CPUとGPU：違いは何ですか？
公開: 2022-01-29
独自のコンピューターを構築したことがある場合、またはそれについて読んだことがある場合は、CPUとGPUが2つのまったく異なるものであることがわかります。 しかし、正確にはどのような違いがあり、これは実際にはどのように機能しますか？
CPUとGPUとは何ですか？
簡単に言うと、CPUは、「プロセッサ」とも呼ばれますが、中央処理装置の略で、コンピュータを実行します。 それはあなたのデバイスの中心的なハブであり、それを動かすすべてのプロセスを管理します。 CPUがない場合は、コンピューターはありません。最先端の文鎮だけです。
GPU、または「グラフィックカード」とも呼ばれるグラフィック処理ユニットは、画面に表示されるグラフィックを実行します。 GPUは、コンピューターの操作にも不可欠です。GPUがないと、画面に何も表示されません。 とはいえ、それらは必ずしも個別の、または個別のGPUである必要はありません。 多くのCPU、特にラップトップ用には、GPUが組み込まれています。
ただし、これらの統合されたグラフィックカードには、あまり魅力的ではありません。 ゲーム用のハイエンドグラフィックスや3Dモデラーなどの高度なグラフィックソフトウェアを実行する場合は、ディスクリートGPUが必要になります。 彼らはただもっと多くの力を持っています。
あなたがそれらを見つける場所
CPUは非常に中心的であるため、どこにでもあります。CPUを持たないデジタルデバイスは1つもありません。 スマートフォンやスマートデバイスは、一般的に非常に小さいもので、多くの計算能力を発揮しませんが、スーパーコンピューターには、数分以内に携帯電話のげっぷを発生させる計算を実行できるCPUの大規模なネットワークがあります。
ディスクリートGPUは、はるかに特殊化されています。 これらは通常、ゲーマー向けに販売されているラップトップやPCにのみ見られます。実際、今日のほとんどの最高級ゲームは本格的なグラフィカルコンピューティング能力を必要とするため、最大の市場です。 ビジュアルアーティストは、画像をすばやく詳細にレンダリングする必要があるため、GPUのもう1つの大きな購入者です。これは、CPUに統合されたGPUでは実現できないことです。
ただし、GPUを使用するのはゲーマーやアーティストだけではありません。 これらは、機械学習や暗号マイニングでも多く使用されています。これについては、後ほど説明します。
CPUとGPUのしくみ
CPUとGPUは、それらが構築されている方法のために異なることをします。 CPUは、各コアでプロセスをシリアルに（つまり、次々に）実行します。 ほとんどのプロセッサには4〜8コアが搭載されていますが、ハイエンドCPUには最大64コアを搭載できます。
コンピューターが実行されているとき、各コアは、入力中にキーストロークを登録するように、多かれ少なかれそれ自体でプロセスを実行します。 その間、他のコアがWindowsタスクマネージャーで実行されている他のすべてのプロセスを処理します（または実行を待機します）。 タスクをシリアルに管理し、処理能力の大部分を各タスクに割り当てるため、非常に高速に実行され、異なるプロセスの実行を切り替えます。
GPUはコンピューティングへのアプローチが異なります。 タスクが与えられると、GPUはそれを数千の小さなタスクに分割し、それらをすべて一度に処理します。つまり、シリアルではなく同時に処理します。 これにより、GPUは、3Dグラフィックスなどの多くの小さなパーツで構成される大きなプロセスの処理にはるかに適しています。
たとえば、ゲームで表示されるのは基本的にポリゴンのフィールドです。 各ポリゴンは同時にGPUによって個別に入力されます。数千のポリゴンが存在する可能性があることを考えると、GPUがいかに流動的にそれを実行できるかは実際にはかなり印象的です。 画面に大きなブロックのテクスチャが表示されるため、ゲーム中にGPUが誤動作した場合でも、自分で確認できます。
CPUとGPUをいつ使用するか
動作が大きく異なるため、CPUとGPUのアプリケーションは大きく異なります。 シリアル処理は、コンピューターを動かします。 並行プロセスを使用してPCを実行しようとすると、エッセイの入力やブラウザーの実行を細分化するのが難しいため、うまく機能しません。 CPUは、ほんの一握りのタスクに多くの電力を割り当てることができますが、その結果、それらのタスクをはるかに高速に実行します。
一方、GPUはCPUよりもはるかに効率的であるため、画面に数千のポリゴンを配置するなど、繰り返しの多い大規模で複雑なタスクに適しています。 CPUでそれを行おうとすると、それがまったく機能したとしても、それはただ失速するでしょう。
GPUはグラフィックスだけではありません
GPUがグラフィックスを実行している間にCPUがコンピューターを実行するという考えは、数年前まで固まっていた。 それまでは、ゲームや視覚処理（3Dグラフィックスまたは画像とビデオの編集）以外の目的でグラフィックスカードを見ることはめったにありませんでした。
しかし、私たちがコンピューターを使用する方法に2つの重要な変更があったおかげで、ここ数年でそれは劇的な変化を遂げました。 1つは機械学習（ディープラーニングとも呼ばれます）で、データの管理方法のために集中的な並行処理が必要です。
この記事でさらに詳しく説明しているように、深層学習アルゴリズムによって処理される情報のすべてのビットは、重みと呼ばれるいくつかのフィルターを通過します。 多くのフィルターと多くのデータポイントがあることを考えると、CPUを介してこれを実行するには永遠に時間がかかります。 GPUはこのタスクにはるかに適しています。
GPUと暗号マイニング
同様の理由で、GPUは暗号通貨のマイニングでも人気があります。 新しいコインを入手するには、通常、ブロックチェーンの次のセクションのロックを解除する複雑な暗号方程式を解く必要があります。 ここでのキーワードはブルートフォースです。これらの方程式の1つで処理能力が高いほど、それをすばやく解決できる可能性が高くなります。
GPUには、CPUに比べて2倍の利点があります。これは、GPUがより効率的であるために処理能力が向上するだけでなく、算術論理演算装置（ALU）という特殊な数学プロセッサも装備されているためです。 ALUは、グラフィックスのレンダリングを高速化するのに役立ちますが、複雑な数学的問題を解決しようとしている人にとっては天の恵みでもあります。
実際、GPUは暗号通貨マイナーの間で非常に人気があり、グラフィックカードの世界的な不足を引き起こしました。これは、2021年12月の執筆時点ではほとんど緩和されていません。グラフィックカードが使用されていたのは、ゲーマー。