PPU

Eine Physics Processing Unit ist ein spezialisierter Mikroprozessor, der Physikberechnungen von der Haupt-CPU auslagert. Sie führt die numerische Arbeit von Kollisionserkennung, Starrkörperdynamik, Fluiddynamik und Constraint-Solving durch und gibt Ergebnisse zurück, die steuern, wie Objekte sich in Echtzeit bewegen und miteinander wechselwirken. Indem eine PPU Silizium für diese mathematisch intensiven Aufgaben bereitstellt, entlastet sie den universellen Prozessor, um Rendering, Eingabe, Logik und andere Workloads zu verwalten.

Die bekannteste PPU war Nvidia's PhysX, Mitte der 2000er Jahre als diskrete PCI-Karte veröffentlicht. Sie führte Matrixoperationen und iterative Solver für Starrkörpersysteme, Soft-Body-Dynamik und Partikeleffekte mit Geschwindigkeiten aus, die CPU-Only-Implementierungen erheblich übertroffen. Die Architektur stützte sich auf parallele Berechnung: Tausende kleine Kollisionstests, Kraftberechnungen und Constraint-Updates konnten gleichzeitig über die Verarbeitungselemente des Chips laufen.

Dedizierte PPU-Karten wurden selten, als CPU-Kerne sich vervielfachten und GPUs programmierbarer wurden. Physikberechnungen laufen jetzt typischerweise entweder auf Multi-Core-CPUs mit vektorisierten Befehlen (SSE, AVX) oder auf GPUs über allgemeine Compute-Frameworks. Einige Industriesimulationssoftware verwendet den Begriff PPU weiterhin, um Physikbeschleunigungs-Hardware oder physikbewusste Co-Prozessoren zu beschreiben, obwohl die Produktkategorie der diskreten Karte weitgehend verschwunden ist.

Der Haupttechnische Kompromiss bleibt einfach: Physikberechnungen erfordern hohen Durchsatz (viele kleine Operationen) und hohe Latenztoleranz (Ergebnisse können ein bis zwei Frames später berechnet werden), während Rendering niedrige Latenz und komplexe Zustandsverwaltung erfordert. Eine dedizierte PPU war gut für die erste Aufgabe geeignet; moderne Multi-Thread-CPUs und Compute-Shader bewältigen beide angemessen, was den spezialisierten Die weniger wirtschaftlich als zuvor macht.