O que é uma GPU e como ela ajuda a executar jogos de alta gráfica?

1 semana ago
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Nós percorremos um longo caminho em termos de gráficos quando se trata de jogos. Os videogames de hoje são da mais alta qualidade gráfica da história. Eles são tão realistas que até os detalhes dados a um fio de cabelo ou a uma folha de grama são extremamente claros em sua aparência realista. A questão é: como passamos de jogos fortemente pixelados para jogos realistas e hiper-realistas? A resposta para isso está na GPU ( Graphical Processing Unit ) do seu console de jogos.

Trabalhando em uma GPU

Uma Unidade de Processamento Gráfico é um processador que é normalmente usado para processar problemas matemáticos e geométricos. Uma GPU recebe uma carga de trabalho especializada e a executa de maneira muito mais eficiente. A maioria das GPUs trabalha na arquitetura CUDA , projetada pela empresa NVIDIA . A forma completa de CUDA é  Compute Unified Device Architecture .

CUDA é a arquitetura de computação paralela criada pela NVIDIA. Computação Paralela é o processo de realizar cálculos paralelos ao mesmo tempo. Problemas significativos são divididos em problemas menores e computados simultaneamente. Para entender como esses problemas são resolvidos, precisamos saber o que o núcleo de qualquer unidade de processamento faz. Embora a definição de “núcleos” possa variar, o significado de um núcleo quando se trata de um processador é uma unidade que recebe um conjunto de instruções e realiza cálculos com base nessas instruções. O núcleo CUDA presente dentro da GPU consiste em minúsculos sub-núcleos que quebram um problema de computação paralelo em unidades menores e são resolvidos simultaneamente por todos os pequenos sub-núcleos.

Diferença entre uma CPU e GPU

Uma analogia básica pode ser feita para entender a diferença fundamental entre a CPU e a GPU. Uma CPU pode ser considerada como um canivete suíço, enquanto uma GPU é mais uma faca cirúrgica. Uma CPU é muito útil para realizar aplicações multiuso, como música, filmes, computação, planilhas e até mesmo um pouco de jogos que não são muito exigentes graficamente.

Agora, se nos aprofundarmos em detalhes mais detalhados, eles diferem principalmente em seu método de execução de micro-arquitetura e instrução.

Se quisermos entender como a microarquitetura difere, também precisaremos saber sobre alguns dos componentes presentes dentro deles. O primeiro deles é a  ULA, também conhecida como Unidade Lógica Aritmética,  responsável pelos processos de computação. A Unidade de Controle  é responsável pela operação do processador, pois informa à memória e à ALU como executar as instruções. O Cache é um tipo de memória que armazena dados em uma fila para a CPU, o que ajuda a evitar qualquer perda de tempo que a CPU levaria para acessar esses dados a partir da memória principal. A memória dinâmica de acesso aleatório(DRAM ) é um tipo de RAM que ajuda o processador a acessar aleatoriamente os tipos de memória, em vez de fazê-lo partir de um ponto inicial.

Agora que entendemos as diferentes partes de uma CPU e GPU, podemos ver que a quantidade de ALUs ou núcleos é muito menor em uma CPU do que em uma GPU. Isso ocorre porque os núcleos centrais de uma CPU lidam com programas diferentes simultaneamente. A GPU tem muitos núcleos menores, mas cada um trabalha em uma parte menor do mesmo problema em paralelo. A CPU pode ser resumida como tendo uma densidade de computação menor para um problema em comparação com a GPU.

cpmuting serial

CPU’s tem maiores memórias cache do que uma GPU. Isso ocorre porque eles precisam de mais memória para colocar em fila as instruções para execução, já que possuem um número menor de núcleos. As GPUs têm menos memória cache, pois possuem um número mais significativo de núcleos para lidar com um grande número de execuções de instruções simultaneamente. O método de desempenho em uma CPU é mais serial, enquanto o processo de implementação em uma GPU é mais paralelo.

GPU e CPU EM JOGOS

Agora que conhecemos a arquitetura da CPU e da GPU, vamos ver como a GPU e o CPU funcionam nos jogos. Se considerássemos um modelo 3D, a GPU seria responsável pela forma, cor e textura do modelo. A maneira como a GPU faz isso é dividir todas as superfícies complexas em triângulos. Cada triângulo de dados específicos é manipulado por um sub-núcleo específico da GPU. Agora, uma CPU não seria capaz de realizar essa operação devido à sua abordagem serial ao renderizar uma imagem 3D. Não seria possível trabalhar em todos os pontos de uma imagem de uma só vez.

A GPU faz o trabalho artístico do jogo, mas a CPU faz o trabalho organizacional em um jogo. A CPU é responsável por manter as regras do jogo. Para dar um exemplo disso, se estivéssemos jogando um jogo de tiro, a CPU é responsável por calcular um fator conhecido como hitbox. O hitbox é a demarcação regional controlando quais efeitos seriam produzidos se o marcador atingisse uma região específica.

Podemos dizer com segurança que, sem a imensa potência que a GPU oferece em relação à melhoria da qualidade gráfica, seria difícil imaginar os jogos intensivos altamente gráficos de hoje. Melhorias constantes nas GPUs são feitas todos os anos para levar os jogos a níveis de gráficos ainda mais realistas!

Referências:

  1. NVIDIA
  2. Como as coisas funcionam
  3. maketecheasier
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