硬體加速
此條目需要補充更多來源。 (2023年10月13日) |
硬體加速是指在電腦中通過把計算量非常大的工作分配給專門的硬體來處理以減輕中央處理器的工作量之技術。尤其是在圖像處理中這個技術經常被使用。
例如，雷神之錘3是第一個必須要求硬體加速的3D遊戲。Google Chrome瀏覽器也設置了「硬體加速」功能，用戶可根據需求開啟或關閉此功能。
技術
中央處理器的結構使得它能夠在短時間內完成各種各樣不同的指令。它能夠處理什麼指令主要由軟體限制。但是由於中央處理器的結構有些重複任務無法非常有效和迅速地被處理。由於軟體的原因處理器優化的可能性有限。
通過使用專門為這樣的重複任務設計的特殊硬體元件（晶片或者處理器）可以解決這個問題。這些特殊硬體元件不必像中央處理器那樣靈活，因此它們的硬體設計就已經顧及了優化處理這些特殊問題的需要，這樣一來中央處理器有時間去處理其它任務。
有些任務能夠通過把它們分解為上千小任務非常有效地被解決。比如對一定的頻率帶做傅立葉變換或者渲染一小塊圖像。這些小任務可以互相之間不相關地平行計算。通過大量平行計算，即適用大量平行運行的小處理器來處理這些特殊任務總的計算速度可以大大提高。在許多情況下計算速度隨平行處理器的數量線性提高。比如在GeForce 200圖像卡上192個流處理器平行運行[1]。
從有效利用能源的角度出發這樣的平行計算也有意義。能源使用隨平行處理器的數量線性提高，而隨處理器頻率成平方比提高。因此通過平行運算處理器的頻率不必過高，使用的能量也比較少。
顯示卡
在電腦技術起步的時候屏幕顯示是中央處理器的任務。後來一塊專門的晶片被用來顯示螢光屏上的字符。再後來圖像晶片還開始管理自己的顯示記憶體和顯示顏色。隨著圖形用戶界面的出現顯示卡開始處理簡單的、一再重複出現的任務，比如畫方塊、直線和圓。作業系統把這些圖像指令傳給特殊的顯示卡驅動程序，再由這些驅動程序交給顯示卡處理。中央處理器雖然也可以在軟體狀態下處理這些任務，但是這樣的話電腦的速度就要慢得多。
1996年出現了所謂的三維顯示卡。一開始它們的任務是非常快地把三角形（由多面體組成的三維物體的基本結構）寫到顯示記憶體中去並為它們覆蓋上相應的表面結構（比如3dfx的Voodoo卡[2]）。2000年初計算三維模型的任務也轉到了顯示卡上去了（所謂的T&L元件）。從約2006年開始顯示卡也越來越多地開始通過所謂的物理處理器（如NVIDIA PhysX）來計算三維模型的物理運動[3]。