وحدة معالجة الفيزياء

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

وحدة معالجة الفيزياء ( PPU ) هي معالج دقيق مخصص مصمم للتعامل مع حسابات الفيزياء ، وخاصة في محرك الفيزياء لألعاب الفيديو . وهي مثال على تسريع الأجهزة .

قد تشمل أمثلة الحسابات التي تتضمن وحدة معالجة البيانات الديناميكية (PPU) ديناميكيات الأجسام الصلبة ، وديناميكيات الأجسام اللينة ، واكتشاف التصادم ، وديناميكيات السوائل ، ومحاكاة الشعر والملابس ، وتحليل العناصر المحدودة ، وكسر الأجسام.

تعتمد الفكرة على استخدام معالجات متخصصة لتخفيف عبء المهام التي تستغرق وقتًا طويلاً عن وحدة المعالجة المركزية (CPU) في الحاسوب، تمامًا كما تقوم وحدة معالجة الرسومات (GPU) بتنفيذ عمليات الرسومات بدلًا من وحدة المعالجة المركزية الرئيسية. وقد صاغت شركة Ageia هذا المصطلح لوصف شريحة PhysX الخاصة بها . تشترك العديد من التقنيات الأخرى في مجال معالجات وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات في بعض الميزات معها، على الرغم من أن منتج Ageia كان المنتج الوحيد المتكامل الذي صُمم وسُوّق ودُعم ووُضع في نظام يعمل حصريًا كوحدة معالجة رسومات (PPU).

تاريخ

أُجري مشروع بحثي أكاديمي مبكر في مجال وحدات معالجة البيانات (PPU) [ 1 ] [ 2 ] ، يحمل اسم SPARTA (محاكاة الفيزياء على بنية زمنية حقيقية)، في جامعة ولاية بنسلفانيا [ 3 ] وجامعة جورجيا. كانت هذه الوحدة عبارة عن وحدة معالجة بيانات بسيطة تعتمد على مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA ) وتقتصر على بُعدين. ثم جرى تطوير هذا المشروع ليصبح نظامًا أكثر تطورًا يعتمد على الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASIC) يُسمى HELLAS.

شهد شهر فبراير من عام 2006 إطلاق أول وحدة معالجة رسومية مخصصة (PPU) من نوع PhysX من شركة Ageia (التي اندمجت لاحقًا مع Nvidia ). تتميز هذه الوحدة بفعاليتها العالية في تسريع أنظمة الجسيمات ، مع تحسن طفيف في أداء فيزياء الأجسام الصلبة. [ 4 ] وقد تم توثيق وحدة معالجة الرسوميات من Ageia بالتفصيل في طلب براءة الاختراع الأمريكية رقم 20050075849. [ 5 ] لم تعد Nvidia/Ageia تُنتج وحدات معالجة الرسوميات أو حلول تسريع الأجهزة لمعالجة الفيزياء، على الرغم من دعمها حاليًا من خلال بعض وحدات معالجة الرسومات الخاصة بها.

AGEIA PhysX

أُطلق على أول معالج تم الإعلان عنه كوحدة معالجة رسومية اسم PhysX ، وقد طرحته شركة AGEIA ، وهي شركة تصميم أشباه موصلات بدون مصانع . يجب على الألعاب التي ترغب في الاستفادة من وحدة المعالجة الرسومية PhysX استخدام حزمة تطوير البرامج PhysX SDK من AGEIA (المعروفة سابقًا باسم NovodeX SDK).

يتألف من نواة RISC للأغراض العامة تتحكم في مجموعة من معالجات VLIW المخصصة بتقنية SIMD للفاصلة العائمة ، والتي تعمل في ذاكرات محلية مُخزّنة في بنوك، مع وجود وحدة تبديل لإدارة عمليات النقل بينها. لا يوجد تسلسل هرمي للذاكرة المؤقتة كما هو الحال في وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات.

كانت تقنية PhysX متوفرة من ثلاث شركات ، على غرار طريقة تصنيع بطاقات الفيديو . وكانت شركات ASUS و BFG Technologies [ 6 ] و ELSA Technologies هي الشركات المصنعة الرئيسية. كما توفرت أجهزة الكمبيوتر المزودة بهذه البطاقات مسبقًا من شركات تجميع الأنظمة مثل Alienware و Dell و Falcon Northwest [ 7 ] .

في فبراير 2008، وبعد استحواذ Nvidia على Ageia Technologies وإيقافها لاحقًا إمكانية معالجة PhysX على معالجات AGEIA PPU ووحدات معالجة الرسومات NVIDIA في الأنظمة المزودة بوحدات معالجة رسومات ATi/AMD نشطة، بدا أن PhysX قد أصبح حكرًا على Nvidia. لكن في مارس 2008، أعلنت Nvidia أنها ستجعل PhysX معيارًا مفتوحًا للجميع، [ 8 ] ما يعني أن كبرى شركات تصنيع معالجات الرسومات ستدعم PhysX في الجيل القادم من بطاقات الرسومات. كما أعلنت Nvidia أن PhysX سيكون متاحًا أيضًا لبعض بطاقات الرسومات التي أصدرتها بمجرد تحميل بعض برامج التشغيل الجديدة.

راجع محرك الفيزياء لمناقشة مشاريع البحث الأكاديمي PPU.

مواصفات أجهزة PhysX P1 (PPU)

حصلت شركتا ASUS و BFG Technologies على تراخيص لتصنيع نسخ بديلة من وحدة معالجة الرسومات AGEIA، وهي PhysX P1 المزودة  بذاكرة GDDR3 سعة 128 ميجابايت:

هافوك إف إكس

يُعد Havok SDK منافسًا رئيسيًا لـ PhysX SDK، ويُستخدم في أكثر من 150 لعبة، بما في ذلك عناوين رئيسية مثل Half-Life 2 و Halo 3 و Dead Rising . [ 12 ]

للمنافسة مع وحدة معالجة الرسومات PhysX، كان من المقرر أن تستفيد نسخة تُعرف باسم Havok FX من تقنية معالجات الرسومات المتعددة من ATI ( AMD CrossFire ) و NVIDIA ( SLI ) باستخدام البطاقات الموجودة لتسريع بعض حسابات الفيزياء. [ 13 ]

يقسم برنامج Havok محاكاة الفيزياء إلى قسمين: فيزياء التأثيرات وفيزياء اللعب . تُنقل فيزياء التأثيرات (إن أمكن) إلى وحدة معالجة الرسومات (GPU) باستخدام تعليمات Shader Model 3.0 ، بينما تُعالج فيزياء اللعب على وحدة المعالجة المركزية (CPU) كالمعتاد. ويكمن الفرق الجوهري بينهما في أن فيزياء التأثيرات لا تؤثر على اللعب (كالغبار أو الحطام الصغير الناتج عن انفجار، على سبيل المثال)؛ إذ لا تزال الغالبية العظمى من عمليات الفيزياء تُنفذ برمجياً. ويختلف هذا النهج اختلافاً كبيراً عن حزمة تطوير البرامج PhysX SDK، التي تنقل جميع العمليات الحسابية إلى بطاقة PhysX إن وُجدت.

منذ استحواذ شركة إنتل على شركة هافوك ، يبدو أن مشروع هافوك إف إكس قد تم تأجيله أو إلغاؤه. [ 14 ]

وحدة معالجة الصور (PPU) مقابل وحدات معالجة الرسومات (GPU)

أدى التوجه نحو معالجة الرسومات للأغراض العامة (GPGPU) إلى جعل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) أكثر ملاءمةً لأداء وظيفة وحدة معالجة الرسومات (PPU)؛ حيث أضافت DX10 أنواع بيانات عددية صحيحة، وبنية تظليل موحدة، ومرحلة تظليل هندسية تسمح بتنفيذ نطاق أوسع من الخوارزميات؛ وتدعم وحدات معالجة الرسومات الحديثة تظليل الحوسبة ، الذي يعمل عبر مساحة مفهرسة ولا يتطلب أي موارد رسومية، بل مجرد مخازن بيانات للأغراض العامة. كما توفر NVidia CUDA مزيدًا من الإمكانيات في مجال التواصل بين الخيوط ومساحة عمل مؤقتة مرتبطة بالخيوط.

ومع ذلك، فإن وحدات معالجة الرسومات مبنية حول عدد أكبر من الخيوط ذات زمن الوصول الأطول والأبطأ، ومصممة حول مسارات بيانات النسيج وإطار المخزن المؤقت، وأداء التفرع الضعيف؛ وهذا يميزها عن وحدات معالجة الرسومات ووحدات Cell باعتبارها أقل تحسينًا لتولي مهام محاكاة عالم اللعبة.

يدعم مُجمِّع Codeplay Sieve وحدة معالجة الرسومات (PPU)، مما يشير إلى أن شريحة Ageia physX مناسبة لمهام GPGPU. مع ذلك، يبدو من غير المرجح أن تسعى Ageia إلى دخول هذا السوق.

PS2 – VU0

على الرغم من اختلافها الكبير عن PhysX، يمكن القول إن وحدة VU0 في جهاز PlayStation 2 تُعدّ تطبيقًا مبكرًا ومحدودًا لوحدة معالجة الرسومات (PPU). في المقابل، يمكن وصف وحدة معالجة الرسومات لمبرمج PS2 بأنها بديل متطور لوحدة VU0. صُممت ميزاتها وموقعها داخل النظام لتسريع مهام تحديث الألعاب، بما في ذلك الفيزياء والذكاء الاصطناعي؛ إذ يمكنها تفريغ هذه العمليات الحسابية من خلال مسار تعليماتها الخاص بينما يعمل المعالج المركزي على مهام أخرى. مع ذلك، وباعتبارها معالج إشارة رقمية (DSP)، فهي تعتمد بشكل كبير على المعالج المركزي لأداء مهام مفيدة في محرك اللعبة، ولن تكون قادرة على تنفيذ واجهة برمجة تطبيقات فيزيائية كاملة، لذا لا يمكن تصنيفها كوحدة معالجة رسومات. كما أن وحدة VU0 قادرة على توفير طاقة معالجة إضافية للرؤوس، على الرغم من أن هذه الخاصية تعود إلى مسارات النظام أكثر من كونها خاصية للوحدة نفسها.

هذا الاستخدام مشابه لـ Havok FX أو فيزياء وحدة معالجة الرسومات من حيث أن قوة الفاصلة العائمة للأغراض العامة لوحدة مساعدة تُستخدم لتكملة وحدة المعالجة المركزية في أدوار الرسومات أو الفيزياء.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ S. Yardi, B. Bishop, T. Kelliher, “ HELLAS: A Specialised Architecture for Interactive Deformable Object Modeling Archived 2023-05-09 at the Wayback Machine “, ACM Southeast Conference, Melbourne, FL, March 10–12, 2006, pp. 56–61.
  2. ↑ ب. بيشوب، ت. كيليهر، " أجهزة متخصصة لنمذجة الأجسام القابلة للتشوه مؤرشفة 2023-05-13 في Wayback Machine "، معاملات IEEE للدوائر والأنظمة لتكنولوجيا الفيديو، 13(11):1074–1079، نوفمبر 2003.
  3. ↑ "الصفحة الرئيسية لسبارتا" . Cse.psu.edu. مؤرشف من الأصل بتاريخ 30 يوليو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2010 .
  4. ↑ "حصري: أسوس تكشف النقاب عن جهاز AGEIA PhysX" . موقع AnandTech. مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 سبتمبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2010 .
  5. ↑ "طلب براءة اختراع الولايات المتحدة: 0050086040" . Appft1.uspto.gov. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 فبراير 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2010 .
  6. ↑ ":::بيان صحفي:::" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-04-2006 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-06-2011 .
  7. ↑ إعلان BFG Tech لجهاز PhysX . مجلة Maximum PC . مجلة Future US . مايو 2006. ص 6. الرقم الدولي الموحد للدوريات 1522-4279 . تاريخ الاسترجاع: 16 سبتمبر 2009 .  
  8. ↑ تقدم Nvidia دعم PhysX لبطاقات AMD / ATI. مؤرشف بتاريخ 13 مارس 2008 في Wayback Machine.
  9. ↑ "أسئلة وأجوبة حول PhysX" . شركة NVIDIA. 28 نوفمبر 2018.
  10. ↑ نيكولاس بلاشفورد (2006). "دعونا نصبح فيزيائيين: داخل معالج الفيزياء PhysX" .
  11. ↑ http://www.legitreviews.com/article/346/2/ مراجعات موثوقة - بطاقة ASUS AGEIA PhysX P1
  12. ↑ "ألعاب تستخدم هافوك" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15-04-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-02-2007 .
  13. ↑ معلومات منتج هافوك إف إكس مؤرشفة بتاريخ 2007-03-02 في أرشيف الإنترنت
  14. ↑ شيلوف، أنطون (19 نوفمبر 2007). "رئيس علاقات المطورين في AMD: فيزياء وحدة معالجة الرسومات في مهدها حاليًا" . مختبرات إكسبت. مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 26 نوفمبر 2007 .
  15. ↑ https://www.digipart.com/part/UA6528
  • الموقع الرسمي لشركة AGEIA (غير متوفر حاليًا)
  • موقع معالج AGEIA Physx (غير متوفر حاليًا)
  • المشاريع التي تستخدم حزمة تطوير البرامج PhysX (لم تعد متوفرة)
  • مراجعة بطاقة BFG AGEIA PhysX
  • صفحة أخبار ومعلومات بلانيت فيزيكس (غير متوفرة حاليًا)
  • مكونات الحاسوب الشخصي: مقابلة حول برنامج AGEIA PhysX (غير متوفرة حاليًا)
  • منظور الحاسوب الشخصي: معاينة وحدة معالجة الفيزياء AGEIA PhysX (غير متوفرة حاليًا)
  • محرك الفيزياء Havok FX (مكتبة البرمجيات الوسيطة) SDK (لم يعد متوفرًا)
  • مجموعة أدوات NVIDIA CUDA وSDK
  • مجموعة أدوات PhysX وSDK