الملخص:
مع تزايد شعبية معالجات الذكاء الاصطناعي، بدأ تجهيز المزيد والمزيد من أجهزة الكمبيوتر بوحدات معالجة الشبكة العصبية (NPUs) المستخدمة خصيصًا لحوسبة الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، يُستخدم هذا النوع من الأجهزة حاليًا بشكل أساسي لاستدلال نموذج الذكاء الاصطناعي المحلي ومعالجة الصور، ولا تزال أجهزة سطح المكتب اليومية التي تعمل بنظام Windows تعتمد بشكل أساسي على بطاقات الرسومات المدمجة أو بطاقات الرسومات المستقلة لإكمال عرض الرسومات.
في الآونة الأخيرة، أطلق فريق تطوير يسمى labscommunity مشروع مفتوح المصدر npu-driver، ونفذ بنجاح تجربة خاصة إلى حد ما: السماح لنظام التشغيل Windows 11 بإكمال تركيب رسومات سطح المكتب بالكامل من خلال NPU، بدلاً من الاعتماد على وحدة معالجة الرسومات التقليدية. على الرغم من أن سرعة التشغيل الحالية بطيئة للغاية، إلا أن هذه النتيجة تثبت أن وحدة NPU، التي كانت تستخدم في الأصل بشكل أساسي لحسابات الذكاء الاصطناعي، يمكنها أيضًا القيام ببعض مهام معالجة الرسومات التقليدية.
تم ترخيص المشروع بموجب ترخيص Apache 2.0 مفتوح المصدر، وتم إصدار كود المصدر علنًا على GitHub. هدف فريق التطوير هو استكشاف سؤال: هل يمكن نقل عمل عرض سطح المكتب الذي تم إنجازه في الأصل بواسطة وحدة معالجة الرسومات بالكامل إلى وحدة NPU دون تعديل تطبيق Windows ومنشئ سطح المكتب؟
من أجل تحقيق هذا الهدف، قام المطورون بتصميم برنامج تشغيل عرض خاص يعترض عمليات الرسومات المرسلة في الأصل إلى بطاقة الرسومات بواسطة Windows Desktop Window Manager (DWM)، ثم يقوم بتحويل هذه العمليات إلى مهام حوسبة يمكن لوحدة NPU التعامل معها.
لا تزال تطبيقات Windows تعمل بالطريقة التقليدية. لا تتطلب المفكرة ومستكشف الملفات وقائمة ابدأ وMicrosoft Edge والنوافذ الأخرى تكيفًا خاصًا مع وحدة NPU. ما تغير حقًا هو مسار معالجة الرسومات الأساسي: تمت إعادة تعيين مهام تركيب سطح المكتب التي كانت تؤديها في الأصل وحدة معالجة الرسومات إلى NPU.
فيما يتعلق بالتنفيذ المحدد، يستخدم برنامج npu برنامج تشغيل وضع المستخدم Direct3D 10 مخصصًا لتسجيل عمليات الرسومات كدفعات من بيانات الإطار، والتي يتم تسليمها بعد ذلك إلى Intel NPU للمعالجة من خلال OpenVINO ونواة حوسبة SHAVE مخصصة. يقوم النظام أيضًا بتنفيذ وحدة معالجة التنقيط الخاصة به، وهي المسؤولة عن عمليات الرسومات التقليدية مثل معالجة قمة الرأس وأخذ عينات النسيج ومزج الطبقات.
في الوقت الحالي، تم اختبار هذا الحل على أجهزة الكمبيوتر المحمولة المزودة بمعالجات Intel Panther Lake. تستخدم Panther Lake بنية NPU من الجيل الخامس، وتصل قوة حوسبة NPU للمعالجات ذات الصلة إلى 45 إلى 50 TOPS.
ومع ذلك، كشفت النتائج التجريبية أيضًا عن مشكلة واضحة جدًا: الأداء.
تبلغ سرعة تحديث سطح المكتب الحالية لبرنامج تشغيل npu من 2 إلى 3 إطارات في الثانية فقط، بل إن بعض الاختبارات تصل إلى 0.6 إطارًا. بالمقارنة، عادةً ما يعمل سطح مكتب Windows القياسي بمعدل 60 إطارًا في الثانية أو أكثر. حتى لو لم تكن الألعاب متضمنة، فإن مجرد تحريك النوافذ أو فتح File Explorer أو تشغيل شريط المهام يمكن أن يصبح بطيئًا للغاية.
بمعنى آخر، يثبت هذا الحل حاليًا أن وحدة NPU يمكنها القيام بمهام كاملة لتركيب رسومات سطح المكتب، ولكنها بعيدة عن مستوى الأداء المطلوب للاستخدام اليومي.
يهدف المطورون إلى زيادة معدل التحديث إلى 30 إطارًا في الثانية، لكنهم ما زالوا بعيدين عن هذا الهدف.
من أجل تجنب حالات الفشل الخطيرة أثناء التجربة، صمم فريق التطوير أيضًا آلية التراجع التلقائي. عند حدوث خطأ في برنامج تشغيل NPU، أو عندما يطلب المستخدم التبديل بشكل نشط، يمكن للنظام إعادة استخدام بطاقة الرسومات المدمجة أو بطاقة الرسومات المستقلة لإكمال عرض الرسومات. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض القيود على آلية الاسترداد هذه. في بعض الاختبارات، تعذرت استعادة مواضع جميع نوافذ التطبيقات بالكامل.
أكد مطور المشروع أن npu-driver هو حاليًا مجرد نموذج أولي للبحث، وليس منتجًا ناضجًا للمستهلكين. فهو يتطلب أجهزة Intel Panther Lake محددة، وبرامج تشغيل NPU متوافقة، وأدوات تطوير إضافية. لا يمكن للمستخدمين العاديين تثبيته ببساطة وتشغيل نظام Windows 11 بدون وحدة معالجة الرسومات.
إن أهمية هذه التجربة لا تكمن في الواقع في إثبات أن وحدة NPU يمكنها أن تحل محل بطاقة الرسومات، ولكن في استكشاف كيفية إعادة توزيع عمل وحدات الحوسبة المختلفة داخل المعالجات الحديثة.
لكل من وحدات المعالجة المركزية (CPU) ووحدات معالجة الرسومات (GPU) ووحدات المعالجة العصبية (NPUs) أهداف تصميمية مختلفة. تعد وحدة معالجة الرسومات جيدة في الحوسبة الرسومية المتوازية واسعة النطاق، بينما تم تحسين وحدة NPU خصيصًا لعمليات المصفوفة واستدلال الشبكة العصبية. إن السماح لـ NPU بتولي مهام العرض على سطح المكتب يعني أنه يجب على المطورين إعادة تحويل عمليات معالجة الرسومات التقليدية إلى مهام مناسبة لوحدات حوسبة الشبكة العصبية، وهو في حد ذاته مشروع معقد للغاية.
ومع ذلك، إذا كان من الممكن تحسين كفاءة المعالجة بشكل كبير في المستقبل، فقد تتمكن وحدة NPU من تولي بعض مهام سطح المكتب خفيفة الوزن التي كانت تؤديها في الأصل وحدة معالجة الرسومات، وبالتالي تحرير موارد وحدة معالجة الرسومات للألعاب أو معالجة الفيديو أو استدلال الذكاء الاصطناعي المحلي.
في الوقت الحاضر، لا يزال برنامج npu-driver بعيدًا عن أن يكون عمليًا حقًا، ولكنه أكمل التحقق الفني المثير للاهتمام: إن سطح مكتب Windows 11 ليس قادرًا فقط على العرض الاصطناعي من خلال وحدات معالجة الرسومات التقليدية. يمكن أيضًا لوحدة NPU في المعالجات الحديثة أن تتولى هذا العمل، لكن سعر الأداء المدفوع في هذه المرحلة ضخم جدًا.
معرفة المزيد:
https://github.com/labscommunity/npu-render
التعليقات