سرور GPU چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سرورهای GPU دارای پردازنده ای با هسته های بسیار زیاد است که توان پردازش داده های حجیم در زمان کوتاه را دارد، سرورGPU به عنوان یکی از مهم‌ترین ابزارهای پردازشی در زمینه‌های مختلفی چون یادگیری ماشین، رندرینگ گرافیکی، تحلیل داده‌های بزرگ و سنگین و برنامه‌های علمی مطرح شده‌اند. GPU مخفف عبارت Graphics Processing Unit یا همان واحد پردازش گرافیکی است، ما در این مقاله قصد داریم به نحوه کار کردن GPU  و انواع کاربردها و مزایا و معایب آن بپردازیم و به بررسی جزئیات این نوع سرور و کاربردهای آن خواهیم پرداخت.

سرورهای GPU می‌توانند هم به صورت سرور مجازی و هم به صورت سرور های اختصاصی ارائه شوند. هر کدام از این روش‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و انتخاب بین آن‌ها به نیازها و بودجه شما بستگی دارد.

سرور GPU چگونه کار می‌کند؟

برخلاف CPU  که برای انجام وظایف عمومی محاسباتی استفاده می‌شود، GPU برای انجام پردازش‌های سنگین موازی بهینه‌سازی شده است. سرور GPU  با قدرت بالا پردازش‌هایی را که نیاز به توان محاسباتی بالا دارند به شکل بهینه‌تری انجام دهد.

تفاوت سرور GPU با سرورهای معمولی

از تفاوت‌های بارز سرور GPU نسبت به سرورهای معمولی میتوان به این اشاره کرد که GPU با توجه به ساختاری که دارد برای عملیات‌های موازی و در تعداد بالا بسیار مفید است، اما سرور CPU از چندین هسته تشکیل شده است، اما با توجه به ساختاری که دارد پردازش سریالی (Sequential) طراحی شده و نمیتوان توقع پردازش با سرعت بالا و فرایند ها و کارهای پیچیده داشته باشیم.

توان محاسباتی بالا

سرورهای گرافیکی توانایی پردازش حجم زیادی از داده‌ها را به صورت همزمان دارند. این امر باعث می‌شود تا این سرورها برای کاربردهایی که به قدرت پردازش موازی نیاز دارند، مانند تحلیل داده‌های بزرگ و یادگیری ماشین، بسیار مناسب باشند.

کاربرد در هوش مصنوعی و یادگیری ماشین

اهمیت یادگیری ماشین و هوش مصنوعی بسیار بالاست و به یکی از مهم‌ترین حوزه‌های پژوهشی و صنعتی تبدیل شده‌ است. اجرای مدل‌های یادگیری عمیق (Deep Learning) به قدرت پردازش زیادی نیاز دارد که معمولاً توسط CPU‌ها به کندی انجام می‌شود. سرورهای GPU به دلیل قابلیت پردازش موازی بسیار بالاتر، برای این کاربردها بسیار مناسب‌ترند.

رندرینگ و طراحی گرافیکی

سرور گرافیکی برای انجام پردازش‌های سنگین گرافیکی، از جمله رندرینگ سه‌بعدی و ویرایش ویدئو، استفاده می‌شود. کارت‌های گرافیکی توانایی پردازش تصویر و مدل‌سازی سه‌بعدی را با سرعت بسیار بیشتری نسبت به CPU دارند و به همین دلیل طراحان و گرافیست‌ها معمولاً از سرورهای GPU برای انجام کارهای خود استفاده می‌کنند.

مزایای استفاده از سرور GPU

• سرعت بالا در پردازش داده‌های حجیم

یکی از مهم‌ترین مزایای سرورهای گرافیکی، سرعت بالا در پردازش داده‌های حجیم است. به لطف توانایی پردازش موازی، سرورهای GPU می‌توانند حجم زیادی از اطلاعات را به صورت همزمان پردازش کنند. این ویژگی به ویژه در یادگیری ماشین و هوش مصنوعی بسیار حیاتی است.

• کاهش هزینه‌ها

استفاده از سرور GPU می‌تواند به کاهش هزینه‌های کلی محاسباتی کمک کند. به جای استفاده از چندین سرور CPU برای انجام پردازش‌های سنگین، می‌توان از یک سرور گرافیکی با کارت‌های قدرتمند استفاده کرد که هم از نظر مصرف انرژی و هم از نظر هزینه‌های نگهداری به صرفه‌تر است.

• مقیاس‌پذیری

یکی دیگر از مزایای مهم سرورهای گرافیکی این است که به راحتی قابل مقیاس‌بندی هستند. می‌توان کارت‌های گرافیکی بیشتری به سرور اضافه کرد تا ظرفیت پردازش افزایش یابد.

موارد استفاده از سرور GPU

• هوش مصنوعی و یادگیری عمیق

در حوزه هوش مصنوعی و یادگیری عمیق، سرورهای GPU نقش مهمی دارند، مدل‌های یادگیری عمیق نیاز به پردازش داده‌های حجیم دارند که تنها با GPU‌ها می‌توان این کار را به طور کارآمد انجام داد.

• بازی‌های ویدیویی

صنعت بازی‌های ویدیویی یکی از دیگر از کاربران اصلی سرورهای GPU است زیرا بازی‌های پیشرفته‌ی امروزی نیاز به پردازش گرافیک‌های پیچیده و سنگین دارند که بدون استفاده از کارت‌های گرافیک قوی امکان‌پذیر نخواهد بود.

• تحلیل داده‌ها

یکی دیگر از کاربردهای مهم سرورهای گرافیکی در زمینه تحلیل داده‌های بزرگ (Big Data) است. برای پردازش و تحلیل حجم زیادی از داده‌ها در زمان کوتاه، سرور GPU می‌تواند گزینه‌ای بسیار مناسب باشد.

• رندرینگ سه‌بعدی

در صنعت رندرینگ سه‌بعدی، استفاده از سرورهای گرافیکی به طور فزاینده‌ای رایج شده است. طراحی‌ها و شبیه‌سازی‌های پیچیده به منابع پردازشی فراوانی نیاز دارند که تنها توسط کارت‌های گرافیک قدرتمند قابل انجام است.

نکات مهم در انتخاب سرور GPU

• نیاز به پردازش موازی

در انتخاب سرور GPU باید به نیازهای پردازشی خود توجه داشته باشید. اگر برنامه‌ها و کاربردهای شما نیاز به پردازش موازی دارند، استفاده از سرور گرافیکی می‌تواند بهترین انتخاب باشد.

• تعداد کارت‌های گرافیکی

سرورهای GPU معمولاً قابلیت استفاده از چندین کارت گرافیکی را دارند. با توجه به نیازهای محاسباتی خود، می‌توانید تعداد کارت‌های گرافیکی را تنظیم کنید.

• حافظه و پهنای باند

حافظه و پهنای باند کارت گرافیک از دیگر عواملی است که باید در انتخاب سرور گرافیکی به آن‌ها توجه کنید. کارت‌هایی با حافظه بیشتر و پهنای باند بالا، توانایی پردازش بهتری دارند.

معایب سرور GPU

• هزینه بالا

یکی از معایب اصلی سرورهای GPU هزینه بالای آن‌ها است. خرید و نگهداری این نوع سرورها می‌تواند پرهزینه باشد، به ویژه اگر نیاز به چندین کارت گرافیکی داشته باشید.

• پیچیدگی در مدیریت

سرورهای گرافیکی به دلیل ساختار پیچیده‌تر و نیاز به مدیریت دقیق‌تر ممکن است دشوارتر از سرورهای معمولی باشند. مدیریت خنک‌سازی و بهینه‌سازی منابع در این سرورها نیازمند تخصص است.

کاربردهای سرور GPU

1. پردازش گرافیکی

سرورهای GPU برای پردازش گرافیکی بسیار کارآمد هستند. از این سرورها می‌توان برای رندرینگ تصاویر سه‌بعدی، بازی‌های رایانه‌ای و تولید محتوای گرافیکی با کیفیت بالا استفاده کرد. به دلیل قدرت بالای پردازش گرافیکی، این سرورها برای طراحان، هنرمندان دیجیتال و توسعه‌دهندگان بازی‌های ویدئویی ایده‌آل هستند.

2. هوش مصنوعی و یادگیری عمیق

هوش مصنوعی و یادگیری عمیق دو حوزه‌ای هستند که نیازمند حجم بالایی از محاسبات پیچیده و داده‌های حجیم هستند. سرورهای GPU با توانایی پردازش موازی می‌توانند به طرز چشمگیری سرعت اجرای الگوریتم‌های هوش مصنوعی را افزایش دهند. این امر به ویژه در پردازش‌های مرتبط با شبکه‌های عصبی عمیق (Deep Neural Networks) مؤثر است.

3. تحلیل داده‌های بزرگ

تحلیل Big Data یکی از چالش‌های اصلی سازمان‌ها و شرکت‌های بزرگ است. سرورهای GPU می‌توانند در تجزیه و تحلیل داده‌های حجیم و پیچیده به صورت همزمان کار کنند و نتایج دقیق‌تری را در زمان کمتری ارائه دهند. این کاربردها به ویژه در حوزه‌هایی مانند پزشکی، بیوانفورماتیک و تجارت الکترونیک بسیار مهم هستند.

4. شبیه‌سازی‌های علمی

در برخی پروژه‌های علمی که نیاز به شبیه‌سازی‌های پیچیده دارند، مانند پیش‌بینی وضعیت آب و هوا، شبیه‌سازی‌های فضایی یا تحلیل‌های مولکولی، سرورهای GPU می‌توانند کمک شایانی به انجام سریع‌تر و دقیق‌تر این شبیه‌سازی‌ها کنند.

چه نوع GPUهایی برای سرور مناسب هستند؟

انتخاب GPU مناسب برای سرور بستگی به نوع کاربرد، نیازهای محاسباتی، بودجه و همچنین سطح پیچیدگی کارهایی دارد که قرار است انجام شوند. انواع مختلف GPUها با ویژگی‌ها و قابلیت‌های متنوع در بازار وجود دارند که می‌توان آن‌ها را به چند دسته کلی تقسیم کرد:

GPUهای مناسب برای سرور بسته به نوع کاربرد و نیازهای محاسباتی به چند دسته تقسیم می‌شوند:

GPUهای حرفه‌ای

مناسب برای کارهای گرافیکی سنگین مانند رندرینگ سه‌بعدی و طراحی، مانند NVIDIA Quadro و AMD Radeon Pro

GPUهای تسلا و سروری (Data Center GPUs)

مخصوص محاسبات پیچیده و موازی در مراکز داده، مانند NVIDIA Tesla و NVIDIA A100 که در یادگیری ماشین و تحلیل داده‌ها استفاده می‌شوند.

GPUهای گیمینگ پیشرفته

برای پردازش گرافیک‌های سنگین در بازی‌ها و رندرینگ، مثل NVIDIA GeForce RTX 3090 و AMD Radeon RX 6900 XT

GPUهای محاسبات علمی

برای محاسبات پیچیده و یادگیری عمیق، مانند NVIDIA V100 و AMD Instinct MI200

GPUهای اقتصادی و میان‌رده

برای کاربردهای سبک‌تر و کم‌هزینه‌تر، مثل NVIDIA GeForce GTX 1660

با توجه به این موارد، معیارهای انتخاب شامل نوع کاربرد، حافظه و پهنای باند، توان پردازشی و پشتیبانی از نیازمندیهای شما است که در اینجا به طور مختصر به بررسی این معیار ها میپردازیم.

معیارهای انتخاب GPU برای سرور

1. انواع کاربرد

اولین و مهم‌ترین معیار در انتخاب GPU برای سرور، نوع کاربرد است. اگر سرور برای انجام پردازش‌های گرافیکی سنگین مانند رندرینگ سه‌بعدی، بازی‌های ویدیویی یا ویرایش ویدئو استفاده می‌شود، باید از کارت‌های گرافیکی حرفه‌ای یا گیمینگ استفاده کنید. اما اگر هدف انجام محاسبات علمی و یادگیری عمیق است، باید از GPUهای مناسب مراکز داده یا تسلا استفاده کنید.

2. حافظه و پهنای باند

حافظه و پهنای باند کارت گرافیکی، نقش بسیار مهمی در عملکرد آن دارند. برای پردازش‌های سنگین‌تر، به کارت‌هایی با حافظه بالاتر و پهنای باند بیشتر نیاز است.

3. قدرت پردازش

توان پردازشی GPU با تعداد هسته‌ها و نوع هسته‌های پردازشی آن مشخص می‌شود. هرچه تعداد هسته‌ها بیشتر باشد، کارت می‌تواند پردازش‌های بیشتری را به طور همزمان انجام دهد.

4. پشتیبانی از CUDA و OpenCL

اگر برنامه‌های شما از CUDA (فناوری NVIDIA) یا OpenCL (استاندارد عمومی برای پردازش موازی) استفاده می‌کنند، باید مطمئن شوید که کارت گرافیکی شما از این فناوری‌ها پشتیبانی می‌کند.

بطور کلی

انتخاب GPU برای سرور به نوع کاربرد، بودجه و نیازهای محاسباتی شما بستگی دارد. کارت‌های گرافیکی حرفه‌ای مانند NVIDIA Quadro و AMD Radeon Pro برای پردازش‌های گرافیکی سنگین مناسب هستند. برای کاربردهای علمی و محاسباتی پیچیده، کارت‌های سری NVIDIA Tesla و AMD MI100 توصیه می‌شوند. در حالی که اگر نیاز به پردازش‌های گرافیکی سبک‌تر دارید، می‌توانید از GPUهای اقتصادی و میان‌رده مانند NVIDIA GeForce GTX استفاده کنید.

سرور GPU برای چه کسب‌وکارهایی مناسب است؟

شرکت‌های فعال در حوزه هوش مصنوعی

شرکت‌هایی که در حوزه هوش مصنوعی و یادگیری عمیق فعالیت می‌کنند، برای انجام پردازش‌های سنگین خود به سرور GPU نیاز دارند. این نوع سرورها به آن‌ها امکان می‌دهد تا مدل‌های پیچیده یادگیری ماشین را به سرعت آموزش دهند و از نتایج بهره‌برداری کنند.

استودیوهای طراحی و انیمیشن‌سازی

استودیوهایی که در زمینه طراحی سه‌بعدی و انیمیشن‌سازی فعالیت می‌کنند، برای رندرینگ تصاویر و ویدئوهای با کیفیت بالا به سرورهای گرافیکی نیاز دارند. این سرورها می‌توانند حجم زیادی از کارهای پردازشی را با سرعت بالا انجام دهند.

شرکت‌های فعال در حوزه بازی‌های ویدیویی

صنعت بازی‌سازی یکی دیگر از زمینه‌هایی است که به طور گسترده از سرورهای GPU استفاده می‌کند. بازی‌های با کیفیت بالا نیاز به پردازش گرافیک‌های پیچیده دارند که تنها با GPUها قابل انجام است.