Τι είναι το εξειδικευμένο σύστημα επεξεργασίας με παράδειγμα;

Ένα εξειδικευμένο σύστημα επεξεργασίας είναι ένα σύστημα υπολογιστών ή ένα μέρος ενός μεγαλύτερου συστήματος σχεδιασμένου και βελτιστοποιημένου για την εκτέλεση μιας συγκεκριμένης εργασίας ή σε σύνολο στενά συνδεδεμένων εργασιών εξαιρετικά αποτελεσματικά. Είναι χτισμένο με υλικό και λογισμικό προσαρμοσμένο σε αυτή τη θέση, συχνά θυσιάζοντας τις δυνατότητες γενικής χρήσης για ανώτερες επιδόσεις στον τομέα της εμπειρογνωμοσύνης του.

Ακολουθούν μερικά παραδείγματα με εξηγήσεις:

* Μονάδα επεξεργασίας γραφικών (GPU): Αυτό είναι ένα κλασικό παράδειγμα. Οι GPU είναι μαζικά παράλληλοι επεξεργαστές βελτιστοποιημένοι για τον χειρισμό και μεταβολή της μνήμης για να επιταχύνουν τη δημιουργία εικόνων σε ένα buffer πλαισίου που προορίζεται για έξοδο σε μια συσκευή οθόνης. Ενώ μπορούν * να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό γενικής χρήσης (GPGPU), η πρωταρχική τους δύναμη και ο σχεδιασμός τους βρίσκονται στην επιτάχυνση της απόδοσης γραφικών, την κωδικοποίηση/αποκωδικοποίηση βίντεο και άλλα υπολογιστικά εντατικά οπτικά καθήκοντα. Εκφράζουν σε καθήκοντα που μπορούν να κατανεμηθούν σε πολλές ανεξάρτητες παράλληλες επιχειρήσεις.

* Πυροβόληση πύλης (FPGA): Τα FPGA είναι τσιπ που μπορούν να αναδιαμορφωθούν μετά την κατασκευή. Η αρχιτεκτονική τους επιτρέπει στους σχεδιαστές να δημιουργούν προσαρμοσμένα κυκλώματα υλικού προσαρμοσμένα σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή, οδηγώντας σε εξαιρετικά βελτιστοποιημένη απόδοση για εργασίες όπως η επεξεργασία σήματος (π.χ. σε τηλεπικοινωνίες ή ραντάρ), δικτύωση δεδομένων υψηλής ταχύτητας και κρυπτογραφία. Ένα FPGA για επεξεργασία εικόνας θα ήταν πολύ διαφορετικό από ένα σχεδιασμένο για οικονομική μοντελοποίηση.

* Ειδικό ενσωματωμένο κύκλωμα εφαρμογής (ASIC): Αυτά είναι μάρκες σχεδιασμένα για μια ενιαία, πολύ συγκεκριμένη λειτουργία. Μόλις σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα ASIC, η λειτουργία του είναι σταθερή. Προσφέρουν την υψηλότερη δυνατή απόδοση και αποτελεσματικότητα για την εφαρμογή -στόχο τους, αλλά δεν είναι ευέλικτες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν το Bitcoin Mining ASICS (βελτιστοποιημένο για τον αλγόριθμο κρυπτογραφικού κατακερματισμού Sha-256) ή προσαρμοσμένα τσιπ μέσα σε ένα smartphone σχεδιασμένο ειδικά για επεξεργασία εικόνων ή επιτάχυνση AI.

* Επεξεργαστής ψηφιακού σήματος (DSP): Τα DSP είναι μικροεπεξεργαστές βελτιστοποιημένα για την εκτέλεση μαθηματικών υπολογισμών σε ψηφιακά σήματα, όπως δεδομένα ήχου, βίντεο και αισθητήρων. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές που απαιτούν επεξεργασία σήματος σε πραγματικό χρόνο, όπως κωδικοποιητές ήχου σε smartphones, ακύρωση θορύβου σε ακουστικά και συστήματα ψηφιακού ελέγχου.

* Διεπαφή δικτύου (NIC) με εξειδικευμένες δυνατότητες εκφόρτωσης: Ένα πρότυπο NIC μετακινεί δεδομένα μεταξύ ενός υπολογιστή και ενός δικτύου. Ωστόσο, ορισμένα NICs έχουν εξειδικευμένο υλικό για εργασίες όπως η εκφόρτωση TCP/IP (πρωτόκολλα επεξεργασίας δικτύου στο επίπεδο υλικού), η εκφόρτωση ISCSI (για δικτύωση αποθήκευσης) ή ακόμη και κρυπτογράφηση/αποκρυπτογράφηση. Αυτή η επεξεργασία εκφόρτωσης από την CPU, βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση του δικτύου.

Το βασικό χαρακτηριστικό όλων αυτών των παραδειγμάτων είναι η εξειδίκευση τους. Δεν είναι υπολογιστές γενικής χρήσης. Εκφράζουν τον συγκεκριμένο τομέα τους, θυσιάζοντας την ευελιξία και ενδεχομένως κάποια γενικότητα. Αυτός ο επικεντρωμένος σχεδιασμός επιτρέπει την ανώτερη απόδοση, την απόδοση ενέργειας ή το χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με τη χρήση ενός επεξεργαστή γενικής χρήσης για την εκτέλεση της ίδιας εργασίας.