CPU a GPU: jaka jest różnica?
Opublikowany: 2022-01-29
Jeśli kiedykolwiek zbudowałeś swój własny komputer — lub nawet po prostu o nim przeczytałeś — zorientowałeś się, że procesor i GPU to dwie bardzo różne rzeczy. Ale na czym dokładnie polega różnica i jak to działa w praktyce?
Czym są procesory i karty graficzne?
Krótka odpowiedź brzmi, że procesor, skrót od jednostki centralnej, choć nazywany również „procesorem”, obsługuje komputer. Jest to centralne centrum Twojego urządzenia i zarządza wszystkimi procesami, które go napędzają. Jeśli nie masz procesora, nie masz komputera, tylko supernowoczesny przycisk do papieru.
GPU lub jednostka przetwarzania graficznego, zwana również „kartą graficzną”, uruchamia grafikę wyświetlaną na ekranie. Procesory graficzne są również niezbędne do działania komputera, bez nich nic nie pojawiłoby się na ekranie. To powiedziawszy, nie zawsze muszą być dyskretnym lub oddzielnym GPU; wiele procesorów, zwłaszcza laptopów, ma wbudowane procesory graficzne.
Jednak te zintegrowane karty graficzne nie mają wiele mocy. Jeśli chcesz uruchomić wysokiej klasy grafikę do gier lub zaawansowane oprogramowanie graficzne, takie jak programiści 3D, będziesz potrzebować oddzielnego procesora graficznego. Po prostu mają dużo więcej mocy.
Gdzie je znajdziesz
Ponieważ procesor jest tak, cóż, centralny, jest wszechobecny: nie ma ani jednego urządzenia cyfrowego, które by go nie miało. Smartfony i inteligentne urządzenia zazwyczaj mają bardzo małe, które nie zużywają dużej mocy obliczeniowej, podczas gdy superkomputery będą miały ogromne sieci procesorów, które mogą wykonywać obliczenia, które sprawią, że Twój telefon zacznie dymić w ciągu kilku minut.
Oddzielne procesory graficzne są znacznie bardziej wyspecjalizowane. Na ogół można je znaleźć tylko w laptopach i komputerach PC sprzedawanych graczom — w rzeczywistości są to największy rynek, ponieważ większość najnowocześniejszych gier wymaga obecnie poważnej mocy obliczeniowej. Artyści wizualni to inni wielcy nabywcy procesorów graficznych, ponieważ muszą renderować obrazy szybko i szczegółowo, czego procesor graficzny zintegrowany z procesorem nie jest w stanie zrobić równie dobrze.
Jednak nie tylko gracze i artyści używają procesorów graficznych. Są one również często używane w uczeniu maszynowym i wydobywaniu kryptowalut, z powodów, które wkrótce omówimy.
Jak działa procesor w porównaniu z GPU
Procesor i GPU robią różne rzeczy ze względu na sposób, w jaki są zbudowane. Procesor uruchamia procesy szeregowo — innymi słowy, jeden po drugim — na każdym ze swoich rdzeni. Większość procesorów ma od czterech do ośmiu rdzeni, chociaż procesory wysokiej klasy mogą mieć do 64.
Gdy komputer jest uruchomiony, każdy rdzeń uruchomi proces mniej więcej sam, na przykład rejestrowanie naciśnięć klawiszy podczas pisania. Podczas gdy to robi, inne rdzenie będą obsługiwać wszystkie inne procesy, które widzisz w Menedżerze zadań Windows (lub będą czekać na uruchomienie). Ponieważ zarządza zadaniami szeregowo i przeznacza dużą część mocy obliczeniowej na każde zadanie, działa — i przełącza się między różnymi procesami — z szybkością błyskawicy.
GPU inaczej podchodzi do obliczeń. Po otrzymaniu zadania GPU podzieli je na tysiące mniejszych zadań, a następnie przetworzy je wszystkie jednocześnie, a więc jednocześnie, a nie szeregowo. Dzięki temu procesory graficzne są znacznie bardziej odpowiednie do obsługi dużych procesów, które składają się z wielu małych części, takich jak grafika 3D.
Na przykład w grze to, co widzisz, jest po prostu polem wielokątów. Każdy wielokąt jest wypełniany pojedynczo przez GPU w tym samym czasie, a biorąc pod uwagę, że może ich być tysiące, naprawdę imponujące jest to, jak płynnie mogą to robić GPU. Możesz nawet zobaczyć to na własne oczy, gdy twoja karta graficzna działa nieprawidłowo podczas grania, ponieważ na ekranie pojawiają się duże bloki tekstur.
Kiedy używać procesora, a kiedy GPU
Ponieważ działają tak różnie, procesory i karty graficzne mają bardzo różne zastosowania. Przetwarzanie seryjne jest tym, co sprawia, że komputer działa. Jeśli próbowałbyś uruchomić komputer przy użyciu współbieżnych procesów, nie działałoby to zbyt dobrze, ponieważ trudno jest podzielić pisanie eseju lub uruchamianie przeglądarki. Procesory mogą poświęcić dużo energii tylko na kilka zadań, ale w rezultacie wykonują te zadania znacznie szybciej.
Z drugiej strony procesory graficzne są znacznie bardziej wydajne niż procesory i dlatego są lepsze do dużych, złożonych zadań z dużą ilością powtórzeń, takich jak umieszczanie tysięcy wielokątów na ekranie. Gdybyś próbował to zrobić z procesorem, po prostu by się zatrzymał, jeśli w ogóle działał.
GPU to nie tylko grafika
Pomysł, że procesory napędzają komputer, podczas gdy GPU obsługuje grafikę, był ugruntowany jeszcze kilka lat temu. Do tego czasu rzadko widywałeś kartę graficzną do czegokolwiek innego niż gry lub obróbka wizualna (grafika 3D lub edycja obrazu i wideo).
Jednak w ciągu ostatnich kilku lat uległo to drastycznej zmianie dzięki dwóm ważnym zmianom w sposobie korzystania z komputerów. Pierwszym z nich jest uczenie maszynowe (zwane także głębokim uczeniem), które wymaga intensywnego współbieżnego przetwarzania ze względu na sposób zarządzania danymi.
Jak wyjaśniono w tym artykule bardziej szczegółowo, każdy fragment informacji przetwarzany przez algorytm głębokiego uczenia się przechodzi przez kilka filtrów, zwanych wagami. Biorąc pod uwagę, że istnieje wiele filtrów i wiele punktów danych, uruchomienie tego przez procesor zajęłoby wieczność. Do tego zadania znacznie lepiej nadaje się procesor graficzny.
GPU i wydobywanie kryptowalut
Z podobnego powodu procesory graficzne są również popularne podczas kopania kryptowalut. Aby zdobyć nowe monety, zwykle musisz rozwiązać skomplikowane równanie kryptograficzne, które odblokuje kolejną sekcję łańcucha bloków. Brutalna siła jest tutaj słowem kluczowym, ponieważ im więcej mocy obliczeniowej wrzucisz na jedno z tych równań, tym większa szansa na jego szybkie rozwiązanie.
Procesory graficzne mają podwójną przewagę nad procesorami, ponieważ nie tylko zapewniają większą moc obliczeniową dzięki większej wydajności, ale są również wyposażone w wyspecjalizowane procesory matematyczne zwane jednostkami arytmetycznymi (ALU). Jednostki ALU pomagają w szybszym renderowaniu grafiki, ale są również darem niebios dla każdego, kto szuka rozwiązania skomplikowanych problemów matematycznych.
W rzeczywistości procesory graficzne stały się tak popularne wśród kopaczy kryptowalut, że spowodowały ogólnoświatowy niedobór kart graficznych, który ledwo się zmniejsza w momencie pisania tego tekstu w grudniu 2021 r. Przeszliśmy długą drogę od czasów, gdy karty graficzne były używane tylko przez gracze.