CPU, APU, PPU, NPU, TPU ...

Donanımsal Çözüm Mimarileri

CPU (Central Processing Unit) bilgisayarların merkezi işlemci birimidir. Transistörün icat edilmesiyle 1970 li yıllarda 2300 transistör içeren 740KHZ de çalışan 10um Intel 4004 CPU icat edilmiştir. Günümüzde işlemciler 10milyar transistör içeren 14nm boyutlarında 4.2GHZ de çalışan bir çok çeşit komut kümesini destekleyerek çok farklı işlemleri yerine getirebilir hale gelmişlerdir. Kullanım amaçları sebebiyle bir çok genel amaçlı işlemi yerine getirmeleri gerekmektedirler. Ancak zamanla daha yüksek işlem gücü ve özel komutlar gereken görüntü işleme gibi işlemler için GPU (Graphical Processing Unit) lar geliştirilmiştir. Geleneksel işlemcilerin ardışıl işlem yapma yeteneklerinin yanı sıra görüntü işlemede paralel işlemler yapılması önemlidir. Özellikle GPU teknolojisi oyunlardaki 3D rendering, finansal hesaplamalar, ileri bilimsel araştırma, petrol ve gaz arama gibi alanlarda hesaplama işlemlerini hızlandırmak, otomobil gösterge panellerinde ve otomobillerin kendi kendine sürüş teknolojisinin gelişimi için kullanılmaktadır. Mimari olarak CPU lar bir kaç çekirdekten oluşabilen bir kaç yazılım işlerini yapabilen birimler iken GPU lar yüzlerce çekirdekten oluşabilen ve binlerce yazılım işlerini aynı anda yapabilen birimlerdir. Günümüzde GPU ların birleşimiyle oluşan Multi-GPU ürünlerde üretilmektedir.

Intel ve AMD gibi dev işlemci üreticileri CPU ve GPU ların birbirine üstün özelliklerini bir araya getirerek APU (Accelerated Processing Unit) teknolojisini geliştirmişlerdir. APU lar sayesinde performans ve güç tüketiminin etkin kullanımı alanlarında başarılar sağlanmıştır. Nvidia gibi dev GPU üreticisi de ARM ile yaptığı iş birliğiyle Tegra adını verdiği APU üreterek mobil cihazlar, akıllı telefonlar pazarına girmiştir.

PPU (Physics Processing Unit), grafik işleme işlemlerinde fizik kurallarının işlenmesi için geliştirilmiş bir arabirimdir. Yer çekimi etkisi, nesnelerin çarpışmasının etkisi, nesnenin şeklinin harekete etkisi gibi işlemleri işleyen birimler olarak üretilmiştir. İlk olarak Ageia firması tarafından 2006 da geliştirilmiştir. Ancak Nvidia firması ile birleşimi sonrasında PhysX adıyla GPU lar üzerinde koşan ara katman yazılım (middleware) olarak gelişimlerine devam etmiştir.

NPU (Network Processing Unit) ağ ile ilgili işlevleri yürütmek için özel olarak tasarlanmış işlemcilerdir. Bu birimler genellikle gömülü sistemlerde bulunurlar. Kişisel bilgisayarlar alanında da ürünler geliştirilmektedir. Örneğin, Mellanox firmasının Indigo NPS-400, 400Gbps Layer 2 den Layer 7 kadar tüm servisleri içeren trafik yönetimi ve işlemci birimlerini de içerisinde barındıran C programlama diliyle geliştirme desteği içeren ürünüdür.

TPU (Tensor Processing Unit) Google tarafından TensorFlow açık kaynak kütüphanesi için geliştirilmiştir. Machine learning alanına özgü olarak geliştirilmiş uygulamaya özgü ASIC teknolojisidir. Google datacenter larında kullanılmaktadır. GPU lara nazaran azaltılmış hesaplama doğruluğu sayesinde daha az transistör kullanarak tüketilen güce göre diğerlerine nazaran daha iyi performans sunmaktadırlar. NPU (Neural Processing Unit) kısaltması da günümüzde bolca kullanılmaktadır. Neural Processor diyenler de vardır. Ayrıca, Neural Network Processor (NNP) and Intelligence Processing Unit (IPU) şeklinde de adlandırılmaktadır. Yapay zeka uygulamalarını daha verimli çalıştırılması için geliştirilmektedir.

2017