TPU 3D Printing vs. Tensor Processing Unit: A Guide to the Two Worlds of TPU

هذا الاسم المختصر الواحد، وهو TPU، يرمز إلى تقنيتين مختلفتين للغاية تعملان على تغيير العالم. وهذه المقالة هي طريقتي لشرح الفرق بينهما حتى يسهل فهمهما. هل سبق لك أن شعرت بالفضول بشأن TPU؟ ربما تريد صنع أجزاء مرنة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. أو ربما تريد تسريع الذكاء الاصطناعي. إذا كان الأمر كذلك، فهذا المنشور لك. سأشرح لك كلا الأمرين بطريقة بسيطة، حتى تعرف بالضبط أي من TPU تحتاج إليه في عملك.

ما هو اللبس الكبير حول اختصار TPU؟

من السهل معرفة سبب ارتباك الناس. من جانب، لدينا مادة TPU للطباعة ثلاثية الأبعاد. هذه مادة حقيقية يمكنك حملها في يدك. إنه نوع من البلاستيك. يمكنك التفكير فيه على أنه مزيج من المطاط والبلاستيك. عندما تسمع أشخاصًا يتحدثون عن صنع أغطية هواتف مرنة أو أختام قوية باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، فإنهم عادةً ما يتحدثون عن مادة TPU الرائعة هذه. الأمر كله يتعلق بصنع أشياء حقيقية بميزات خاصة. لقد رأيت مادة TPU هذه تُستخدم لصنع العديد من الأشياء. على سبيل المثال، يمكنها صنع قبضة ناعمة الملمس على أداة كهربائية أو تصميم جديد لنعل حذاء.

على الجانب الآخر من التكنولوجيا، لدينا وحدة معالجة الموتر. ويسمى هذا أيضاً بـ TPU. وحدة المعالجة الحرارية هذه ليست مادة يمكنك لمسها. إنها جزء من جهاز كمبيوتر، وهي شريحة خاصة صنعتها Google. يمكنك التفكير فيها على أنها دماغ فائق السرعة صُنعت للقيام بوظيفة واحدة فقط. هذه الوظيفة هي الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي. عندما تسمع المهندسين يتحدثون عن تدريب نماذج التعلم الآلي أو صنع الحساب أسرع، إنهم يتحدثون عن وحدة المعالجة الحرارية القوية هذه. وحدة المعالجة الحرارية هذه هي دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق. هذه طريقة منمقة للقول إنها شريحة مصممة لوظيفة واحدة. الغرض منها هو حل المسائل الحسابية الضخمة اللازمة لأشياء مثل معالجة اللغة الطبيعية. يقوم بهذه المهمة بشكل جيد للغاية. الخلط منطقي، ولكن معرفة الفرق مهم.

لنتحدث عن الطباعة ثلاثية الأبعاد: ما هو البولي يوريثين بالحرارة (TPU)؟

لذا، دعونا نلقي نظرة عن كثب على أول مادة TPU: البولي يوريثين بالحرارة. هذه هي المادة المرنة المفضلة لدي لاستخدامها مع طابعة ثلاثية الأبعاد. في الأساس، مادة TPU هي نوع من الخيوط البلاستيكية المرنة، تسمى خيوط. وهي جزء من مجموعة أكبر من البلاستيك تسمى اللدائن البلاستيكية الحرارية (TPEs). ما يميز TPU هو مزيجها الفريد من الميزات. فهو يتمتع بملمس شبيه بالمطاط ويمكنه التمدد بشكل جيد للغاية. ولكنه أيضاً بلاستيك حراري. وهذا يعني أنه يمكنك تسخينها لإذابتها وإعطائها شكلاً. على سبيل المثال، في طابعة ثلاثية الأبعاد الطارد. عندما يبرد، سيحتفظ بهذا الشكل.

يكمن سحر مادة TPU في كيفية صنعها. فهو مصنوع من أجزاء صلبة وأجزاء لينة. الأجزاء الصلبة تمنحه القوة والمتانة. وتمنحه الأجزاء اللينة تلك المرونة الكبيرة والقدرة على التمدد. ولهذا السبب يمكن لجزء TPU أن ينحني ويتمدد ولا ينكسر. ثم يعود إلى شكله الأصلي مباشرةً. تتميز الأنواع المختلفة من خيوط TPU بمستويات مختلفة من الصلابة. ويتم قياس ذلك على مقياس يسمى صلابة الشاطئ. يتيح لك ذلك اختيار مقدار المرونة المثالي لمشروعك. يمكنك صنع أي شيء بدءًا من لعبة ناعمة إلى جزء صلب إلى حد ما لآلة. يمكن استخدام TPU بعدة طرق.

لماذا يجب استخدام TPU للطباعة ثلاثية الأبعاد؟

كثيراً ما أتلقى هذا السؤال. يسأل الناس لماذا يجب عليهم اختيار TPU بدلاً من المواد الأخرى. والإجابة البسيطة هي أن مادة TPU تمنحك مزيجًا من الأشياء الجيدة التي لا يمكنك العثور عليها في المواد الأخرى. أهم شيء هو مزيجها بين القوة والمرونة. يمكن للجزء المطبوع من مادة TPU التعامل مع الاستخدام القاسي. فهو يتمتع بمقاومة كبيرة للصدمات. وهذا يعني أنه يمكن إسقاطه أو ضربه ولن ينكسر إلى أجزاء. كما أنها تتمتع بمقاومة رائعة للتآكل. لذا، لن تتآكل بسهولة من الاحتكاك. وهذا يجعلها مثالية للأجزاء التي تحتاج إلى التحرك أو الانحناء أو تحمل الصدمات.

سبب آخر يجعلني أقترح في كثير من الأحيان طباعة TPU ثلاثية الأبعاد هو مقاومتها للمواد الكيميائية. تصمد العديد من خيوط TPU بشكل جيد ضد الزيوت والشحوم والعديد من المواد الكيميائية الشائعة. وهذه ميزة كبيرة في تطبيقات السيارات والتطبيقات الصناعية. كما توفر خيوط TPU متانة كبيرة. تدوم الأجزاء المصنوعة من TPU لفترة طويلة، حتى عندما تكون الظروف قاسية. قد تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد أصعب قليلاً من البلاستيك العادي. ولكن الأجزاء النهائية تستحق الجهد المبذول. عندما تحتاج إلى جزء قوي ومرن ويدوم لفترة طويلة، فإن TPU هو الخيار الأفضل دائمًا تقريبًا. الخصائص الميكانيكية لبلاستيك TPU جيدة جدًا لهذه الأنواع من الوظائف.

ما هي أفضل حالات استخدام جزء TPU مطبوع ثلاثي الأبعاد؟

هذا هو الجزء المثير. نظراً لمميزاته الخاصة، يمكن استخدام TPU بالعديد من الطرق الرائعة. لقد استخدمت شخصيًا مادة TPU في العديد من المشروعات المختلفة. في مجال السلع الاستهلاكية، ترى مادة TPU في كل مكان. فكر في أغطية الهواتف المرنة وأحزمة الساعات. فكر أيضًا في المقابض ناعمة الملمس على شفرات الحلاقة أو فرش الأسنان. فهي رائعة لتطبيقات مثل تلك التي تحتاج إلى ملمس ناعم ومتانة كبيرة. تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد TPU للأشخاص صنع تصميمات مخصصة وأعداد صغيرة من هذه العناصر. وهذا يجعلها خيارًا فعالاً للغاية من حيث التكلفة.

وفي المجالات الأكثر تقنية، تُعد مادة TPU مفيدة للغاية. ففي عالم السيارات، يُستخدم في صناعة الحشيات وموانع التسرب والأنابيب المرنة. كما أن قدرته على مقاومة المواد الكيميائية والاهتزاز تجعله خيارًا رائعًا. لقد رأيت أيضًا استخدامات مذهلة في الأجهزة الطبية. مادة TPU غير ضارة ويمكن تنظيفها لتكون خالية من الجراثيم. ولهذا السبب، يتم استخدامه لأشياء مثل البطانات المخصصة للأطراف الاصطناعية والأدلة المرنة للجراحة. تتيح لنا القدرة على طباعة الأجزاء المرنة ثلاثية الأبعاد بهندسة صعبة القيام بأشياء جديدة. بالنسبة لأي مشروع تحتاج فيه إلى أجزاء تتطلب مزيجًا من الليونة والقوة والصلابة، يجب أن تفكر حقًا في استخدام مادة TPU.

والآن، ما هي وحدة معالجة الموتر (TPU) في العالم؟

دعونا نغير الموضوع الآن ونتحدث عن وحدة معالجة TPU الأخرى: وحدة معالجة الموتر. هذه شريحة كمبيوتر خاصة. كما قلت من قبل، إنها دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC). تخيل أداة للعديد من الوظائف، مثل مفتاح ربط قابل للتعديل. هذا مثل شريحة كمبيوتر عادية (وحدة المعالجة المركزية). يمكنها القيام بالعديد من الوظائف المختلفة بشكل جيد إلى حد ما. الآن، تخيل مفتاح ربط خاص مصنوع لنوع واحد فقط من البراغي. إنه مناسب تمامًا ويعمل بسرعة كبيرة لتلك الوظيفة الواحدة. هذه هي وحدة معالجة الموتر. وظيفتها الوحيدة هي القيام بنوع معين من العمليات الحسابية. تسمى هذه العمليات الحسابية بحساب الموتر وتستخدم في التعلم الآلي.

صنعت Google وحدة معالجة Tensor لجعل مهام التعلم الآلي أسرع. الذكاء الاصطناعي الحديث، وخاصةً نماذج التعلُّم العميقيحتاج إلى عدد كبير من العمليات الحسابية. تستغرق وحدة المعالجة المركزية العادية وقتاً طويلاً جداً للقيام بهذا العمل. تم تصميم وحدة معالجة الموتر منذ البداية للقيام بهذه المهام المحددة. وهذا يجعل العملية برمتها أسرع بكثير وأكثر كفاءة. وحدة معالجة المكثفات هذه ليست شيئاً تشتريه لحاسوبك في المنزل. إنها أداة قوية تُستخدم في مراكز البيانات الضخمة. وهي تساعد في تشغيل منتجات أو خدمات مثل بحث Google، والترجمة، والصور. كما تستخدم وحدة المعالجة الحرارية TPU كمية أقل من الطاقة لهذا العمل مقارنةً بالرقائق الأخرى.

كيف تعمل وحدات معالجة الرسومات TPU مقارنة بوحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات؟

لفهم ما الذي يجعل وحدة معالجة الماسك مميزة حقاً، من المفيد مقارنتها بالرقاقات التي تعرفها بالفعل. هذه هي وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات. وحدة المعالجة المركزية (وحدة المعالجة المركزية) هي دماغ الكمبيوتر. وهي مصممة للعمل العام. وهي مصممة للتعامل مع جميع أنواع المهام واحدة تلو الأخرى، مثل تشغيل نظام الكمبيوتر أو فتح موقع ويب. وهي مرنة ولكنها ليست الأسرع للقيام بنفس المهمة البسيطة مراراً وتكراراً في نفس الوقت. صُنعت وحدة معالجة الرسومات (GPU) لوظيفة أكثر تحديداً. فقد صُنعت أولاً لإنشاء الصور لألعاب الفيديو. يتضمن ذلك إجراء آلاف العمليات الحسابية البسيطة في وقت واحد لإنشاء الصور. هذه القدرة على القيام بالعديد من الأشياء في وقت واحد جعلت وحدات معالجة الرسومات خياراً جيداً للتعلم الآلي لفترة طويلة.

وحدة معالجة المكثفات أكثر تخصصاً. وحدات معالجة الرسومات جيدة في القيام بالعديد من الأشياء في وقت واحد. لكن وحدة معالجة المكثفات مصممة فقط لمضاعفة المصفوفات في مركز حوسبة الشبكات العصبية. فهي تحتوي على عدد كبير من الآلات الحاسبة البسيطة على شريحة واحدة. كما أن لديها ذاكرة النطاق الترددي العالي لتزويدهم بالبيانات بسرعة. وهذا يعني أن وحدة المعالجة الثلاثية يمكنها التعامل مع كميات كبيرة من البيانات. يمكنها إجراء هذه الحسابات المهمة بشكل أسرع بكثير وبطاقة أقل من وحدة معالجة رسومات قوية. هذا هو السبب في استخدام وحدات معالجة الرسوميات لتدريب وحدات معالجة الرسوميات الكبيرة جدًا نماذج التعلُّم العميق. يمكنك التفكير في الأمر على هذا النحو. إذا كانت وحدة المعالجة المركزية هي عامل ماهر واحد، فإن وحدة معالجة الرسومات هي فريق من العمال. وحدة معالجة الرسومات هي خط مصنع كامل مصنوع لشيء واحد فقط. وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات رائعة، ولكن بالنسبة إلى تطبيقات الذكاء الاصطناعيفإن TPU غالباً ما يكون الخيار الأنسب.

لماذا تعتبر وحدة معالجة الموتر مهمة جداً للذكاء الاصطناعي؟

يرتبط نمو وحدة معالجة الماسحات الضوئية بالنمو السريع للذكاء الاصطناعي. اليوم تطبيقات التعلم الآلي يحتاجون إلى أمرين رئيسيين يحتاجون إلى كميات كبيرة من البيانات والكثير من طاقة الكمبيوتر للعمل مع تلك البيانات. وتمنحهم وحدة معالجة الرسوميات هذه القوة. بدون أجهزة خاصة مثل TPU ووحدات معالجة الرسومات القوية، لم يكن الذكاء الاصطناعي لينمو بهذه السرعة في السنوات العشر الماضية. كان تدريب النماذج الصعبة سيستغرق وقتاً طويلاً جداً ويكلف الكثير من المال.

تتيح وحدة معالجة الموتر إمكانية إنشاء واستخدام ذكاء اصطناعي أكثر تقدماً. على سبيل المثال، تسمح للناس بإنشاء نماذج لغوية أكثر صحة وتعقيداً. كما أنها تساعد في تشغيل أنظمة الرؤية الحاسوبية. يمكن لهذه الأنظمة العثور على الأشياء في الصور ومقاطع الفيديو بسرعة مذهلة. باختصار، تُعد وحدة المعالجة ثلاثية الأبعاد أداة مهمة جداً لمجال الذكاء الاصطناعي بأكمله. فهو يسمح للباحثين والشركات باختبار الأفكار بشكل أسرع، وبناء نماذج أكبر وأفضل، وإعطاء الأشياء الجيدة عن الذكاء الاصطناعي لعدد أكبر من الناس. هذا الجهاز الخاص هو جزء أساسي ومهم من أنظمة الذكاء الاصطناعي اليوم. تُعد وحدة المعالجة ثلاثية الأبعاد محركاً قوياً للحوسبة.

TPU مقابل TPU: مقارنة وجهاً لوجه

لتوضيح الأمور، قمت بإعداد جدول بسيط. وهو يوضح الاختلافات بين نوعي TPU. إن رؤيتهما بجانب بعضهما البعض يوضح حقًا مدى اختلافهما.

كما ترى، لا يوجد شيء مشترك بينهما سوى الاسم. أحدهما يتعلق بصنع الأشياء في العالم الحقيقي. والآخر يتعلق بالعمل مع المعلومات في العالم الرقمي. كلاهما تقنيتان مفيدتان جداً، ولكن لأغراض مختلفة تماماً.

هل توجد مواد مشابهة لمادة TPU للطباعة ثلاثية الأبعاد؟

عندما أعمل على شيء يحتاج إلى المرونة، فإن مادة TPU هي المادة التي أختارها عادةً. ولكن من المفيد معرفة الخيارات الأخرى. إن المجموعة الرئيسية من المواد المشابهة لمادة TPU هي مواد TPEs الأخرى (اللدائن الحرارية البلاستيكية). TPU هو في الواقع نوع من TPE. قد تكون خيوط TPE الأخرى أكثر ليونة أو أكثر تمددًا. ولكن يمكن أن تكون أصعب في الطباعة ثلاثية الأبعاد. خيار آخر هو TPC (البوليستر المشترك بالحرارة). يوفر مرونة جيدة وهو أفضل في التعامل مع الحرارة وأشعة الشمس من العديد من خيوط TPU.

للمقارنة، دعنا نلقي نظرة على البلاستيك الصلب الشائع مثل PLA أو البلاستيك القوي مثل النايلون. من السهل جدًا طباعة PLA ولكنه ينكسر بسهولة. النايلون قوي جدًا ويتمتع بمتانة كبيرة، ولكنه صلب وليس مرنًا. لذا، عندما تحتاج إلى ذلك الارتداد والانحناء المطاطي، لا يمكن لأي منها أن يحل محل TPU. يعتمد اختيار المادة المناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد دائمًا على ما يحتاجه الجزء الخاص بك. الخصائص المادية لمادة TPU، وخاصةً خصائصها مقاومة ممتازة للتآكل و قوة شد ممتازةيجعلها خياراً رائعاً ل مرنة ثلاثية الأبعاد الأجزاء.

الأسئلة المتداولة (FAQ) الخاصة بوحدة معالجة المعالجة الثلاثية

في النهاية، دعنا نجيب على بعض الأسئلة المتداولة التي أسمعها عن كلا النوعين من TPU.

هل طباعة TPU ثلاثية الأبعاد صعبة؟ يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر صعوبة من المواد الصلبة. نظرًا لأن خيوط TPU مرنة جدًا، فقد تنحني أحيانًا أو تعلق في الطابعة ثلاثية الأبعاد الطارد. ولكن، باستخدام الإعدادات الصحيحة، يمكنك الحصول على نتائج رائعة. على سبيل المثال، من المهم استخدام سرعة طباعة أبطأ ومقدار السحب المناسب. يعد تغيير أشياء مثل سمك الجدار والسحب مهمًا للحصول على تشطيب جيد للسطح وللحفاظ على سلامته الهيكلية.

ما نوع مادة TPU التي يجب أن أستخدمها للطابعة ثلاثية الأبعاد؟ تأتي خيوط TPU في صلابة الشاطئ التصنيفات. الرقم الأقل (مثل 85A) يكون ناعمًا ومرنًا للغاية. الرقم الأعلى (مثل 95A) أكثر صلابة وأسهل في الطباعة. بالنسبة لمعظم أجزاء TPU المرنة ذات الاستخدامات العامة، يعتبر رقم 95A من TPU مكانًا جيدًا للبدء. بعضها أساسه بوليستر، والتي يمكن أن تغير ميزاتها.

هل يمكنني شراء وحدة معالجة الموتر (TPU)؟ عادة، لا. لا تشبه وحدة معالجة التكثيف (Tensor Processing Unit) وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات التي يمكنك شراؤها ووضعها في حاسوبك الخاص. فهي تُستخدم في الغالب من قِبل Google في مراكز البيانات الخاصة بها. ولكن، يمكنك الحصول على قوة وحدات معالجة التكثيف من خلال خدمات منصة جوجل السحابية. وهذا يتيح لأي شخص الدفع مقابل استخدام هذه الآلات القوية لتدريب نماذج التعلم الآلي الخاصة به.

هل وحدة معالجة المكثفات أفضل من وحدة معالجة الرسومات لجميع مهام الذكاء الاصطناعي؟ ليس دائماً. صُممت وحدة معالجة التكثيف لتكون جيدة جدًا في جزء التدريب من أجل نماذج التعلُّم العميق. لكن وحدات معالجة الرسومات لا تزال مفيدة وقوية للغاية. لبعض أنواع تطبيقات التعلم الآلي أو بالنسبة للجزء "الاستدلالي" (معالجة البيانات عند المستخدم أو بالقرب منه)، قد تكون وحدة معالجة الرسومات خيارًا أفضل أو أرخص. عالم وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات ووحدات TPUs دائمة التغير.

Key Takeaways to Remember

• نوعان من TPU: يمكن أن يعني اسم TPU إما مادة البولي يوريثين بالحرارة، وهي مادة مرنة للطباعة ثلاثية الأبعاد، أو وحدة معالجة المضاعف، وهي شريحة كمبيوتر للذكاء الاصطناعي.
• TPU للطباعة ثلاثية الأبعاد: وهو بلاستيك قوي ومرن يشبه المطاط ويتميز بمقاومة كبيرة للصدمات ومقاومة التآكل، ويستخدم لصنع الأجزاء الواقعية.
• وحدة معالجة المكثفات للذكاء الاصطناعي: هذا معالج خاص (وحدة معالجة المكثفات) صنعته Google لجعل حوسبة الذكاء الاصطناعي لنماذج التعلم الآلي أسرع بكثير واستخدام طاقة أقل.
• اعرف حالة الاستخدام الخاصة بك: تعتمد وحدة المعالجة ثلاثية الأبعاد المناسبة لك بشكل كامل على مشروعك. هل تقوم ببناء كائن حقيقي أم برنامج ذكاء اصطناعي؟
• عوالم مختلفة: على الرغم من أنهما يحملان نفس الاسم، إلا أن هاتين التقنيتين تُستخدمان في مجالات مختلفة تمامًا ولا تقومان بنفس الأشياء.