Компьютеры с графическим процессором: разновидности, задачи и функции

Графический процессор был частью вычислительной обработки данных с тех самых пор, как первый пиксель появился на дисплее. Тем не менее, первоначальная функция встроенных графических процессоров существенно изменилась.

В этой статье дается всестороннее описание этого критически важного компонента, который дает возможность развивать технологии искусственного интеллекта, машинного зрения и целого ряда других компьютерных решений будущего. Мы попытаемся кратко рассказать о том, что такое графический процессор, почему он важен, как он используется в промышленных компьютерах и какие есть варианты графических процессоров.

Определение: Что такое графический процессор?

Графический процессор (GPU) - это аппаратный компонент, который получает команды для визуального отображения и выводит их на экран.

Согласно определению компании Intel, графические процессоры предназначены для параллельной обработки и используются для широкого спектра задач, включая графику и рендеринг видео, хотя наиболее известны графические процессоры благодаря использованию в играх. Графические процессоры становятся все более популярными для использования на производстве и в технологиях искусственного интеллекта (ИИ).

Графические процессоры становятся все совершеннее, и сегодня их применяют не только для видеоигр и 3D-моделирования, но и для обучения нейросетей и машинного зрения — все это возможно благодаря параллельной обработке с одновременным выполнением множества вычислений.

Краткая история графических процессоров

Для точности понимания необходимо отметить, что компьютер, выводящий изображения на экран, обязательно оснащен графическим процессором. Существует два основных типа графических процессоров. Базовые графические процессоры встроены в центральные процессоры и подходят для домашних и офисных ПК. Нас же интересуют мощные процессоры, лежащие в основе дискретных видеокарт.

Термин «графический процессор» возник в 1999 году, когда компания NVIDIA выпустила «первый в мире графический процессор» — GeForce 256. Изначально графические процессоры предназначались для обработки графики, однако сегодня список областей применения данного компонента стал значительно шире: все, что подразумевает математическую обработку больших объемов, численных данных.

Итак, изначально графические процессоры предназначались для рендеринга графики видеоигр, однако их стали применять и для решения других задач. Долгое время разработчики пытались «разогнать» центральные процессоры. Так почему все внимание досталось графическим процессорам?

Для чего нужен графический процессор?

Графический процессор — математический гений. Он очень быстро обрабатывает числа и выполняет множество математических операций.

В то время как центральный процессор отвечает за выполнение общих задач, например, доступ к памяти или жестким дискам компьютера, графические процессоры имеют более специализированный функционал.

В основе работы GPU лежит параллельность вычислений: вместо последовательного выполнения функций центральным процессором с 18-ю ядрами, все математические задачи ложатся на графический процессор с сотнями и даже тысячами параллельно работающих ядер.

Роль графического процессора в визуальной обработке

Графический процессор играет крайне важную роль в создании поразительных трехмерных миров в видеоиграх. Теперь такая вычислительная мощность связывает компьютеры и реальный мир, предоставляя им «зрение», с помощью которого они могут принимать решения на основе визуальных входных сигналов.

Во время вспышки COVID-19 автоматизированные тепловизионные системы на базе Cincoze GM-1000 с помощью машинного зрения обнаруживали людей без масок или с повышенной температурой тела, что помогло оптимизировать процесс контроля за распространением вируса.

Обработка визуальных данных — ключевая функция графического процессора, и именно она отличает компьютеры с графическим процессором от обычных компьютеров. Разумеется, в какой-то степени обрабатывать визуальные данные может любой компьютер с камерой. Тем не менее, такой компьютер можно сравнить с близоруким водителем без очков, передвигающимся через туман на автомобиле с запотевшими окнами: дорога до конечной точки займет очень много времени. Графический процессор — это гонщик Формулы-1 с острым зрением и невероятной реакцией, рассматривающий каждый входной сигнал максимально пристально и действующий на основе такого сигнала.

От такого действия и зависит качество «зрения». Так как же это связано с промышленностью?

Что такое промышленный компьютер с графическим процессором?

Промышленный компьютер с графическим процессором похож на обычный компьютер, однако он сконструирован для работы в суровых условиях производства. К его основным особенностям относятся надежность конструкции, наличие резервных составляющих, ударо- и вибростойкость, пассивная система охлаждения, широкий диапазон рабочих температур, а также защита от статического электричества, воды и пыли.

Промышленный компьютер с графическим процессором отличает наличие как минимум одного разъёма для графического процессора: разъёма PCIe x16 в обычных компьютерах или мобильного модуля на шине PCI Express (MXM) в промышленных встраиваемых системах.

Графический процессор нагружает систему: он выделяет тепло, и для охлаждения системы необходимы дополнительные инженерные решения. Кроме того, графические процессоры увеличивают энергопотребление системы (именно отсюда и возникает тепло), а значит, источник питания системы должен иметь достаточную мощность.

Для установки как полноразмерного, так и мобильного графического процессора требуется достаточно пространства в корпусе системы. Как правило, графические процессоры применяют в критически важных системах, и их бесперебойная работа играет особенно важную роль. Кроме того, обслуживающий персонал должен предвидеть потенциальные неисправности и своевременно принимать меры по их устранению.

К основным особенностям промышленных компьютеров с графическим процессором относятся:

• Отсутствие кабелей и перемычек: такие компьютеры выполнены с использованием альтернативных и более надежных соединений. Отсутствие болтающихся кабелей и перемычек предотвращает возможные перебои в условиях сильных ударов и вибрации.
• Выполненный методом экструзии алюминиевый корпус-радиатор: онотводит тепло от внутренних компонентов системы и перенаправляет его в окружающую среду.
• Вибро- и ударостойкость: надежность защиты складывается из множества факторов: механической конструкции, использования резиновых прокладок, а также отсутствия кабелей и перемычек. Для начала будет достаточно класса вибростойкости 5/50 Grms, однако современные промышленные компьютеры выполняются в соответствии с требованиями американских военных стандартов, например, MIL-STD-810G.
• Пассивная вентиляция: стандартные высокопроизводительные промышленные компьютеры с графическим процессором выделяют много тепла, для компенсации которого требуются вентиляторы. Современные графические процессоры с низким энергопотреблением работают так, что все тепло перенаправляется в окружающую среду без активной системы охлаждения, а значит, в них отсутствует основной источник поломок.
• Широкий диапазон температур эксплуатации: от –40 ℃ до +70 ℃. Как правило, такого диапазона достаточно для промышленного применения, ведь температура промышленных объектов поддерживается в рамках этого, а зачастую и более узкого диапазона.

 Рис. 2. Отличительная особенность GP-3000 - пыленепроницаемые внешние вентиляторы, расположенные на обеих сторонах шасси, эффективно рассеивают тепло даже в сильно запыленных помещениях.

• защита от статического электричества, избыточного тока и перенапряжения гарантирует защиту системы от повреждений электрическими аномалиями, присущими промышленным условиям эксплуатации. Система может выйти из строя, однако такие случаи очень редки. Кроме того, она перезапускается всего за 0,2 секунды, а значит время простоя сводится к минимуму. Компьютер работает при напряжении от 9 до 48 В пост. тока, а значит его можно применять даже в условиях колебаний напряжения в электросети;
• удобство технического обслуживания: устранить неисправности может любой персонал на объекте. Никто не хочет тратить время на ожидание специалиста, пока оборудование стоит без дела. Удобный и понятный дизайн корпуса позволяет получить доступ даже к скрытым элементам: параметрам питания AT/ATX, SIM-карте и отсеку SATA 2.5” для замены в «горячем» режиме. Наконец, благодаря модульной конструкции системы ее легко расширить и добавить дополнительные порты PoE, LAN и другие интерфейсы ввода/вывода, например, при помощи модулей CMI и CFM, работающих по принципу plug-and-play;
• Различные промышленные сертификации задают высочайшие стандарты качества оборудования и упрощают его выбор. К ним относятся железнодорожный стандарт EN 50155, автомобильный сертификат E-mark и изданный Министерством обороны США стандарт MIL-STD-810G. При наличии множества стандартов качества, применимых для той или иной отрасли, устройство должно отвечать каждому из них.

Скоро мы расскажем об областях применения промышленных компьютеров с графическим процессором, но сначала давайте посмотрим, какие варианты компьютеров существуют.

Стирая границы: серверы, защищенные компьютеры и встроенные графические процессоры

Отличить компьютер одного типа от другого становится все сложнее. Раньше потребители знали, что существуют настольные ПК и ноутбуки: одни можно переносить, а другие нет. Сегодня компьютеры разных типов все больше похожи друг на друга: например, планшеты со съемными клавиатурами и ноутбуки-трансформеры имеют больше сходств, чем различий.

Такую же ситуацию можно наблюдать и в сфере промышленных компьютеров. Мы разделим их на три больших категории.

Компьютеры с графическим процессором для обучения систем искусственного интеллекта: такие компьютеры устанавливают в серверной, где максимальная производительность зависит от очень строгого диапазона температур. Компьютеры этой категории значительно отличаются от компьютеров двух других категорий, поскольку они предназначены для обучения моделей, которые будут использованы на компьютерах, которые установлены непосредственно на объектах.

Защищенные промышленные компьютеры с графическим процессором: компьютеры стандартного размера, защищенность корпуса которого отвечает промышленным требованиям. Их используют прямо на объектах, где нет места для серверных. И хотя размер таких компьютеров относительно велик, они значительно меньше компьютеров, которые устанавливаются в серверную стойку. Пример такого компьютера — промышленный компьютер с графическим процессором Cincoze GP-3000.

Рис. 4. Мощные вычисления на графическом процессоре становятся основой интенсивных параллельных вычислений. Компьютер Cincoze GP-3000 работает на процессоре Intel Xeon, обеспечивает высокую вычислительную мощность и поддерживает до двух передовых полноразмерных (до 328 мм) графических карт с потреблением 250 Вт, при этом общее энергопотребление системы составляет 720 Вт.

Встраиваемые промышленные компьютеры с графическим процессором применяют в условиях ограниченного пространства. Такие компьютеры занимают меньше места и имеют пассивную систему вентиляции, при этом их мощность уступает мощности компьютеров двух других категорий. Как правило, их оснащают только мобильными процессорами, например, модулем на шине PCI Express (MXM). Примером такого компьютера является встраиваемый компьютер с графическим процессором GM-1000.

Наибольшая схожесть наблюдается между промышленными компьютерами и встраиваемыми компьютерами: промышленные компьютеры достаточно малы, а встраиваемые компьютеры применяют в самых маленьких системах. Ознакомьтесь с полным ассортиментом промышленных компьютеров Cincoze с графическим процессором.

Итак, мы обозначили общие требования, предъявляемые к тем или иным типам компьютеров. Так где же применяют промышленные компьютеры с графическим процессором?

Какие задачи выполняют промышленные компьютеры с графическим процессором?

Дадим общий ответ: такие компьютеры применяют в областях, где требуется визуальный контроль. Стоит отметить, что компьютер, в отличие от человека, имеет идеальное зрение, а его глаза не устают от длительной работы.

Рис. 5. Защищенные промышленные компьютеры с графическим процессором ускоряют цифровую трансформацию и становятся важным ресурсом во множестве областей: машинном зрении, граничных вычислениях, наблюдении за трафиком, умном управлении, глубоком обучении и других областях, требующих интенсивных параллельных вычислений и эффективной обработки данных.

Приведем несколько примеров.

Машинное зрение
Машинное зрение позволяет компьютеру «видеть»: например, камера смотрит на объекты (как правило, на производственной линии), а компьютер принимает решение на основе «увиденного». Сюда относятся и автоматизированный оптический контроль, и автоматизированная сортировка, и роботы-манипуляторы с визуальным управлением. В силу ограниченного пространства в таких областях рекомендуется применять встраиваемые системы малого размера.

Транспорт
Применение компьютеров в транспорте связано с анализом обстановки. Например, их используют для автономного вождения, анализа усталости водителя, обнаружения объектов вне зоны видимости водителя, а также автоматизированного анализа дорог.

Видеонаблюдение
Видеонаблюдение связано с обработкой изображений с камер наблюдения и их анализом на предмет заданного оператором движения. Такие задачи решаются при мониторинге объектов, предсказании поведения и распознавании лиц.

Инфраструктура
Такие задачи связаны с наблюдением за трафиком и прогнозированием движения автомобилей и пешеходов. К ним относятся мониторинг дорожного движения, распознавание номерных знаков, сканирование багажа, а также наблюдение за дорогами.

Поддержка и услуги Cincoze

Cincoze следит за всеми изменениями отрасли. Высочайшее качество компьютеров Cincoze вытекает из эффективного производства и строгих испытаний.

Модули расширения MXM и PCIe позволяют соотнести вычислительную мощность графического процессора с конкретной задачей, найти баланс между ценой и производительностью, а также обновить систему. Компьютеры Cincoze имеют полную совместимость с графическими процессорами NVIDIA и AMD.

Товары из статьи

Доступно к заказу

GM-1000 6132955

Сравнить В закладки

В наличии

В наличии

• Санкт-Петербург 1

Обновлено сегодня в 06:00 по МСК

GP-3000 6137443

Сравнить В закладки