Графический процессор (GPU)

Процессор с тысячами простых ядер для массовых параллельных вычислений: графика, видео и обучение нейронных сетей.

Графический процессор (GPU, Graphics Processing Unit) изначально создавался, чтобы рисовать изображение на экране: рассчитать цвет каждого из миллионов пикселей кадра. Эта задача идеально делится на части — каждый пиксель считается независимо. Поэтому GPU устроен иначе, чем центральный процессор: вместо нескольких сложных ядер у него тысячи простых, которые одновременно выполняют одну и ту же операцию над разными данными.

CPU и GPU

CPU GPU
Ядра Единицы и десятки, сложные и универсальные Тысячи, простые
Сильная сторона Разнообразные задачи с ветвлениями и логикой Одна операция над огромным массивом данных
Типичная работа Операционная система, базы данных, бизнес-логика Графика, видео, нейросети, научные расчеты

Сравнение часто описывают так: CPU — несколько опытных инженеров, которые решат любую задачу, а GPU — тысяча помощников, которые очень быстро выполняют одну простую операцию все вместе.

Вычисления общего назначения

В 2007 году NVIDIA выпустила платформу CUDA, которая позволила использовать видеокарты не только для графики, но и для любых массовых вычислений. Вскоре выяснилось, что обучение нейронных сетей — это как раз огромное количество однотипных умножений матриц. Современный бум искусственного интеллекта, включая большие языковые модели, стал возможен во многом благодаря GPU.

Что важно в GPU для вычислений

  • Объем видеопамяти. Модель и данные должны помещаться в память GPU. Для больших языковых моделей это часто главное ограничение.
  • Пропускная способность памяти — как быстро данные доходят до вычислительных ядер. В серверных ускорителях используют сверхбыструю память HBM.
  • Поддержка вычислений пониженной точности, которые ускоряют работу нейросетей в разы.
  • Связь между ускорителями, когда модель обучается сразу на многих GPU.

Где применяются

  • Обучение и работа моделей машинного обучения, компьютерного зрения, распознавания речи.
  • Кодирование и обработка видео.
  • Научные и инженерные расчеты, моделирование.
  • Рабочие места дизайнеров, инженеров, 3D-визуализация.

Практические вопросы

Серверные GPU дороги и потребляют много энергии, а поставки самых мощных моделей в Россию ограничены экспортными правилами. Поэтому компании часто арендуют GPU-мощности в российских облаках, а для работы готовых моделей (а не их обучения) выбирают модели поменьше, которые помещаются на доступные ускорители. Для многих задач бизнеса — табличные данные, отчеты, обычные веб-сервисы — GPU не нужен вовсе.