية، خاصة لتدريب وخدمة نماذج التعلم العميق أو تشغيل عمليات محاكاة ثقيلة.
- وحدات معالجة التنسور: استخدمها عند تدريب أو خدمة نماذج التعلم العميق الكبيرة والثقيلة بالمصفوفات على نطاق واسع في البيئات التي يتوفر فيها الوصول إلى TPU ومدعوم جيدًا.
خاتمة
يمثل التطور من وحدات المعالجة المركزية إلى وحدات معالجة الرسومات إلى وحدات معالجة التنسور تخصصًا متزايدًا مصممًا خصيصًا لمتطلبات عصر الذكاء الاصطناعي. في حين أن وحدات المعالجة المركزية تظل ضرورية للمهام ذات الأغراض العامة، فإن وحدات معالجة الرسومات تتفوق في المعالجة المتوازية، ووحدات معالجة التنسور مصممة خصيصًا للعمليات الرياضية في صميم الذكاء الاصطناعي. إن فهم نقاط قوتهم الفردية يسمح لنا باختيار المعالج المناسب للمهمة المطروحة، سواء كان تطوير لعبة فيديو أو الريادة في التطورات في مجال الذكاء الاصطناعي. تذكر أن تقوم بتقييم احتياجاتك الفعلية والترقية بشكل استراتيجي بدلاً من اختيار الخيار الأقوى أو الأغلى ثمناً بشكل أعمى.
المصدر: DZone