Fyzikální jednotka zpracování - Physics processing unit

A jednotka zpracování fyziky (PPU) je oddaný mikroprocesor navržen pro zpracování výpočtů fyzika, zejména v fyzikální engine z videohry. Je to příklad hardwarová akcelerace.

Mohou zahrnovat příklady výpočtů zahrnujících PPU tuhá dynamika těla, měkká dynamika těla, Detekce kolize, dynamika tekutin, vlasy a simulace oblečení, analýza konečných prvků a rozbití předmětů.

Myšlenka je, že specializované procesory snižují časově náročné úkoly z CPU počítače, podobně jako a GPU provádí grafické operace na místě hlavního CPU. Termín vytvořil Ageia popsat jeho PhysX čip. Několik dalších technologií ve spektru CPU-GPU má některé společné rysy, ačkoli produkt společnosti Ageia byl jediným kompletním produktem navrženým, prodávaným, podporovaným a umístěným v systému výhradně jako PPU.

Dějiny

Raný akademický výzkumný projekt PPU[1][2] SPARTA (Simulation of Physics on A Real-Time Architecture) byla provedena v Penn State[3] a Gruzínská univerzita. To bylo jednoduché FPGA založený PPU, který byl omezen na dva rozměry. Tento projekt byl rozšířen na podstatně pokročilejší ASIC -založený systém s názvem HELLAS.

V únoru 2006 vyšlo první vyhrazené PPU PhysX z Ageia (později sloučeny do nVidia ). Jednotka je nejúčinnější při akceleraci částicové systémy, přičemž u fyziky tuhého těla bylo měřeno pouze malé zlepšení výkonu.[4] Ageia PPU je podrobně dokumentována v jejich americké patentové přihlášce # 20050075849.[5] Nvidia / Ageia již nevyrábí PPU a hardwarovou akceleraci pro fyzikální zpracování, i když je nyní podporována prostřednictvím některých jejich grafických procesorů.

AGEIA PhysX

První procesor, který byl inzerován jako PPU, se jmenoval PhysX čip, zavedený a báječná polovodičová společnost volala AGEIA. Hry, které chtějí využít výhod PhysX PPU, musí používat AGEIA PhysX SDK (dříve známá jako NovodeX SDK).

Skládá se z jádra RISC pro všeobecné použití, které ovládá řadu zvyků SIMD plovoucí bod VLIW procesory pracující v místních bankách s přepojováním pro správu přenosů mezi nimi. Tady není žádný hierarchie mezipaměti jako v CPU nebo GPU.

PhysX byl k dispozici od tří podobných společností grafické karty jsou vyráběny. ASUS, BFG Technologies,[6] a Technologie ELSA byli hlavními výrobci. Počítače s již nainstalovanými kartami byly k dispozici od výrobců systémů, jako je Alienware, Dell, a Falcon Northwest.[7]

V únoru 2008, poté Nvidia koupil Ageia Technologies a nakonec přerušil schopnost zpracovávat PhysX na GPU AGEIA PPU a NVIDIA v systémech s aktivními GPU ATi / AMD, zdálo se, že PhysX šla 100% na Nvidia. V březnu 2008 však Nvidia oznámila, že z PhysX udělá otevřený standard pro každého,[8] takže hlavní výrobci grafických procesorů budou mít podporu GraphX ​​v grafických kartách nové generace. Nvidia oznámila, že PhysX bude k dispozici také pro některé z jejich vydaných grafických karet pouhým stažením některých nových ovladačů.

Vidět fyzikální engine pro diskusi o PPU projektech akademického výzkumu.

Hardwarové specifikace PhysX P1 (PPU)

ASUS a BFG Technologies koupil licence na výrobu alternativních verzí AGUIA PPU, PhysX P1 s 128 MB GDDR3:

  • Vícejádrové zařízení založené na Architektura MIPS s integrovaným hardwarem akcelerace fyziky a paměťovým subsystémem s „tunami jader“[9][10]
  • Paměť: 128 MB GDDR3 RAM se 128bitovým rozhraním
  • 32-bit PCI 3.0 (ASUS také vyrobil PCI Express verze karty)
  • Koule kolizní testy: 530 milionů za sekundu (maximální výkon)
  • Konvexní kolizní testy: 530 000 za sekundu (maximální výkon)
  • Špičková šířka pásma instrukce: 20 miliard za sekundu

Havok FX

The Havok SDK je hlavním konkurentem sady PhysX SDK, která se používá ve více než 150 hrách, včetně významných titulů Poloviční život 2, Halo 3 a Dead Rising.[12]

Soutěžit s PhysX PPU, edicí známou jako Havok FX bylo využít technologii multi-GPU od ATI (CrossFire ) a NVIDIA (SLI ) pomocí existujících karet k urychlení určitých výpočtů fyziky.[13]

Havok rozděluje fyzikální simulaci na účinek a hratelnost fyzika s tím, že se fyzika efektu vyloží (pokud je to možné) na GPU jako Shader Model 3.0 instrukce a fyzika hry zpracovávané na CPU jako obvykle. Důležitý rozdíl mezi nimi je ten účinek fyzika neovlivňuje hru (například prach nebo drobné úlomky po výbuchu); drtivá většina fyzikálních operací se stále provádí v softwaru. Tento přístup se výrazně liší od sady PhysX SDK, která přesune všechny výpočty na kartu PhysX, pokud je k dispozici.

Od Havokovy akvizice do Intel „Zdá se, že Havok FX byl odložen nebo zrušen.[14]

PPU vs. GPU

Pohon směrem k GPGPU učinil GPU vhodnějšími pro práci PPU; DX10 přidal celočíselné datové typy, jednotnou architekturu shaderu a fázi shaderu geometrie, která umožňuje implementaci širší škály algoritmů; Moderní GPU podporují výpočetní shadery, které běží napříč indexovaným prostorem a nevyžadují žádné grafické prostředky, pouze univerzální datové vyrovnávací paměti. NVidia CUDA poskytuje trochu více ve způsobu mezivláknové komunikace a pracovní prostor ve stylu zápisníku spojené s vlákny.

GPU jsou nicméně postaveny na větším počtu delší latence, pomalejších podprocesů a jsou navrženy kolem datových cest textury a framebuffer a špatného výkonu větvení; to je odlišuje od PPU a Buňka jako méně dobře optimalizovaný pro převzetí úkolů simulace herního světa.

The Překladač Codeplay Sieve podporuje PPU, což naznačuje, že čip Ageia physX by byl vhodný pro úkoly typu GPGPU. Zdá se však nepravděpodobné, že by Ageia tento trh sledoval.

Intel Xeon Phi

Jako buňka, Xeon Phi sedí mezi CPU a GPU ve spektru mezi obecným zpracováním versus specializovaným vysoce výkonným back-end zpracováním. Používá se spíše mezipaměti než stírače, ale přesto dokáže dosáhnout vysoké propustnosti.

AMD deklarovali svůj dlouhodobý záměr povolit AMD APU použít Radeon jako vektorový koprocesor, sdílení zdrojů, jako je hierarchie mezipaměti. Tato budoucí konfigurace se začala zhmotňovat ve formě Heterogenní systémová architektura.

PS2 - VU0

I když se velmi liší od PhysX, dalo by se argumentovat Playstation 2 je VU0 je časná, omezená implementace PPU. Naopak lze popsat PPU programátorovi PS2 jako vyvinutou náhradu za VU0. Jeho sada funkcí a umístění v systému je zaměřena na zrychlení úkolů aktualizace her, včetně fyziky a AI; může odebírat takové výpočty zpracováním vlastního toku instrukcí, zatímco CPU pracuje na něčem jiném. Jelikož je to DSP, je mnohem více závislé na CPU, aby vykonával užitečnou práci v herním enginu, a nebyl by schopen implementovat úplné fyzikální API, takže jej nelze klasifikovat jako PPU. Také VU0 je schopen poskytnout další výkon zpracování vrcholů, i když je to spíše vlastnost cest v systému než samotné jednotky.

Toto použití je podobné fyzice Havok FX nebo GPU v tom, že se k doplnění CPU v grafických nebo fyzických rolích používá výkon pomocné jednotky s plovoucí desetinnou čárkou.

Viz také

Reference

  1. ^ S. Yardi, B. Bishop, T. Kelliher, "HELLAS: Specializovaná architektura pro interaktivní modelování deformovatelných objektů ", ACM Southeast Conference, Melbourne, FL, 10. – 12. Března 2006, s. 56–61.
  2. ^ B. Bishop, T. Kelliher, "Specializovaný hardware pro deformovatelné modelování objektů „„ IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 13 (11): 1074–1079, listopad 2003.
  3. ^ „Domovská stránka SPARTA“. Cse.psu.edu. Archivovány od originál dne 30. 7. 2010. Citováno 2010-08-16.
  4. ^ „Exkluzivní: ASUS debutuje s hardwarem AGEIA PhysX“. AnandTech. Citováno 2010-08-16.
  5. ^ „Patentová přihláška USA: 0050086040“. Appft1.uspto.gov. Citováno 2010-08-16.
  6. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 2006-04-26. Citováno 2011-06-08.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  7. ^ „BFG Tech ad for the PhysX“. Maximální PC. Budoucnost USA. Května 2006. str. 6. ISSN  1522-4279. Citováno 2009-09-16.
  8. ^ Nvidia nabízí podporu PhysX pro AMD / ATI Archivováno 2008-03-13 na Wayback Machine
  9. ^ „Časté dotazy k PhysX“. NVIDIA Corporation.
  10. ^ Nicholas Blachford (2006). „Pojďme se fyzicky: Uvnitř fyzického procesoru PhysX“.
  11. ^ Legit Recenze - Karta AGEIA PhysX P1 společnosti ASUS
  12. ^ „Hry využívající Havok“. Archivovány od originál dne 18.04.2012. Citováno 2007-02-19.
  13. ^ Informace o produktu Havok FX Archivováno 02.03.2007 na Wayback Machine
  14. ^ Shilov, Anton (19. 11. 2007). „GPU Physics Dead for Now, Says AMD's Developer Relations Chief“. Xbit Laboratories. Archivovány od originál dne 01.12.2011. Citováno 2007-11-26.

externí odkazy