GPU में कौन से ऑपरेशन होते हैं?

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जीपीयू (ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट) एक विशेष प्रोसेसर है जिसे ग्राफिक्स रेंडरिंग, वीडियो डिकोडिंग, मशीन लर्निंग और अन्य कम्प्यूटेशनल रूप से गहन संचालन से संबंधित समानांतर प्रसंस्करण कार्यों को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यहाँ कुछ सामान्य ऑपरेशन हैं जो GPU में होते हैं:

1. वर्टेक्स और पिक्सेल प्रोसेसिंग

2. शेडर निष्पादन

3. मैट्रिक्स संचालन

4. बनावट मानचित्रण

5. वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग

6. सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग

विषय-सूची

1. वर्टेक्स और पिक्सेल प्रोसेसिंग (Vertex and pixel processing):

स्क्रीन पर 3डी ग्राफिक्स रेंडर करने के लिए जीपीयू वर्टेक्स और पिक्सल प्रोसेसिंग करता है। इसमें 3D मॉडल के शीर्षों को 2D स्क्रीन निर्देशांक में बदलना और पिक्सेल पर बनावट और प्रकाश व्यवस्था लागू करना शामिल है।

जीपीयू में वर्टेक्स और पिक्सेल प्रोसेसिंग कैसे की जाती है?

वर्टेक्स और पिक्सेल प्रोसेसिंग GPU का एक प्रमुख कार्य है जिसमें 3D वर्टिकल को 2D पिक्सेल में बदलना और उन पिक्सेल पर टेक्सचर, लाइटिंग और अन्य प्रभाव लागू करना शामिल है। जीपीयू में वर्टेक्स और पिक्सेल प्रसंस्करण कैसे किया जाता है इसका एक अवलोकन यहां दिया गया है:

1. वर्टेक्स प्रोसेसिंग (Vertex processing):

वर्टेक्स प्रोसेसिंग में पहला कदम 3डी वर्टिकल को 2डी स्क्रीन कोऑर्डिनेट में बदलना है। यह स्केलिंग, रोटेशन और ट्रांसलेशन सहित मैट्रिक्स ऑपरेशंस की एक श्रृंखला का उपयोग करके किया जाता है। परिवर्तित शीर्षों को फिर पाइपलाइन के अगले चरण में भेज दिया जाता है।

2. प्रिमिटिव असेंबली:

अगला कदम रूपांतरित वर्टिकल को geometric प्रिमिटिव, जैसे त्रिकोण या रेखाओं में इकट्ठा करना है। यह 3D अंतरिक्ष में शीर्षों को उनकी स्थिति के आधार पर समूहित करके किया जाता है।

3. रैस्टराइज़ेशन (Rasterization):

एक बार जब ज्यामितीय आदिमों को इकट्ठा कर लिया जाता है, तो GPU उन्हें रेखांकन नामक एक प्रक्रिया का उपयोग करके अलग-अलग पिक्सेल में परिवर्तित कर देता है। इसमें यह निर्धारित करना शामिल है कि 2D स्क्रीन स्पेस में कौन से पिक्सेल आदिम द्वारा कवर किए गए हैं।

रैस्टराइज़ेशन कैसे किया जाता है?

रैस्टराइज़ेशन जीपीयू पाइपलाइन में एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है जो स्क्रीन पर अलग-अलग पिक्सेल में ज्यामितीय आदिम (जैसे त्रिकोण या रेखाएं) को परिवर्तित करती है। यहाँ एक संक्षिप्त विवरण दिया गया है कि GPU में रैस्टराइज़ेशन कैसे किया जाता है:

(a) आदिम असेंबली:

रेखांकन में पहला कदम ज्यामितीय आदिमों को इकट्ठा करना है जो प्रस्तुत किए जाएंगे। इसमें वर्टिकल को समूहीकृत करना शामिल है जो आदिम (जैसे त्रिकोण के कोने) को सूचियों या सरणियों में परिभाषित करता है।

(b) कतरन:

एक बार आदिम इकट्ठा हो जाने के बाद, उन्हें छिन्नक के दृश्य के खिलाफ क्लिप किया जाता है। यह आदिम के किसी भी हिस्से को हटा देता है जो देखने की मात्रा के बाहर है (यानी, कैमरे के पीछे)।

(c) प्रोजेक्शन:

अगला कदम क्लिप किए गए आदिम को 2डी स्क्रीन स्पेस पर प्रोजेक्ट करना है। इसमें परिप्रेक्ष्य सुधार करने और उन्हें स्क्रीन निर्देशांक में परिवर्तित करने के लिए आदिम को उनके डब्ल्यू समन्वय द्वारा विभाजित करना शामिल है।

(d) रेखांकन:

प्रक्षेपण के बाद, GPU निर्धारित करता है कि स्क्रीन पर कौन से पिक्सेल प्रत्येक आदिम द्वारा कवर किए गए हैं। यह स्कैनलाइन रेखांकन नामक एक एल्गोरिथ्म का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें पिक्सेल की प्रत्येक पंक्ति को स्कैन करना शामिल होता है जो आदिम को काटता है और कवर किए गए प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक ध्वज सेट करता है।

(e) इंटरपोलेशन:

एक बार कवर किए गए पिक्सेल निर्धारित हो जाने के बाद, GPU कवर किए गए पिक्सेल में आदिम की विशेषताओं को प्रक्षेपित करता है। उदाहरण के लिए, यदि त्रिभुज में रंग ढाल है, तो GPU त्रिकोण में पिक्सेल के शीर्षों के रंगों को प्रक्षेपित करेगा।

(f) गहराई परीक्षण:

अगला चरण यह निर्धारित करने के लिए गहराई परीक्षण करना है कि कौन से पिक्सेल सामने हैं और कौन से पीछे हैं। यह गहराई बफ़र में प्रत्येक पिक्सेल के गहराई मान की गहराई मान से तुलना करके किया जाता है। पिक्सेल जो वर्तमान गहराई मान के पीछे हैं उन्हें छोड़ दिया जाता है।

(g) पिक्सेल छायांकन:

शेष पिक्सेल को पिक्सेल शेडर का उपयोग करके छायांकित किया जाता है। पिक्सेल शेडर बनावट, प्रकाश व्यवस्था और अन्य प्रभावों के आधार पर प्रत्येक पिक्सेल के अंतिम रंग और अन्य गुणों को निर्धारित करता है।

 (h) रैस्टराइज़ेशन

एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें संगणना के कई चरण शामिल होते हैं। GPU समानांतर प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित है, जो इसे जटिल 3D दृश्यों के लिए जल्दी और कुशलता से रेखांकन करने की अनुमति देता है।

4. पिक्सेल प्रसंस्करण (Pixel processing):

यह रैस्टराइज़ेशन के बाद, प्रत्येक पिक्सेल को व्यक्तिगत रूप से संसाधित किया जाता है। इसमें पिक्सेल पर बनावट, प्रकाश व्यवस्था और अन्य प्रभाव लागू करना शामिल है। ये ऑपरेशन आमतौर पर GPU पर चलने वाले प्रोग्रामेबल शेडर प्रोग्राम का उपयोग करके किए जाते हैं।

5. आउटपुट विलय (Output merger):

अंतिम छवि बनाने के लिए पिक्सेल प्रसंस्करण चरण के आउटपुट को मिला दिया जाता है। इसमें अतिव्यापी पिक्सेल के रंगों को सम्मिश्रण करना, यह निर्धारित करने के लिए गहराई परीक्षण लागू करना कि कौन से पिक्सेल सामने हैं, और प्रत्येक पिक्सेल के लिए अंतिम रंग को स्क्रीन पर आउटपुट करना शामिल है।

GPU पाइपलाइन के वर्टेक्स और पिक्सेल प्रोसेसिंग चरण उच्च-गुणवत्ता वाले 3D ग्राफ़िक्स को प्रस्तुत करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। GPU को समानांतर प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित किया गया है, जो इसे इन कार्यों को जल्दी और कुशलता से करने की अनुमति देता है।

2. शेडर निष्पादन (Shader execution):

शेडर छोटे प्रोग्राम होते हैं जो GPU पर चलते हैं और 3D दृश्य में वस्तुओं की उपस्थिति को नियंत्रित करते हैं। जीपीयू जटिल ग्राफिक्स को प्रस्तुत करने के लिए हजारों शेडर प्रोग्राम एक साथ निष्पादित कर सकता है।

जीपीयू में शेडर निष्पादन कैसे होता है?

शेडर निष्पादन जीपीयू पाइपलाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है जो डेवलपर्स को जटिल और यथार्थवादी 3डी ग्राफिक्स बनाने की अनुमति देता है। शेडर छोटे प्रोग्राम होते हैं जो GPU पर चलते हैं और 3D दृश्य में वस्तुओं की उपस्थिति को नियंत्रित करते हैं। यहाँ एक संक्षिप्त विवरण दिया गया है कि GPU में शेडर निष्पादन कैसे होता है:

1. वर्टेक्स शेडर निष्पादन (Vertex shader execution):

GPU पाइपलाइन में निष्पादित होने वाला पहला प्रकार का शेडर वर्टेक्स शेडर है। वर्टेक्स शेडर 3D कोने को 2D स्क्रीन निर्देशांक में बदलने के लिए ज़िम्मेदार है। इसमें वर्टिकल को स्केल करने, घुमाने और ट्रांसलेट करने के लिए मैट्रिक्स ऑपरेशंस करना शामिल है। वर्टेक्स शेडर का आउटपुट रूपांतरित वर्टिकल का एक सेट है जो पाइपलाइन के अगले चरण में जाता है।

2. टेस्सेलेशन शेडर निष्पादन (वैकल्पिक) Tessellation shader execution (optional):

टेसलेशन शेडर एक वैकल्पिक शेडर चरण है जिसका उपयोग 3D मॉडल में विवरण जोड़ने के लिए किया जा सकता है। यह वर्टेक्स शेडर से रूपांतरित वर्टिकल लेता है और उन्हें छोटे प्रिमिटिव में विभाजित करता है, जैसे कि त्रिकोण या क्वाड। यह डेवलपर्स को अधिक विस्तार के साथ अधिक जटिल 3डी मॉडल बनाने की अनुमति देता है।

3. ज्यामिति शेडर निष्पादन (वैकल्पिक)( Geometry shader execution (optional)):

ज्यामिति शेडर एक अन्य वैकल्पिक शेडर चरण है जिसका उपयोग 3D दृश्य में अतिरिक्त ज्यामिति जोड़ने के लिए किया जा सकता है। यह टेसलेशन शेडर (यदि उपयोग किया जाता है) से आउटपुट लेता है और डेवलपर द्वारा परिभाषित नियमों के एक सेट के आधार पर नए वर्टिकल और प्रिमिटिव उत्पन्न करता है।

4. पिक्सेल शेडर निष्पादन (Pixel shader execution):

पिक्सेल शेडर, जिसे टुकड़ा शेडर भी कहा जाता है, अंतिम छवि में प्रत्येक पिक्सेल के रंग और अन्य गुणों को निर्धारित करने के लिए ज़िम्मेदार है। यह पिछले चरणों (रूपांतरित कोने, उप-विभाजित आदिम, आदि) का आउटपुट लेता है और प्रत्येक पिक्सेल पर बनावट, प्रकाश व्यवस्था और अन्य प्रभाव लागू करता है। पिक्सेल शेडर का आउटपुट छवि में प्रत्येक पिक्सेल का अंतिम रंग होता है।

5. कंप्यूट शेडर निष्पादन (वैकल्पिक) (Compute shader execution (optional)):

कंप्यूट शेडर एक प्रकार का शेडर है जिसका उपयोग GPU पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग कार्यों के लिए किया जा सकता है। इसका उपयोग भौतिकी सिमुलेशन, इमेज प्रोसेसिंग और क्रिप्टोग्राफी जैसे कार्यों के लिए किया जा सकता है।

शेडर प्रोग्राम उच्च-स्तरीय छायांकन भाषाओं जैसे जीएलएसएल, एचएलएसएल और सीजी में लिखे गए हैं। इन कार्यक्रमों को जीपीयू चालक द्वारा संकलित किया जाता है और जटिल और यथार्थवादी 3डी ग्राफिक्स प्रस्तुत करने के लिए अन्य शेडर कार्यक्रमों के समानांतर जीपीयू पर चलाया जाता है।

3.मैट्रिक्स संचालन (Matrix operations):

जीपीयू को मैट्रिक्स ऑपरेशंस के लिए अनुकूलित किया गया है, जो आमतौर पर मशीन लर्निंग और वैज्ञानिक कंप्यूटिंग में उपयोग किया जाता है। मैट्रिक्स ऑपरेशंस में मैट्रिक्स गुणा, उलटा और अपघटन शामिल है।

जीपीयू में मैट्रिक्स ऑपरेशंस कैसे काम करते हैं?

मैट्रिक्स ऑपरेशंस 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं और जीपीयू पाइपलाइन में वर्टिकल बदलने, लाइटिंग लागू करने और अन्य गणना करने जैसे कार्यों के लिए भारी रूप से उपयोग किया जाता है। जीपीयू में मैट्रिक्स ऑपरेशंस कैसे काम करते हैं इसका अवलोकन यहां दिया गया है:

1. मैट्रिक्स भंडारण (Matrix storage):

ग्रिड में व्यवस्थित संख्याओं के अनुक्रम के रूप में मेट्रिसेस को स्मृति में संग्रहीत किया जाता है। जीपीयू में, मैट्रिक्स आमतौर पर पंक्ति-प्रमुख या स्तंभ-प्रमुख प्रारूप में संग्रहीत होते हैं। यह उस क्रम को निर्धारित करता है जिसमें संख्याएँ मेमोरी में संग्रहीत होती हैं।

2. मैट्रिक्स गुणन (Matrix multiplication):

मैट्रिक्स गुणन 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग में उपयोग किया जाने वाला एक मौलिक ऑपरेशन है। इसमें एक नया मैट्रिक्स बनाने के लिए दो मैट्रिक्स को एक साथ गुणा करना शामिल है। जीपीयू में, मैट्रिक्स गुणा आमतौर पर “शेडर पाइपलाइन मैट्रिक्स गुणा” नामक तकनीक का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें मैट्रिक्स गुणन ऑपरेशन को छोटे चरणों में तोड़ना शामिल होता है जिसे जीपीयू द्वारा समानांतर में किया जा सकता है।

3. वेक्टर संचालन (Vector operations):

वेक्टर आमतौर पर 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग में बिंदुओं, दिशाओं और अन्य ज्यामितीय मात्राओं का प्रतिनिधित्व करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। जीपीयू पाइपलाइन में प्रकाश और अन्य प्रभावों की गणना करने के लिए वेक्टर संचालन, जैसे कि डॉट उत्पाद और क्रॉस उत्पाद, का उपयोग किया जाता है।

4. परिवर्तन (Transformations):

रोटेशन, स्केलिंग और अनुवाद जैसे परिवर्तनों के लिए 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग में मेट्रिसेस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इन परिवर्तनों में 3D अंतरिक्ष में उनकी स्थिति और अभिविन्यास को संशोधित करने के लिए शीर्षों के एक सेट पर एक मैट्रिक्स लागू करना शामिल है। जीपीयू पाइपलाइन में, इन परिवर्तनों को आम तौर पर वर्टेक्स शेडर का उपयोग करके किया जाता है, जो समानांतर में कोने के सेट पर मैट्रिक्स लागू कर सकता है।

5. व्युत्क्रम और स्थानांतरण मैट्रिसेस (Inverse and transpose matrices):

उलटा और स्थानांतरित मैट्रिसेस का उपयोग 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग में नॉर्मल को बदलने के लिए किया जाता है, जो वैक्टर हैं जो सतहों के लंबवत हैं। व्युत्क्रम मैट्रिक्स का उपयोग नॉर्मल को ऑब्जेक्ट स्पेस से वर्ल्ड स्पेस में बदलने के लिए किया जाता है, जबकि ट्रांसपोज़ मैट्रिक्स का उपयोग नॉर्मल को वर्ल्ड स्पेस से आई स्पेस में बदलने के लिए किया जाता है।

मैट्रिक्स ऑपरेशंस 3डी ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं, और जीपीयू को इन ऑपरेशंस को तेजी से और कुशलता से समानांतर में करने के लिए अनुकूलित किया गया है।

4. बनावट मानचित्रण (Texture mapping):

टेक्सचर मैपिंग एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग छवियों को 3D सतहों पर लागू करने के लिए किया जाता है। जीपीयू विशेष हार्डवेयर का उपयोग करके बनावट को जल्दी से 3डी मॉडल में मैप कर सकता है।

जीपीयू में बनावट मैपिंग कैसे काम करती है?

टेक्सचर मैपिंग 3डी ग्राफिक्स में एक 3डी ऑब्जेक्ट की सतह पर एक छवि या पैटर्न (जिसे टेक्सचर कहा जाता है) लागू करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक है। विशिष्ट हार्डवेयर और एल्गोरिदम का उपयोग करके जीपीयू में टेक्सचर मैपिंग की जाती है। यहां एक संक्षिप्त विवरण दिया गया है कि GPU में टेक्सचर मैपिंग कैसे काम करती है:

1. बनावट निर्देशांक (Texture coordinates):

किसी 3D ऑब्जेक्ट में बनावट लागू करने के लिए, GPU को पहले यह निर्धारित करने की आवश्यकता होती है कि बनावट को ऑब्जेक्ट पर कहाँ लागू किया जाना चाहिए। यह वस्तु के प्रत्येक शीर्ष के लिए बनावट निर्देशांक निर्दिष्ट करके किया जाता है। बनावट निर्देशांक आमतौर पर 2 डी निर्देशांक (यू, वी) की एक जोड़ी के रूप में निर्दिष्ट होते हैं जो बनावट पर एक बिंदु के अनुरूप होते हैं।

2. बनावट का नमूना (Texture sampling):

एक बार बनावट निर्देशांक निर्दिष्ट किए जाने के बाद, GPU वस्तु पर प्रत्येक बिंदु पर रंग मान निर्धारित करने के लिए बनावट का नमूना लेता है। बनावट के नमूने में एक सूचकांक के रूप में बनावट निर्देशांक का उपयोग करके मेमोरी से बनावट डेटा को पढ़ना शामिल है। जीपीयू विशेष हार्डवेयर (जैसे बनावट इकाइयां) का उपयोग करता है ताकि बनावट नमूनाकरण कुशलतापूर्वक किया जा सके।

3. बनावट की फ़िल्टरिंग (Texture filtering):

बनावट फ़िल्टरिंग का उपयोग किसी सतह पर लागू होने पर बनावट को चिकना करने के लिए किया जाता है। यह आवश्यक है क्योंकि बनावट में उस सतह की तुलना में उच्च रिज़ॉल्यूशन हो सकता है जिस पर इसे लागू किया जाता है। GPU में उपयोग किए जाने वाले कई प्रकार के टेक्सचर फ़िल्टरिंग एल्गोरिदम हैं, जैसे बिलिनियर फ़िल्टरिंग और ट्रिलिनियर फ़िल्टरिंग।

4. बनावट लपेटना (Texture wrapping):

टेक्सचर रैपिंग का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि सतह पर लागू होने पर टेक्सचर को कैसे दोहराया या मिरर किया जाता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि बनावट उस आकार की नहीं हो सकती है जिस सतह पर इसे लगाया जाता है। क्लैम्प, रिपीट और मिरर जैसे कई प्रकार के टेक्सचर रैपिंग मोड हैं।

5. शेड्स में टेक्सचर मैपिंग (Texture mapping in shaders):

बनावट मानचित्रण आमतौर पर पिक्सेल शेडर में किया जाता है, जो बनावट के नमूने लेता है और प्रत्येक पिक्सेल के अंतिम रंग मान का उत्पादन करने के लिए अतिरिक्त संगणना लागू करता है। इसमें प्रकाश गणना, पारदर्शिता प्रभाव और अन्य प्रभाव शामिल हो सकते हैं।

टेक्सचर मैपिंग एक जटिल प्रक्रिया है जिसमें GPU पाइपलाइन में गणना के कई चरण शामिल होते हैं। जीपीयू को समानांतर प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित किया गया है, जो इसे जटिल 3डी दृश्यों के लिए तेजी से और कुशलता से टेक्सचर मैपिंग करने की अनुमति देता है।

5. वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग (Video decoding and encoding):

GPU समर्पित हार्डवेयर का उपयोग करके वीडियो को डिकोड और एनकोड कर सकता है। यह CPU से प्रोसेसिंग को ऑफलोड करता है और प्रदर्शन में सुधार करता है।

जीपीयू में वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग कैसे काम करते हैं?

वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग कम्प्यूटेशनल रूप से गहन कार्य हैं जिनके लिए बहुत अधिक प्रसंस्करण शक्ति की आवश्यकता होती है। जीपीयू समानांतर में आवश्यक संगणना करने के लिए विशेष हार्डवेयर और एल्गोरिदम का उपयोग करके इन कार्यों को तेज कर सकता है। GPU में वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग कैसे काम करते हैं, इसका अवलोकन यहां दिया गया है:

1. वीडियो डिकोडिंग (Video decoding):

वीडियो डिकोडिंग में पहला कदम डिस्क या मेमोरी से कंप्रेस्ड वीडियो डेटा को पढ़ना है। कंप्रेस्ड डेटा को फिर GPU को पास किया जाता है, जो डेटा को डीकंप्रेस करने के लिए विशेष हार्डवेयर (जैसे वीडियो डिकोडिंग यूनिट) का उपयोग करता है। विघटित वीडियो फ्रेम तब GPU मेमोरी में संग्रहीत किए जाते हैं, जहां उन्हें शेष GPU पाइपलाइन द्वारा एक्सेस किया जा सकता है।

2. वीडियो प्रोसेसिंग (Video processing):

एक बार जब वीडियो फ्रेम को डिकम्प्रेस किया जाता है और जीपीयू मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है, तो उन्हें जीपीयू पाइपलाइन द्वारा संसाधित किया जा सकता है। इसमें आमतौर पर वीडियो फ्रेम में रंग सुधार, स्केलिंग और अन्य प्रभाव लागू करना शामिल है। जीपीयू इन कार्यों को समानांतर में कर सकता है, जो इसे वीडियो फ्रेम को जल्दी और कुशलता से संसाधित करने की अनुमति देता है।

3. वीडियो एन्कोडिंग (Video encoding):

वीडियो एन्कोडिंग वीडियो फ़्रेम के अनुक्रम को एक संपीड़ित वीडियो प्रारूप (जैसे H.264 या HEVC) में संपीड़ित करने की प्रक्रिया है। जीपीयू आवश्यक संगणना करने के लिए विशेष हार्डवेयर (जैसे वीडियो एन्कोडिंग इकाइयों) का उपयोग करके इस प्रक्रिया को तेज कर सकता है। जीपीयू वीडियो फ्रेम को समानांतर में एन्कोड करता है, जो वीडियो को जल्दी और कुशलता से एन्कोड करने की अनुमति देता है।

4. वीडियो आउटपुट (Video output):

एक बार वीडियो फ्रेम संसाधित और एन्कोड किए जाने के बाद, उन्हें डिस्प्ले पर आउटपुट किया जा सकता है या डिस्क में सहेजा जा सकता है। जीपीयू विशेष हार्डवेयर (जैसे वीडियो आउटपुट यूनिट) का उपयोग करके सीधे वीडियो फ्रेम को डिस्प्ले पर आउटपुट कर सकता है, या यह एन्कोडेड वीडियो डेटा को बाद में प्लेबैक के लिए डिस्क में सहेज सकता है।

वीडियो डिकोडिंग और एन्कोडिंग जटिल कार्य हैं जिनके लिए बहुत अधिक प्रसंस्करण शक्ति की आवश्यकता होती है। जीपीयू समानांतर प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित है, जो इसे इन कार्यों को तेज़ी से और कुशलता से करने की अनुमति देता है। जीपीयू पाइपलाइन में विशेष हार्डवेयर और एल्गोरिदम का उपयोग वीडियो प्रोसेसिंग कार्यों के लिए इसके प्रदर्शन को और बढ़ाता है।

6. सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग (General-purpose computing):

CUDA, OpenCL, और Vulkan जैसे API का उपयोग करके आधुनिक GPU का उपयोग सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग कार्यों के लिए भी किया जा सकता है। यह डेवलपर्स को भौतिकी सिमुलेशन, इमेज प्रोसेसिंग और क्रिप्टोग्राफी जैसे कार्यों के लिए जीपीयू की समांतर प्रसंस्करण शक्ति का उपयोग करने की अनुमति देता है।

जीपीयू में सामान्य प्रयोजन कंप्यूटिंग कैसे काम करती है?

ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग यूनिट्स (GPGPU) पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग गैर-ग्राफ़िकल कंप्यूटिंग कार्यों के लिए GPU का उपयोग है। इसमें केवल CPU का उपयोग करने के बजाय GPU पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग वर्कलोड चलाना शामिल है। यहाँ सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग के GPU में कार्य करने के तरीके का अवलोकन दिया गया है:

1. प्रोग्रामिंग भाषा (Programming languages):

GPU पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग वर्कलोड चलाने के लिए, CUDA या OpenCL जैसी विशेष प्रोग्रामिंग भाषाओं का उपयोग किया जाता है। ये भाषाएं निर्देशों का एक सेट प्रदान करती हैं जिन्हें GPU पर समानांतर में निष्पादित किया जा सकता है, जो CPU पर पारंपरिक सीरियल प्रोसेसिंग की तुलना में बहुत तेज गणना की अनुमति देता है।

2. मेमोरी आर्किटेक्चर (Memory architecture):

एक जीपीयू की मेमोरी आर्किटेक्चर समानांतर प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित है, जिसमें कई मेमोरी बैंक और साझा मेमोरी स्पेस हैं जो धागे के बीच कुशल डेटा साझा करने की अनुमति देते हैं। यह CPU की तुलना में बहुत तेजी से जटिल गणना करने के लिए GPU के बड़े पैमाने पर समानता का लाभ उठाना संभव बनाता है।

3. थ्रेड मैनेजमेंट (Thread management):

जीपीयू कार्यों के समांतर प्रसंस्करण को प्रबंधित करने के लिए धागे की एक प्रणाली का उपयोग करते हैं। इन थ्रेड्स को ब्लॉक में प्रबंधित किया जा सकता है, प्रत्येक ब्लॉक में बड़ी संख्या में थ्रेड्स होते हैं जिन्हें समानांतर में निष्पादित किया जा सकता है। थ्रेड सिंक्रोनाइज़ेशन और संचार का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जा सकता है कि अंतिम आउटपुट उत्पन्न करने के लिए प्रत्येक थ्रेड के परिणाम ठीक से संयोजित हों।

4. एल्गोरिथम अनुकूलन (Algorithm optimization):

जीपीयू पर सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, एल्गोरिदम को समांतर प्रसंस्करण के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए। इसमें जटिल कार्यों को छोटे, समांतर घटकों में तोड़ना शामिल है जिन्हें एक साथ कई धागे द्वारा निष्पादित किया जा सकता है।

5. निष्पादन की निगरानी (Performance monitoring):

यह सुनिश्चित करने के लिए कि जीपीयू पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग वर्कलोड कुशलतापूर्वक चल रहे हैं, प्रदर्शन निगरानी उपकरण का उपयोग मेमोरी बैंडविड्थ, इंस्ट्रक्शन थ्रूपुट और विलंबता जैसे प्रदर्शन मेट्रिक्स को मापने के लिए किया जा सकता है। इन मेट्रिक्स का उपयोग एल्गोरिदम और हार्डवेयर कॉन्फ़िगरेशन को अधिकतम प्रदर्शन के लिए अनुकूलित करने के लिए किया जा सकता है।

जीपीयू पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग कुछ प्रकार के वर्कलोड के लिए पारंपरिक सीपीयू-आधारित कंप्यूटिंग पर महत्वपूर्ण प्रदर्शन लाभ प्रदान कर सकती है। विशिष्ट प्रोग्रामिंग भाषाओं और मेमोरी आर्किटेक्चर के साथ मिलकर जीपीयू की बड़े पैमाने पर समानांतर वास्तुकला, सीपीयू की तुलना में बहुत तेजी से जटिल संगणना करना संभव बनाती है।

GPU एक अत्यधिक समानांतर और कुशल प्रोसेसर है जो ग्राफिक्स रेंडरिंग, वीडियो प्रोसेसिंग और सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग से संबंधित कई तरह के ऑपरेशन कर सकता है।

कंप्यूटर में ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट लगाने के क्या फायदे हैं?

कंप्यूटर में ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) स्थापित करने से कई लाभ मिल सकते हैं, जिनमें निम्न शामिल हैं:

1. उन्नत ग्राफिकल प्रदर्शन (Enhanced graphical performance):

एक जीपीयू विशेष रूप से उच्च गुणवत्ता वाले ग्राफिक्स को प्रस्तुत करने में शामिल जटिल गणनाओं को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सीपीयू से जीपीयू में इन गणनाओं को ऑफलोड करके, एक समर्पित जीपीयू वाला कंप्यूटर गेम, वीडियो और अन्य ग्राफिकल अनुप्रयोगों में चिकनी, अधिक उत्तरदायी ग्राफिक्स प्रदान कर सकता है।

2. तेज़ समानांतर प्रोसेसिंग (Faster parallel processing):

GPU को समानांतर प्रोसेसिंग के लिए अनुकूलित किया जाता है, जिससे वे एक साथ कई गणनाएँ कर सकते हैं। यह उन्हें वीडियो रेंडरिंग, वैज्ञानिक सिमुलेशन और मशीन लर्निंग जैसे कार्यों के लिए उपयुक्त बनाता है।

3. बेहतर उत्पादकता (Improved productivity):

कुछ एप्लिकेशन जैसे फोटो और वीडियो एडिटिंग, 3डी मॉडलिंग और सिमुलेशन सॉफ्टवेयर एक समर्पित जीपीयू से बहुत लाभ उठा सकते हैं। तेज प्रदर्शन प्रदान करके, ये एप्लिकेशन जटिल गणनाओं के लिए आवश्यक समय को कम कर सकते हैं और समग्र उत्पादकता में सुधार कर सकते हैं।

4. बेहतर ऊर्जा दक्षता (Better energy efficiency):

आधुनिक जीपीयू पारंपरिक सीपीयू की तुलना में अधिक ऊर्जा कुशल होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जिससे उन्हें कम बिजली की खपत के साथ जटिल गणना करने की अनुमति मिलती है। इससे ऊर्जा बिलों पर लागत बचत हो सकती है और यह उन मोबाइल उपकरणों के लिए भी फायदेमंद हो सकता है, जहां बैटरी लाइफ एक चिंता का विषय है।

5. फ्यूचर-प्रूफिंग (Future-proofing):

जैसे-जैसे सॉफ्टवेयर अधिक जटिल और मांग वाला होता जाता है, एक समर्पित जीपीयू होने से यह सुनिश्चित हो सकता है कि एक कंप्यूटर नवीनतम एप्लिकेशन और गेम को संभाल सकता है। उच्च-गुणवत्ता वाले जीपीयू में निवेश करके, उपयोगकर्ता यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि उनका कंप्यूटर आने वाले वर्षों के लिए नवीनतम सॉफ़्टवेयर के साथ बना रहेगा।

एक कंप्यूटर में एक समर्पित जीपीयू स्थापित करने से ग्राफिकल प्रदर्शन, उत्पादकता, ऊर्जा दक्षता और फ्यूचर-प्रूफिंग के मामले में महत्वपूर्ण लाभ मिल सकते हैं।

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