統合グラフィックスとは何ですか？
公開: 2022-06-25
統合グラフィックスとは、CPU（中央処理装置）と同じパッケージに組み込まれているGPU（グラフィックス処理装置）を指します。熱狂的なコンピューター界では、統合グラフィックスはしばしば嘲笑されますが、GPU設計へのこのアプローチには多くの重要な利点があります。
グラフィックには専用のハードウェアが必要
ビデオゲームやプロのアプリケーションでの高解像度ビデオと詳細な3Dレンダリングを備えた最新のコンピューターグラフィックスは、要求の厳しい仕事です。 CPUはグラフィックを作成（「レンダリング」）できますが、それを迅速かつ効率的に行うための適切なタイプのアーキテクチャが不足しています。
これが、GPUがゼロから構築されている理由です。これは、毎秒数十回または数百回の数百万ピクセルの正しい値を計算するために必要な種類の数学に優れています。 PCからスマートフォンまで、すべてのコンピューティングデバイスにはGPUが搭載されています。
GPUを備えていない唯一のコンピューターは、通常、リモートで操作される「ヘッドレス」サーバーであり、CPUに適した動作のみを行います。 ただし、GPUはグラフィックス以外のことを行うために使用されているため、それでも変化していますが、それはまた別の日の話です。 今日ディスプレイに出力するコンピューターには、ほぼ確実に専用のGPUが搭載されています。
統合グラフィックスと専用グラフィックス
ラップトップまたはデスクトップコンピュータを購入すると、仕様書には、コンピュータに「統合」または「専用」のグラフィックスが付属していると記載されていることがよくあります。 コンピューターにGPUを含めるための、これら2つのアプローチには大きな違いがあります。
専用GPUは、GPUが独自の独立したプロセッサパッケージを持っていることを意味します。 独自の冷却ソリューションがあります。 専用GPUには、独自の電源管理ハードウェアとメモリもあります。 専用GPUは、それ自体の自己完結型コンピューターのようなものです。
デスクトップコンピューターでは、専用のGPUは、一般にグラフィックカードと呼ばれる独自の回路基板上にあります。 カードはコンピュータのマザーボードに挿入され、多くの場合、カードスロットから供給できるよりも多くの電力を必要とします。 そのため、コンピュータの電源からの専用の電源接続もある場合があります。
ラップトップコンピューターの専用グラフィックスは、（現在は廃止されている）MXMラップトップGPUモジュールなどのリムーバブルパッケージとして提供される場合があります。 より一般的には、メインボードに直接はんだ付けされますが、CPUとは別のコンポーネントとして専用に使用されます。 独自の冷却、メモリ、および電力を備えています。
一方、統合GPUは、すべてをCPUと共有する必要があります。 これが、オンボードGPUと呼ばれることが多い理由です。 これは同じプロセッサパッケージ内にあり、同じヒートシンクとヒートスプレッダによって冷却され、CPUと同じシステムメモリを共有します。 マザーボードは、モニターを接続できるディスプレイ出力ハードウェアを提供しますが、GPUのすべての「頭脳」はCPUのパッケージ内にあります。
統合グラフィックスの利点
ハイエンドCPUを除いて、今日の事実上すべてのコンピューターCPUにはGPUが統合されています。 統合GPUモデルは、世の中で最も一般的なGPUタイプであると言っても過言ではありません。 それがとても人気がある理由はいくつかありますが、いつものように重要なものの比較的短いリストがあります。
1つ目はコストです。 GPUをシリコン領域にエッチングするのにCPUにそれほど多くのコストを追加することはありません。 すべてのGPUにGPUを含めると、GPU自体のコストが増加するよりも、システムの他の部分のコストが大幅に削減されます。 そのため、統合GPUを使用するシステムは、専用ソリューションを使用するシステムよりも大幅に安価です。
2番目の主な理由は複雑さです。 これは、1立方ミリメートルの体積が重要となるラップトップコンピューターに特に関係があります。 GPUをCPUパッケージに統合することで、ラップトップを劇的に小型化できます。これは、完全に別個のチップパッケージを冷却、電力供給、および接続するために追加のサポートハードウェアをすべて必要としないためです。
統合GPU設計の3番目の柱は、電力効率です。 2つの別々のチップのニーズのバランスを取るよりも、単一の集積チップの消費電力を管理する方がはるかに簡単です。 GPUとCPUは緊密に統合されているため、CPUパッケージのTDP（熱設計電力）にきちんと収まるようにすることができます。
通常、専用GPUを搭載したラップトップにもGPUが統合されており、オペレーティングシステムは、使用しているアプリケーションに応じて2つを動的に切り替えます。 そのため、スプレッドシートの作成中に高性能GPUを使用して、バッテリーの電力を使い果たしてしまうことはありません。
統合グラフィックスのデメリット
統合グラフィックスが非常に優れているのであれば、なぜ専用グラフィックスを使用するのでしょうか。 簡単に言えば、専用カードにははるかに高いパフォーマンスの可能性があるということです。
専用GPUは、物理的に大きく、電力バジェットがはるかに大きく、動作中に安全に高温に達することができます。 また、グラフィックアプリケーションのニーズに合わせて特別に設計された専用の高性能メモリにもアクセスできます。
長い間、統合されたGPUはパフォーマンスの低下と同義であり、基本的な生産性タスクに使用するのに十分であり、マルチメディアが制限されていました。 ゲーム？ 完全に問題外です！
GPUテクノロジーにより、統合グラフィックスのパフォーマンスが向上し、カジュアルゲーマーを含むほとんどのユーザーが、専用のGPUを実際に必要としないようになったため、これは2022年にはもはや真実ではありません。 ただし、今日の専用GPUは統合GPUよりもはるかに高速であることは事実です。
統合グラフィックスとシステムオンチップデバイス
別のタイプの統合GPUは、SoCまたはSystem-on-a-Chipデバイスにあります。 SoCは、CPUとGPUを同じパッケージに統合するだけでなく、システムメモリ、さらにはストレージも統合します。
SoCは特定の総合的なパフォーマンス目標を念頭に置いて設計されているため、SoC内のGPUは非常に強力になる可能性があります。 たとえば、Apple M1 SoCは、Playstation 4よりもグラフィック機能が優れていますが、CPUは依然としてハイエンドのラップトップCPUと競合しています。
PlayStation5やXboxSeriesXなどの最新のコンソールは、高性能CPUとGPUを同じパッケージに統合していますが、これらは、これが引き起こす大量の熱をゼロから放散するように設計されています。
どのGPUデザインがあなたに適していますか？
グラフィックスに関してパフォーマンスが最も重要である場合は、専用のグラフィックスを備えたデスクトップコンピュータを購入する必要があることは間違いありません。 バッテリーの寿命、コスト、熱、およびノイズが最も重要な場合は、統合ソリューションが必要になる可能性があります。
デスクトップユーザーは、マザーボードに正しいスロットがあり、電源とシャーシがそれに対応していることを前提として、後日、システムに専用のGPUを追加するオプションがあります。 したがって、CPUに統合されたGPUを試して、ニーズに十分対応できるかどうかを確認できます。
最終的に、最も重要なことは、将来のCPUが持つ統合GPUのパフォーマンス機能について調査することです。 その小さなプロセッサにどれだけの電力が詰め込まれているかに驚かれるかもしれません。