Центральный процессор (CPU) и графический (GPU) — два разных вида процессоров, которые используются в современных компьютерах. Но их функции, архитектура, области применения значительно различаются. Важно понимать разницу между ними, чтобы выбрать, какой подойдёт для той или иной задачи. В статье рассмотрим основные различия между ЦП и ГПУ, их роль, а также влияние на выбор в конкретных сценариях использования.
Что такое CPU
Центральный процессор - это настоящий «мозг» компьютера, в котором происходят все вычисления для операционной системы и приложений. Физически он представляет собой кремниевый чип, который вставляется в разъём материнской платы.
Современные процессоры могут более миллиарда операций за одну секунду. Их главная задача заключается в том, чтобы извлекать инструкций из оперативной памяти, декодировать их и выполнять. Важный нюанс: процессы в CPU запускаются последовательно друг за другом.
Чем занимается ЦП:
1. Обработка данных: Одной из основных функций ЦП является обработка данных. Он принимает информацию из различных источников, выполняет вычисления и возвращает результаты. Это может быть что угодно, от простых математических операций до сложных алгоритмов обработки данных.
2. Управление ресурсами: ЦП отвечает за управление ресурсами компьютера, такими как память, диски, периферийные устройства и т.д. Он координирует доступ к ресурсам, управляет передачей данных между ними и обеспечивает их оптимальное использование.
3. Выполнение программ: ЦП выполняет программы, которые запускаются на компьютере. Он интерпретирует инструкции, содержащиеся в программах, выполняет соответствующие операции для их реализации. Это может быть что угодно, от игр и приложений до системных программ.
4. Управление вводом/выводом: ЦП контролирует поток данных между компьютером и его внешними устройствами ввода/вывода, такими как клавиатура, мышь, монитор, принтер. Он обрабатывает сигналы от этих устройств и обеспечивает их корректное функционирование.
Что такое GPU
Изначально графические процессоры были созданы для визуализации графики, но сейчас их применение вышло далеко за эти пределы.
GPU (он же – видеокарта) — это составляющая компьютера, которая отвечает за обработку изображения и видео. Карты могут быть дискретными, то есть независимыми от материнской платы и снабжёнными собственной памятью (vRAM), либо интегрированными, то есть делят память с центральным процессором. Второй вариант является менее производительным.
Когда работа с 3D-графикой и видео высокого разрешения стала постоянной частью жизни, появилась потребность в особом микропроцессоре, который взял бы частью нагрузки ЦП на себя. Таким особым устройством стал графический процессор видеокарты.
В отличие от CPU, графический процессор выполняет задачи не одну за другой, а параллельно. Это становится возможным благодаря тому, что в GPU больше ядер, так как именно ядра отвечают за выполнение математических и географических вычислений.
Сходства между GPU и CPU
И ЦП, и графические процессоры – это аппаратная часть компьютера, выполняющая вычисления. Поэтому, конечно же, их устройство во многом похоже.
-
Есть ядра. Оба вида имеют ядра, выполняющие все вычисления и отвечающие за логические функции. Ядро получает из памяти инструкции в форме цифровых сигналов, которые оно декодирует и запускает через логические шлюзы. Это называется «командный цикл». Раньше в процессорах было только одно ядро, но современные ЦП и GPU имеют их гораздо больше. CPU – десятки, а графический– тысячи.
-
Внутренняя память. Чтобы производительность была выше, процессоры пользуются не только внешней памятью, но ещё и своей встроенной (кэшем). Таким образом обеспечивается быстрый доступа к данным. MMU (Блок, отвечающий за управление памятью) контролирует движение данных между ядром процессора, встроенной и оперативной памятью в каждом цикле команд.
-
Блок управления. Эта составляющая занимается синхронизацией задач обработки данных и определяет частоту электрических импульсов блока обработки. Чем больше частота, тем выше производительность.
Отличия CPU и GPU
ЦП предназначен для выполнения всех основных функций ПК, в то время как ГПУ является специализированным элементом, который управляет рендерингом графики и видео.
Главное отличие состоит в том, как именно выполняются вычисления. В ЦП, который отвечает за выполнение всех задач, вычисления происходят последовательно одно за другим. А ГПУ может дробить задачи и производить вычисления параллельно, а значит, выполнять простые и повторяющиеся задачи гораздо быстрее.
За счёт нескольких ядер или арифметических логических блоков (ALU) графические процессоры отлично подходят для параллельной обработки данных. Сами ядра GPU менее мощные, имеют меньше встроенной памяти, чем ядра ЦП, графический принимает больше одних и тех же инструкций и передает их с высокой скоростью.
Можно ли сочетать CPU и GPU
Иногда графический процессор встроен в тот же чип, что и центральный. За счёт этого можно экономить пространство и энергоэффективность, например, в небольших ноутбуках, планшетах и смартфонах.
Также сочетание ЦП и GPU даёт достаточную мощность для работы с графическими данными, а также для выполнения общих задач.
Когда GPU эффективнее CPU
Прежде, чем говорить о том, где больше подойдёт GPU, следует сказать, что использование графического процессора не исключает ЦП. Он необходим для работы любого компьютера. Графический просто становится дополнительным, берущим на себя отдельные функции, с которыми он справится более эффективно.
Где GPU более эффективен:
- Глубокое обучение. При обучении нейросетей приходится обрабатывать огромное количество данных. Серверы на базе ГПУ обладают высокой производительностью и очень эффективны для машинного обучения.
-
Высокопроизводительные вычисления. Геологическое, финансовое и другое моделирование, анализ данных в экономике и медицине – все подобные задачи очень высокой вычислительной мощности. Её могут обеспечить сервера с GPU.
-
Автономные транспортные средства. Системы на основе графических процессоров позволяют эффективно справляться с такими сложными задачами, как сбор данных, разработка карт, анализ, которые необходимы в программах для помощи водителям.
-
Виртуальные рабочие места с GPU. Технологии дают возможность дистанционно работать с высоконагруженными приложениями и вычислениями в облаке.
-
Работа с графикой и видео. Ресурсоёмкие приложения для рендеринга, трёхмерного моделирование хорошо работают на серверах с графическим процессором.
Заключение
Хотя ЦП и ГПУ выполняют разные функции и имеют разные архитектуры, их совместное использование может обеспечить высокую производительность и эффективность в решении различных задач. Понимание их отличий и сходств позволяет выбирать правильный инструмент для конкретной задачи и оптимизировать работу компьютерной системы.
