Физический процессор

Физический процессор ( PPU ) — это специальный микропроцессор, вычислений для выполнения физических , особенно в физическом движке видеоигр предназначенный . Это пример аппаратного ускорения .

Примеры вычислений с использованием PPU могут включать динамику твердого тела , динамику мягкого тела , обнаружение столкновений , динамику жидкости волос и , моделирование одежды , анализ методом конечных элементов и разрушение объектов.

Идея заключается в том, чтобы специализированные процессоры разгрузили процессор компьютера от трудоемких задач, подобно тому, как графический процессор выполняет графические операции вместо основного процессора. Этот термин был придуман компанией Ageia для описания своего чипа PhysX . Несколько других технологий в спектре CPU-GPU имеют некоторые общие черты с ним, хотя продукт Ageia был единственным полностью разработанным, продаваемым, поддерживаемым и размещенным в системе исключительно как PPU.

История

Ранний академический исследовательский проект PPU ^[1]^[2] под названием SPARTA (Моделирование физики на архитектуре реального времени) было выполнено в Университете штата Пенсильвания. ^[3] и Университет Джорджии. Это был простой PPU на базе FPGA , который был ограничен двумя измерениями. Этот проект был расширен до значительно более совершенной системы на базе ASIC под названием HELLAS.

В феврале 2006 года был выпущен первый специализированный PPU PhysX от Ageia (позже объединенный с Nvidia ). Устройство наиболее эффективно ускоряет системы частиц , при этом в физике твердого тела наблюдается лишь небольшое улучшение производительности. ^[4] Ageia PPU подробно описана в заявке на патент США № 20050075849. ^[5] Nvidia/Ageia больше не производит PPU и аппаратное ускорение для обработки физики, хотя теперь это поддерживается некоторыми из их графических процессоров.

Академические исследовательские проекты ППУ
Пример анимации СПАРТЫ
СПАРТА Печатная плата
Эллада умирает фото

AGEIA PhysX

рекламируемый как PPU, был назван чипом PhysX , представленным полупроводниковой компанией AGEIA Первый процессор , . Игры, желающие воспользоваться преимуществами PhysX PPU, должны использовать PhysX SDK AGEIA (ранее известный как NovodeX SDK).

Он состоит из ядра RISC общего назначения, управляющего массивом специальных SIMD с плавающей запятой -процессоров VLIW , работающих в локальных банках памяти, с коммутационной фабрикой для управления передачами между ними. Здесь нет иерархии кэша , как в процессоре или графическом процессоре.

PhysX был доступен от трех компаний, аналогично тому, как видеокарты производятся . ASUS , БФГ Технологии , ^[6] и ELSA Technologies были основными производителями. Компьютеры с уже установленными картами можно было приобрести у таких производителей систем, как Alienware , Dell и Falcon Northwest . ^[7]

В феврале 2008 года, после того как Nvidia купила Ageia Technologies и в конечном итоге отрезала возможность обработки PhysX на PPU AGEIA и графических процессорах NVIDIA в системах с активными графическими процессорами ATi/AMD, казалось, что PhysX на 100% перешел в собственность Nvidia. Но в марте 2008 года Nvidia объявила, что сделает PhysX открытым стандартом для всех. ^[8] поэтому основные производители графических процессоров будут иметь поддержку PhysX в видеокартах следующего поколения. Nvidia объявила, что PhysX также будет доступен для некоторых из выпущенных ею видеокарт, просто загрузив несколько новых драйверов.

См. физический движок для обсуждения академических исследовательских проектов PPU.

Аппаратные характеристики PhysX P1 (PPU)

ASUS и BFG Technologies купили лицензии на производство альтернативных версий PPU AGEIA, PhysX P1 со 128 МБ GDDR3:

Многоядерное устройство на базе архитектуры MIPS со встроенным аппаратным обеспечением ускорения физики и подсистемой памяти с «тонной ядер». ^[9]^[10]
- 125 миллионов транзисторов ^[11]
- 182 мм ² матрицы размер
- Процесс изготовления: 130 нм
- Пиковая потребляемая мощность: 30 Вт
Память: 128 МБ GDDR3 оперативной памяти со 128-битным интерфейсом.
32-битный PCI 3.0 (ASUS также выпустила карту версии PCI Express )
Тесты на столкновение сфер : 530 миллионов в секунду (максимальная возможность)
Испытания на выпуклые столкновения: 530 000 в секунду (максимальная возможность)
Пиковая пропускная способность команд: 20 миллиардов в секунду

Хавок FX

Havok Half SDK является основным конкурентом PhysX SDK, используемым в более чем 150 играх, включая такие крупные игры, как -Life 2 , Halo 3 и Dead Rising . ^[12]

Чтобы конкурировать с PhysX PPU, версия, известная как Havok FX, должна была использовать преимущества технологии нескольких графических процессоров от ATI ( AMD CrossFire ) и NVIDIA ( SLI ), используя существующие карты для ускорения определенных физических вычислений. ^[13]

Havok разделяет симуляцию физики на физику эффектов и физику игрового процесса , при этом физика эффектов выгружается (если возможно) в графический процессор в виде инструкций Shader Model 3.0 , а физика игрового процесса обрабатывается в процессоре как обычно. Важным различием между ними является то, что физика эффектов не влияет на игровой процесс (например, пыль или мелкий мусор от взрыва); подавляющее большинство физических операций по-прежнему выполняется программным обеспечением. Этот подход существенно отличается от PhysX SDK, который переносит все вычисления на карту PhysX, если она имеется.

После приобретения Havok компанией Intel , Havok FX, похоже, был отложен или отменен. ^[14]

ППУ против. графические процессоры

Стремление к GPGPU сделало графические процессоры более подходящими для работы в качестве PPU; В DX10 добавлены целочисленные типы данных, унифицированная архитектура шейдеров и этап геометрического шейдера, который позволяет реализовать более широкий спектр алгоритмов; Современные графические процессоры поддерживают вычислительные шейдеры , которые работают в индексированном пространстве и не требуют никаких графических ресурсов, а только буферов данных общего назначения. NVidia CUDA предоставляет немного больше возможностей межпоточного взаимодействия и рабочего пространства в стиле блокнота, связанного с потоками.

Тем не менее, графические процессоры построены на основе большего количества более длительных задержек, более медленных потоков и разработаны с учетом путей данных текстур и кадрового буфера, а также низкой производительности ветвления; это отличает их от PPU и Cell , поскольку они менее хорошо оптимизированы для выполнения задач моделирования игрового мира.

Компилятор Codeplay Sieve поддерживает PPU, что указывает на то, что чип Ageia physX подойдет для задач типа GPGPU. Однако Ageia, похоже, вряд ли будет стремиться выйти на этот рынок.

ПС2 – ВУ0

сильно отличается от PhysX, можно утверждать, что PlayStation 2 для Хотя VU0 это ранняя ограниченная реализация PPU. И наоборот, можно было бы описать PPU программисту PS2 как развитую замену VU0. Его набор функций и размещение в системе направлены на ускорение задач обновления игр, включая физику и искусственный интеллект; он может разгрузить такие вычисления, работая над собственным потоком команд, в то время как ЦП работает над чем-то другим. Однако, будучи DSP, он гораздо больше зависит от ЦП при выполнении полезной работы в игровом движке и не способен реализовать полный физический API, поэтому его нельзя классифицировать как PPU. Также VU0 способен обеспечить дополнительную мощность обработки вершин, хотя это скорее свойство путей в системе, а не самого устройства.

Это использование похоже на Havok FX или физику графического процессора в том смысле, что мощность вспомогательного блока с плавающей запятой общего назначения используется в дополнение к процессору в графических или физических функциях.

См. также

Физика
Адаптева
КЛЕТКА
Цифровой сигнальный процессор
Вычисления общего назначения на графических процессорах (GPGPU) - для применения существующих графических процессоров к тем же физическим задачам, для которых предназначены PPU.
Студия робототехники Майкрософт
OpenCL
Слой физической абстракции
Оперативная память Scratchpad – относится к архитектуре распределенной памяти Ageia PhysX PPU.
Блок обработки изображений
UA6528 Цена и наличие

Ссылки

^ С. Ярди, Б. Бишоп, Т. Келлихер, « ЭЛЛАДА: Специализированная архитектура для интерактивного моделирования деформируемых объектов », Юго-восточная конференция ACM, Мельбурн, Флорида, 10–12 марта 2006 г., стр. 56–61.
^ Б. Бишоп, Т. Келлихер, « Специализированное оборудование для моделирования деформируемых объектов », Транзакции IEEE в схемах и системах для видеотехнологий, 13 (11): 1074–1079, ноябрь 2003 г.
^ «Домашняя страница СПАРТЫ» . Cse.psu.edu. Архивировано из оригинала 30 июля 2010 г. Проверено 16 августа 2010 г.
^ «Эксклюзив: ASUS представляет аппаратное обеспечение AGEIA PhysX» . АнандТех . Проверено 16 августа 2010 г.
^ «Заявка на патент США: 0050086040» . Appft1.uspto.gov. Архивировано из оригинала 10 февраля 2020 г. Проверено 16 августа 2010 г.
^ ":::Выпуск новостей:::" . Архивировано из оригинала 26 апреля 2006 г. Проверено 8 июня 2011 г.
^ «Реклама BFG Tech для PhysX» . Максимум ПК . Будущие США . Май 2006. с. 6. ISSN 1522-4279 . Проверено 16 сентября 2009 г.
^ Nvidia предлагает поддержку PhysX для AMD / ATI. Архивировано 13 марта 2008 г. на Wayback Machine.
^ «Часто задаваемые вопросы по PhysX» . Корпорация NVIDIA. 28 ноября 2018 г.
^ Николас Блачфорд (2006). «Давайте займемся физическими вопросами: внутри физического процессора PhysX» .
^ Законные обзоры - карта ASUS AGEIA PhysX P1
^ «Игры с использованием Havok» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 г. Проверено 19 февраля 2007 г.
^ Информация о продукте Havok FX. Архивировано 2 марта 2007 г. на Wayback Machine.
^ Шилов, Антон (19 ноября 2007 г.). «Физика графического процессора на данный момент мертва, — говорит руководитель отдела по связям с разработчиками AMD» . Лаборатории Xbit. Архивировано из оригинала 1 декабря 2011 г. Проверено 26 ноября 2007 г.

Внешние ссылки

Официальный сайт AGEIA (больше не доступен)
Веб-сайт процессора AGEIA Physx (больше не доступен)
Проекты с использованием PhysX SDK (больше не доступно)
Обзор карты BFG AGEIA PhysX
Страница новостей и информации Planet PhysX (больше не доступна)
Аппаратное обеспечение ПК: интервью с AGEIA PhysX (больше не доступно)
Перспектива ПК: предварительный обзор физического процессора AGEIA PhysX (больше не доступен)
SDK физического движка Havok FX (библиотека промежуточного программного обеспечения) (больше не доступен)
Инструментарий NVIDIA CUDA и SDK
Инструментарий PhysX и SDK

[1] С. Ярди, Б. Бишоп, Т. Келлихер, « ЭЛЛАДА: Специализированная архитектура для интерактивного моделирования деформируемых объектов », Юго-восточная конференция ACM, Мельбурн, Флорида, 10–12 марта 2006 г., стр. 56–61.

[2] Б. Бишоп, Т. Келлихер, « Специализированное оборудование для моделирования деформируемых объектов », Транзакции IEEE в схемах и системах для видеотехнологий, 13 (11): 1074–1079, ноябрь 2003 г.

[3] «Домашняя страница СПАРТЫ» . Cse.psu.edu. Архивировано из оригинала 30 июля 2010 г. Проверено 16 августа 2010 г.

[4] «Эксклюзив: ASUS представляет аппаратное обеспечение AGEIA PhysX» . АнандТех . Проверено 16 августа 2010 г.

[5] «Заявка на патент США: 0050086040» . Appft1.uspto.gov. Архивировано из оригинала 10 февраля 2020 г. Проверено 16 августа 2010 г.

[6] ":::Выпуск новостей:::" . Архивировано из оригинала 26 апреля 2006 г. Проверено 8 июня 2011 г.

[7] «Реклама BFG Tech для PhysX» . Максимум ПК . Будущие США . Май 2006. с. 6. ISSN 1522-4279 . Проверено 16 сентября 2009 г.

[8] Nvidia предлагает поддержку PhysX для AMD / ATI. Архивировано 13 марта 2008 г. на Wayback Machine.

[9] «Часто задаваемые вопросы по PhysX» . Корпорация NVIDIA. 28 ноября 2018 г.

[10] Николас Блачфорд (2006). «Давайте займемся физическими вопросами: внутри физического процессора PhysX» .

[Legit_Reviews-11] Законные обзоры - карта ASUS AGEIA PhysX P1

[12] «Игры с использованием Havok» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 г. Проверено 19 февраля 2007 г.

[13] Информация о продукте Havok FX. Архивировано 2 марта 2007 г. на Wayback Machine.

[Shilov2007-14] Шилов, Антон (19 ноября 2007 г.). «Физика графического процессора на данный момент мертва, — говорит руководитель отдела по связям с разработчиками AMD» . Лаборатории Xbit. Архивировано из оригинала 1 декабря 2011 г. Проверено 26 ноября 2007 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]