Laitteistokiihdytystä

Laitteistokiihdytys tarkoittaa tehtävien suorittamisen käyttämällä erikoislaiteita – kuten näytönohjaimia (GPU), kiihdytin- tai ASIC-siruja – pääprosessorin (CPU) rinnalla tai sen tilalla. Tällainen kiihdytys parantaa suorituskykyä ja energiatehokkuutta erityisesti tehtävissä, joissa on runsaasti rinnakkaislaskentaa tai suuria datavirtoja.

Yleisiä sovelluskohteita ovat grafiikan renderöinti, videon dekoodaus ja koodaus sekä kryptografiset ja signaalinkäsittelytehtävät. Nykyään laitteistokiihdytys on keskeistä myös tekoälylle ja koneoppimiselle, joissa erilliset kiihdyttimet nopeuttavat neuroniverkkojen laskentaa. Käytännössä ohjelmistot siirtävät raskaita operaatioita laitteistokiihdyttimelle ajurin ja ohjelmointirajapintojen kautta (esim OpenGL/Vulkan/DirectX, CUDA/OpenCL, Media Codec API).

Edut ovat suurempi läpimenoaika, pienempi CPU-käyttö ja parempi energiatehokkuus. Haasteisiin kuuluu laitteistojen ja ajurien yhteensopivuus sekä ohjelmiston tuki, mahdollinen riippuvuus valmistajista, sekä turvallisuusnäkökulmat kuten DMA-ohjauksen rajoittaminen ja IOMMU-tuki. Vahvat erot voivat ilmetä myös laitteiston obsolenssissa sekä siirtoprosessien aiheuttamassa viiveessä tiedon siirtäessä kiihdyttimelle.

Esimerkkejä käytöstä ovat videon dekoodaus ja koodaus näytönohjaimilla (Intel Quick Sync, NVIDIA NVENC/NVDEC, AMD VCN), 3D-grafiikka ja peli-kiihdytys sekä tekoälyä ja signaalinkäsittelyä koskevat sovellukset, joissa erilliset kiihdyttimet suorittavat laskennan. Käyttöönotto riippuu sekä käyttöjärjestelmästä että sovelluksesta: asetuksia laitteistokiihdytyksen käyttöön ottamiseksi tai pois ottamiseksi tarjotaan usein sekä järjestelmän että sovelluksen tasolla.