چرا کارت‌های گرافیک AMD در فرآیند استخراج بیت‌کوین از انویدیا سریع‌تر می‌باشند؟




۲۱ام بهمن ۱۳۹۶ مطالب آپی

استخراج ارز دیجیتال بیت‌کوین با عنایت به ورود افراد بیشتر به این حوزه و فزونی چشمگیر ارزش آن اخیراً به یکی از جذابیت‌های انکارناپذیر سیستم‌های الکترونیکی مبدل گشته است. همان‌گونه که حفر بسیاری از منابع و فلزات گران بهای مختلف همچون طلا، نقره، نفت و … نیازمند تجهیزات و امکانات ویژه و پیچیده بوده و انجام آن با دست خالی امکان‌پذیر نمی‌باشد، استخراج ارزهای دیجیتال گوناگون نیز با به‌کارگیری سخت‌افزارهای قدرتمند کامپیوتری همچون پردازنده مرکزی، کارت گرافیک، مدارات FPGA و ASIC و … صورت می‌پذیرد که تهیه و خرید آن‌ها با توجه به شرایط فعلی بازار هزینه‌های فراوانی را بر افراد تحمیل می‌نماید.

اگر به خاطر داشته باشید پیشتر با تدوین مقاله‌ای به مقایسه و تشریح دو پردازشگر اصلی دخیل در فرآیند استخراج بیت‌کوین، یعنی پردازنده مرکزی و تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی پرداخته و دانستیم که یک کارت گرافیک در مقایسه با مغز کامپیوتر قدرت پردازشی بسیار فراتری را در اختیار ماینر قرار می‌دهد، اما سؤال دیگری که ذهن برخی از افراد را در این زمینه به خود مشغول کرده و چالش‌های متنوعی را در سد راه آنان قرار داده است، استفاده از محصولات ساخت دو کمپانی مطرح و فعال موجود در این حوزه می‌باشد.

همان‌طور که مستحضر هستید بازار تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی و سخت‌افزارهای کارت گرافیک در حال حاضر توسط دو کمپانی قدرتمند انویدیا و AMD قبضه گشته و محصولات تولیدی توسط آن‌ها در بطن رایانه‌های شخصی قشر کثیری از مصرف‌کنندگان همچون بازی‌بازان، طراحان محتویات گرافیکی و … در حال فعالیت می‌باشند، اما ورود به حوزه استخراج ارزهای دیجیتال از جمله بیت‌کوین سخت‌افزارهای کدام یک از دو کمپانی نامبرده را طلب کرده و بیشترین پتانسیل و بازدهی را در اختیار فرد ماینر قرار می‌دهند؟ با ما همراه باشید تا در این نوشته به مقایسه عملکرد کارت‌های گرافیک دو غول صنعت طراحی و توسعه تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی در حوزه استخراج ارزهای دیجیتال بپردازیم.

بیت‌کوین

فرآیند استخراج طیف گسترده‌ای از انواع و اقسام ارزهای دیجیتالی مختلف با عنایت به انجام چندین و چند باره دستورالعمل‌ها و یافتن کلیدهای ویژه برای بلوک‌ها صورت می‌پذیرد که این مهم یک تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی را به دلیل نحوه عملکرد خود در مقداردهی پیوسته به پیکسل‌ها و صورت دادن فعالیت‌های تکراری جهت تشکیل تصاویر به گزینه‌ای بسیار ایده آل مبدل می‌کند. یک تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی به توجه به واحدها و بخش‌های قرار گرفته در ساختار خود و همچنین برخورداری از قابلیت پردازش و محاسبه دستورالعمل‌های مختلف از توانایی فعالیت به‌عنوان یک استخراج‌گر ارز دیجیتال نظیر بیت‌کوین برخوردار می‌باشد، حال توفیری نمی‌کند که عبارت ساخت به‌وسیله کمپانی انویدیا و یا AMD بر روی بسته‌بندی آن به چشم خورد، اما تفاوت‌های موجود در قدرت و پتانسیل نهفته در بطن تراشه با عنایت به طراحی معماری و پشتیبانی از دستورالعمل‌های گوناگون افزایش راندمان کاملاً مشهودی را در انجام برخی از عملیات به ارمغان می‌آورد که استخراج بیت‌کوین نیز از این قاعده مستثنی نیست.

اگر شما نیز تاکنون به مطالعه برخی از نقد و بررسی‌های انجام پذیرفته پیرامون سخت‌افزارهای کارت گرافیک دو کمپانی فوق پرداخته باشید، حتماً به این نکته پی برده‌اید که تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کمپانی AMD در زمینه انجام محاسبات ریاضی و پردازش‌های خام و تراشه‌های کمپانی انویدیا نیز در زمینه پردازش عملیات تسلیشن (Tessellation) و فیزیک برتری‌هایی را نسبت به رقیب خود دارا می‌باشند، بر همین اساس ازآنجایی‌که استخراج ارزهای دیجیتال از جمله بیت‌کوین در دسته فرآیندهای محاسباتی طبقه‌بندی می‌گردد، لذا یک تراشه ساخت کمپانی ای ام دی افزایش قدرت حداقل دو برابری را نسبت به پردازشگر هم‌رده خود از کمپانی مقابل برای فرد به ارمغان می‌آورد، اما چرا؟

واحدهای سایه‌زن یا به‌عبارتی‌دیگر Shader که فرآیند پردازش موازی دستورالعمل‌ها و محاسبات را بر عهده دارند از جمله اصلی‌ترین بخش‌های تشکیل‌دهنده یک تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی به شمار می‌روند. واحدهای نامبرده در پردازشگرهای کمپانی انویدیا تحت عنوان هسته‌های Cuda و در تراشه‌های ای ام دی نیز تحت عنوان پردازشگرهای جریانی (Stream Processor) شناخته می‌شوند. واحدهای سایه زن در حالت کلی فعالیتی مشابه را به انجام رسانده و صرفه نظر از عنوان اطلاق یافته بر آن‌ها عملکردی کاملاً یکسان را به انجام می‌رسانند، اما نکته مهمی که دقت به آن ضروری است تفاوت‌های موجود در ساختار و معماری به کار رفته در طراحی آن‌ها می‌باشد که عامل اصلی تغییر پتانسیل و کسب برتری را شامل می‌گردد.

اندازه و ابعاد فیزیکی پردازشگرهای جریانی مورد استفاده توسط کمپانی ای ام دی در مقایسه با همتایان خود از کمپانی رقیب (هسته‌های کودا) کوچک‌تر می‌باشد که این مهم فضای کمتری از سطح تراشه توسط هر هسته را اشغال می‌نماید، اما ساختار واحدهای سایه‌زن انویدیا در مقابل از طراحی کمی پیچیده‌تر برخوردار بوده و اندازه فیزیکی آن‌ها نیز بزرگ‌تر است، بنابراین فضای اشغالی توسط هر هسته بیشتر بوده و اندازه نهایی تعداد واحدهای قابل استفاده در سطح تراشه با کاهش بیشتری همراه می‌شود. اندازه کوچک‌تر پردازشگرهای جریانی در زمینه افزایش فرکانس کاری نیز محدودیت‌هایی را به همراه آورده و هر واحد SP موجود در بطن تراشه‌های کمپانی ای ام دی با فرکانس یکسان با هسته اصلی (منظور GPU می‌باشد) به فعالیت می‌پردازند (به همین دلیل کادرهای Shader در نرم‌افزار GPU-Z هنگام استفاده از کارت‌های گرافیک ای ام دی عاری از هرگونه مقداری می‌باشند)، این در حالی است که فرکانس کاری شیدرهای کمپانی انویدیا متمایز از فرکانس تراشه شتاب‌دهنده گرافیکی بوده و به دلیل ساختار بزرگ‌تر خود از توانایی بالاتری در افزایش فرکانس نیز برخوردار می‌باشند (البته این مهم در معماری‌های گذشته انویدیا از جمله فرمی صادق بوده و فرکانس شیدرها از طراحی کپلر به بعد با هسته اصلی یکسان است).

بیت‌کوین

فرکانس کاری کمتر واحدهای سایه زن تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کمپانی AMD با عنایت به اندازه کوچک‌تر و قابلیت استفاده از تعداد بسیار بیشتری از آن‌ها در سطح یک تراشه کاملاً جبران گشته است، اما اثر این مهم در واحدهای کمپانی انویدیا به‌وسیله افزایش فرکانس تا حدودی از بین رفته است، اما همچنان به دلیل کمبود تعداد هسته‌های کودا کاملاً قابل لمس می‌باشد. حال ممکن است از خود سؤال کنید که چرا دو کمپانی فوق به‌منظور افزایش پتانسیل تراشه‌های خود اقدام به فزونی فرکانس واحدهای سایه زن نمی‌کنند؟ در پاسخ باید گفت که این عمل از لحاظ فیزیکی امکان‌ناپذیر بوده و افزایش بیش از حد فرکانس واحدهای نامبرده به بروز ناپایداری و اختلال در عملکرد کارت گرافیک منتهی می‌گردد، بنابراین پردازشگرهای جریانی و هسته‌های کودا هر دو کمپانی در فرکانس از پیش تعیین شده و کاملاً مناسب خود در حال فعالیت می‌باشند.

همان‌طور که پیشتر نیز اشاره شد، فرآیند استخراج ارز دیجیتال بیت‌کوین در دسته فعالیت‌های تکراری طبقه‌بندی می‌گردد که بر اساس آن هر چه تعداد واحدهای درگیر در عملیات افزایش پیدا کنند، خروجی نهایی و سرعت پردازش نیز با فزونی بیشتری همراه می‌گردد، لذا تعداد بیشتر پردازشگرهای جریانی تراشه‌های ای ام دی در این زمینه افزایش برتری فراتری نسبت به تراشه‌های هم‌رده از کمپانی رقیب را به ارمغان می‌آورند.

جهت درک بهتر موضوع دو سخت‌افزار کارت گرافیک هم‌رده Radeon RX 570 و GeForce GTX 1060 را در نظر بگیرید.

بیت‌کوین

همان‌طور که مشاهده می‌کنید کارت گرافیک RX 570 از تعداد ۲۰۴۸ واحد سایه زن برخوردار است که شمارش آن در مقایسه با تعداد ۱۲۸۰ تایی سخت‌افزار رقیب ۷۶۸ عدد بیشتر می‌باشد، اما در مقابل نیز فرکانس کاری واحدهای کارت گرافیک GTX 1060 نسبت به همتای خود به اندازه ۲۲۲ مگاهرتز (۱۵۰۶ در مقایسه با ۱۲۸۴ مگاهرتز) بیشتر است. حال با انجام یک محاسبه ساده ریاضی و استفاده از عملگر ضرب در میابیم که سخت‌افزار کارت گرافیک کمپانی ای ام دی با توجه به تعداد پردازشگرهای بیشتر خود قادر است تعداد ۲۶۲۹ میلیارد دستورالعمل ۳۲ بیت را در هر ثانیه پردازش کند، درحالی‌که این مقدار در مقایسه با ۱۹۲۷ میلیارد دستورالعمل تراشه رقیب به اندازه ۷۰۲ میلیارد بیشتر می‌باشد.

بیت‌کوین

همان‌طور که ملاحظه فرمودید، تعداد بیشتر واحدهای سایه زن تراشه شتاب‌دهنده کارت گرافیک RX 570 در مقایسه با محصول رقیب برتری بسیار چشمگیری را با خود به ارمغان آورد که این مهم حتی با عنایت به افزایش فرکانس هسته‌های کودا نیز همچنان فراتر می‌باشد. سناریو فوق در تمامی سخت‌افزارهای کارت گرافیک هم‌رده و یکسان کمپانی‌های انویدیا و ای ام دی صادق است، اما مقایسه محصولات هم‌رده، اما غیر یکسان دو کمپانی ممکن است برتری را به سمت مخالف سوق دهد (به‌عنوان مثال کارت گرافیک Fury X به دلیل فرکانس پایین‎‌تر خود از قدرت کمتری نسبت به GTX 1080 Ti برخوردار بوده و تعداد بیشتر پردازشگرهای جریانی آن نیز در فزونی پتانسیل آن نتوانستند تأثیرگذار باشند).

بیت‌کوین

(تصویر فوق تنها در جهت اثبات موضوع درج گشته و مقایسه دو کارت گرافیک مذکور را دارا نمی‌باشد)

عامل دیگری که در برتری تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کمپانی AMD نسبت به انویدیا تأثیراتی را به خود اختصاص می‌دهد نحوه استفاده از الگوریتم‌های مربوطه در فرآیند استخراج بیت‌کوین می‌باشد. امنیت تراکنش‌ها و محاسبه معادلات ریاضی دخیل در ایجاد بلوک‌های زنجیره مستقیماً توسط عملیات پردازش اعداد صحیح ۳۲ بیت چرخش به راست توابع SHA-256 تولیدی توسط الگوریتم‌های کریپتوگرافی صورت می‌پذیرد. این دسته از عملیات به دلیل ساختار معماری و بخش‌های سخت‌افزاری تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کمپانی ای ام دی می‌توانند تنها در یک مرحله محاسبه گردند، اما پردازش آن‌ها به دلیل فقدان دستورالعمل‌های سخت‌افزاری در تراشه‌های کمپانی انویدیا باید ابتدا شبیه‌سازی شده و سپس به مرحله اجرا در آیند که این مهم نیازمند سه مرحله (دو مرحله انتقال و یک مرحله افزایش مقدار) متمایز می‌باشد؛ بر همین اساس تعداد دستورالعمل‌های ۳۲ بیت پردازش شده در هر ثانیه توسط تراشه‌های ای ام دی در مقایسه با انویدیا افزایش تقریباً دو برابری (به‌عنوان مثال ۱۹۰۰ دستورالعمل به جای ۳۲۵۰ دستورالعمل) را به خود دیده و این مهم به تنهایی برتری ۱٫۷ برابری کارت‌های گرافیک قرمز پوش را به ارمغان می‌آورد.


نتیجه‌گیری

تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی کمپانی AMD به لطف تعداد واحدهای سایه زن بیشتر خود برتری کاملاً مشهود و قابل لمسی در زمینه پردازش سربارهای مبتنی بر فرآیندهای GPGPU از جمله شکست گذرواژه‌های عبوری، استخراج بیت‌کوین و … را با خود فراهم می‌آورند. انجام فرآیندهای تکراری نظیر حفاری بسیاری از ارزهای دیجیتال نیازمند محاسبه برخی از معادلات ساده با دفعات بسیار می‌باشد که این مهم در صورت افزایش تعداد واحدهای پردازشگر برتری چشمگیری را به ارمغان می‌آورد، درست همانند انجام اقدامی همچون جمع هزاران هزار عدد با یکدیگر توسط یک گروه صد نفره و هزار نفره؛ مطمئناً در این حالت گروه دربردارنده اعضای بیشتر خروجی سریع‌تری را ارائه می‌دهد.

در انتهای باید این نکته را نیز خاطر نشان کرد که توضیحات نوشته فعلی تنها به مقایسه تراشه‌های شتاب‌دهنده گرافیکی دو کمپانی مذکور در زمینه استخراج ارز دیجیتال بیت‌کوین پرداخته و دیگر حوزه‌های مختلف را تحت پوشش در نیاورده است. کارت‌های گرافیک کمپانی انویدیا با وجود برخورداری از تعداد کمتر واحدهای سایه زن در برخی از زمینه‌ها مانند گیمینگ پا به پای رقیب دیرینه خود حرکت کرده و صرفه نظر از بهینه‌سازی عناوین برای یک کمپانی گاهی اوقات موفق به شکست سخت‌افزارهای هم‌رده خود نیز گشته است، به همین دلیل بارها و بارها ذکر شده است که مقایسه تراشه‌های دو کمپانی نامبرده با استفاده از تعداد هسته‌های فیزیکی در برخی از زمینه‌ها همچون گیمینگ ملاک معتبری محسوب نگشته و توجه به دیگر فاکتورهای موجود نیز باید مدنظر قرار گیرند.


مطالب پیشنهادی