CPU vs. GPU — Kako odabrati pravo

5

0

čitati 16 min.

Dobrodošli u naš sveobuhvatni vodič o temeljnim razlikama između CPU-a i GPU-a. U INTROSERV-u prepoznajemo da obje ove procesorske jedinice imaju značajnu ulogu u suvremenoj tehnologiji. One surađuju kako bi izvršile mnoštvo zadataka kao što su obrada podataka, obrada slika i računalna grafika. U ovom ćemo članku pomno ispitati značajke, ograničenja i prednosti, njihove slučajeve upotrebe te je li GPU preduvjet za vašu konfiguraciju. Dakle, vežite se i zaronimo u svijet CPU-a protiv GPU-a.

CPU vs GPU: Glavne značajke

Arhitektura i funkcionalnost

CPU (Central Processing Unit) je "mozak" računala, odgovoran za izvršavanje naredbi i obradu potrebnu za vaše računalo i operativni sustav. Može imati više procesorskih jezgri koje mogu istovremeno obavljati različite zadatke. Središnji procesor neophodan je za različita radna opterećenja, osobito ona koja zahtijevaju nisku latenciju ili visoke performanse po jezgri. Na primjer, CPU preuzima odgovornost za pokretanje baza podataka, web preglednika, procesora teksta i drugih aplikacija.

GPU (Graphics Processing Unit) je specijalizirani procesor izričito dizajniran za ubrzavanje renderiranja grafike. Ima mnogo manjih i specijaliziranijih jezgri koje mogu paralelno obrađivati mnogo dijelova podataka. To ga čini idealnim za zadatke koji se mogu podijeliti i obraditi kroz mnogo jezgri, kao što su renderiranje grafike i videa, strojno učenje i igranje. Svojim naprednim tehnikama osvjetljenja i sjenčanja, video kartica može proizvesti realistične i životopisne vizuale koji su praznik za oči.

Iako CPU i GPU imaju različite arhitekture i uloge, rade u tandemu kako bi pružili brze i glatke performanse. Prvi komunicira s više računalnih komponenti kao što su memorija, ulazni i izlazni uređaji, te šalje upute grafičkoj kartici. GPU prima upute od središnjeg procesora i renderira grafiku na zaslonu. Oboje komuniciraju putem sabirnice ili mosta koji ih povezuje, osiguravajući besprijekornu koordinaciju između ovih procesorskih jedinica.

Komponente CPU-a i GPU-a

Čip za središnju obradu i grafička procesorska jedinica imaju različite komponente koje im omogućuju funkcioniranje. CPU se sastoji od kontrolne jedinice, aritmetičko-logičke jedinice (ALU), registara i priručne (cache) memorije. 

• Kontrolna jedinica regulira protok podataka i uputa dohvaćanjem, dekodiranjem i izvršavanjem uputa iz memorije.
• Aritmetičko-logička jedinica izvodi aritmetičke i logičke operacije na informacijama, kao što su zbrajanje, oduzimanje, množenje, dijeljenje i usporedba.
• Registri su male i brze memorijske jedinice koje privremeno čuvaju podatke i naredbe.
• Priručna memorija (Cache) je mala i brza memorijska jedinica koja pohranjuje često korištene podatke i upute, smanjujući latenciju pristupa podacima iz glavne memorije.

GPU se sastoji od CUDA jezgri, teksturnih jedinica, rasterskih operatora (ROP-ova) i memorije.

• CUDA jezgre izvode paralelne izračune na podacima, slično ALU-u u CPU-u, ali su brojnije i jednostavnije.
• Teksturne jedinice primjenjuju teksture na 3D modele mapiranjem 2D slika na 3D površine radi stvaranja realističnih efekata.
• Rasterski operatori (ROP-ovi) izvode rasterizaciju, pretvarajući 3D modele u piksele na zaslonu. Također obavljaju i druge funkcije kao što su miješanje boja (blending), zaglađivanje rubova (anti-aliasing) i testiranje dubine.
• Memorija pohranjuje podatke i upute za GPU. Može biti integrirana u grafičku karticu ili ponuđena kao zasebna hardverska jedinica.

Ključne razlike između CPU-a i GPU-a

Ograničenja korištenja CPU-a i GPU-a

CPU i GPU sposobni su pružiti brze i glatke performanse, ali njihova ograničenja mogu utjecati na njihovu učinkovitost u različitim zadacima.

Ograničenja CPU-a

• Slabo paralelno procesiranje: Mikroprocesor može istovremeno obavljati više zadataka, ali nije vrlo učinkovit u obradi mnogo dijelova podataka u isto vrijeme. To može utjecati na njegove performanse u zadacima koji zahtijevaju visoku razinu paralelizma, kao što su obrada slike, uređivanje videa i strojno učenje.
• Visoka latencija: Središnja procesorska jedinica komunicira s više računalnih komponenti, poput memorije, ulaznih i izlaznih uređaja te video kartice. To znači da CPU mora čekati podatke i upute od tih komponenti, što može uzrokovati kašnjenja ili latenciju. To može utjecati na njegove performanse u zadacima koji zahtijevaju nisku latenciju ili brzo vrijeme odziva, poput igranja i aplikacija u stvarnom vremenu.

Ograničenja GPU-a

• Visoka potrošnja energije: GPU troši više energije od CPU-a jer ima više jezgri i obavlja više izračuna. To može generirati više topline i buke, što utječe na stabilnost i životni vijek. Također zahtijeva više sustava za hlađenje i ventilaciju, što može povećati cijenu i veličinu sustava.
• Ograničene ulazno/izlazne mogućnosti: Vizualni procesor prvenstveno je usredotočen na renderiranje grafike i nema mnogo ulazno/izlaznih mogućnosti. Ne može izravno komunicirati s drugim komponentama, kao što su memorija, uređaji za pohranu i mrežna sučelja. Mora se oslanjati na procesor za slanje i primanje podataka i uputa, što može uzrokovati opterećenje i neučinkovitost.

CPU-GPU usko grlo (Bottleneck)

Usko grlo je problematična situacija u kojoj jedna komponenta koči performanse druge komponente ili cijelog sustava. U svijetu računalne tehnologije, usko grlo se odnosi na ograničenje podataka poslanih na obradu ili ograničenje podataka koji se mogu obrađivati istovremeno. Može se reći da je količina podataka koja se može obraditi manja od podataka koji čekaju na obradu. Ovo stanje može negativno utjecati na performanse sustava i rezultirati problemima kao što su zastajkivanje, kašnjenje, smrzavanje ili rušenje sustava.

Postoje dvije glavne vrste CPU-GPU uskih grla:

• CPU usko grlo: To se događa kada je središnja procesorska jedinica prespora za grafički adapter. CPU ne može osigurati dovoljno podataka i uputa GPU-u za renderiranje, što uzrokuje mirovanje video kartice ili nedovoljno iskorištavanje njezinih resursa.

• GPU usko grlo: To se događa kada je GPU prespor za CPU. Grafički akcelerator ne može obraditi dovoljno podataka i uputa od središnje kontrolne jedinice za renderiranje, što uzrokuje mirovanje CPU-a ili pretjerano korištenje njegovih resursa dok čeka na GPU.

Nekoliko načina može riješiti ili spriječiti probleme s CPU-GPU uskim grlom, kao što su:

• Nadogradite svoj hardver: Najučinkovitije rješenje za popravak problema s uskim grlom je nadogradnja hardverskih komponenti. Možete nadograditi svoj CPU ili GPU kako biste uskladili njihove razine performansi ili uravnotežili njihovo radno opterećenje. Također možete nadograditi memoriju, uređaje za pohranu, sustave hlađenja, jedinice napajanja ili matične ploče kako biste poboljšali performanse sustava.
• Prilagodite svoje postavke: Možete smanjiti grafičke postavke, rezoluciju, ograničenje broja sličica u sekundi ili opcije zaglađivanja rubova kako biste smanjili opterećenje. Također možete zatvoriti nepotrebne pozadinske programe ili procese kako biste smanjili opterećenje mikroprocesora.
• Overclockajte svoj hardver: Overclocking je proces povećanja brzine radnog takta vašeg CPU-a ili GPU-a, čime oni rade brže. To može poboljšati performanse sustava i smanjiti učinak uskog grla. Međutim, overclocking također povećava potrošnju energije, stvaranje topline i rizik od nestabilnosti ili oštećenja vašeg hardvera.

Trebate li GPU?

Pitanje trebate li grafičku procesorsku jedinicu za svoje računalo ovisi o vašoj upotrebi i očekivanjima performansi. Zaronimo u situacije u kojima je GPU neophodan i u kojima CPU može obaviti posao.

Kada je GPU neophodan?

GPU je neophodan za zadatke koji uključuju grafiku visoke rezolucije, zamršene izračune ili interakcije u stvarnom vremenu. Ti zadaci uključuju:

• Video igre: Svijet igranja zahtijeva mnogo od GPU-a. Kako biste uživali u modernim igrama s realističnom grafikom i glatkim performansama, potrebna vam je snažna grafička kartica.
• Grafički intenzivni zadaci: Ako radite sa softverom kao što je Photoshop, Illustrator, Premiere Pro ili After Effects, vizualni procesor može ubrzati renderiranje slika, videa i animacija, preuzimajući dio radnog opterećenja sa središnje procesorske jedinice.
• Strojno učenje: Treniranje računala da uče iz podataka i obavljaju zadatke poput prepoznavanja slika, obrade prirodnog jezika ili sustava preporuka zahtijeva procesorsku snagu GPU-a.

Kada je CPU dovoljan?

Logički čip dovoljan je za zadatke koji ne zahtijevaju grafiku visoke rezolucije, zamršene izračune ili interakcije u stvarnom vremenu. Ti zadaci uključuju:

• Osnovni uredski zadaci: Ako računalo uglavnom koristite za obradu teksta, uređivanje proračunskih tablica, izradu prezentacija ili provjeru e-pošte, video adapter nije neophodan.
• Unos podataka: Zadaci poput unosa podataka i računovodstva ne zahtijevaju grafičku obradu visokih performansi.
• Pregledavanje weba: Ako vaše primarno korištenje računala uključuje pregledavanje weba, gledanje mrežnih videa ili strujanje glazbe ili podcasta.

Industrije koje se uvelike oslanjaju na GPU-e

GPU-i ne nalaze mjesto samo u osobnom i profesionalnom životu pojedinaca, već su i revolucionirali rad različitih industrija. Sljedeći primjeri pružit će razumijevanje industrija koje se uvelike oslanjaju na grafičke procesorske jedinice.

• Umjetna inteligencija: Kapacitet za paralelno procesiranje čini ih prikladnima za treniranje neuronskih mreža — temeljnog elementa u AI-u, dubokom učenju i strojnom učenju. Ogromna snaga GPU-a omogućuje im učinkovitije rukovanje golemim količinama podataka.
• Virtualna stvarnost: Sposobnost brzog renderiranja 3D grafike u stvarnom vremenu neophodna je za stvaranje impresivnog i responzivnog iskustva virtualne stvarnosti. Bez upotrebe video kartica, procesorska snaga potrebna za VR bila bi prevelika da bi je CPU-i mogli podnijeti, što bi rezultiralo kašnjenjem i sporim iskustvom.
• Podatkovni centri: Podatkovni centri služe kao objekti koji pohranjuju i obrađuju goleme količine podataka za različite svrhe kao što su računalstvo u oblaku, web hosting, online usluge ili analitika velikih podataka. Korištenje grafičkih akceleratora može ubrzati obradu podataka i smanjiti latenciju, čineći ih ključnima za velike računalne operacije.
• Razvoj video igara: Programeri igara koriste vizualne procesore kako bi osigurali glatko igranje svojih igara na različitim hardverskim konfiguracijama. 3D modeliranje i animacija, kao i stvaranje vizualnih efekata i osvjetljenja, također su zadaci u kojima se koriste GPU-i.

Čimbenici koje treba uzeti u obzir pri kupnji grafičke kartice

Ako odlučite da vam je potreban GPU za vaše računalo, možda ćete se zapitati kako odabrati najbolji za svoje potrebe i proračun. Postoji mnogo čimbenika koje treba uzeti u obzir pri kupnji grafičke kartice, kao što su:

• Proračun: Cijena grafičke kartice uvelike varira ovisno o performansama, marki, značajkama i dostupnosti. Općenito govoreći, kartica s boljim performansama znači i višu cijenu. Ključno je odrediti iznos koji ste spremni potrošiti i kakvu vrstu performansi očekujete.

• Specifičan zadatak: Različiti zadaci zahtijevaju različite razine procesorske snage vaše grafičke kartice. Prije kupnje provjerite zahtjeve sustava i preporučene postavke igara ili aplikacija koje trenutno koristite ili planirate koristiti. To osigurava da odaberete grafičku karticu koja može zadovoljiti ili premašiti te zahtjeve.

• Buduće nadogradnje: Razmotrite koliko dugo želite zadržati svoje trenutno računalo i koje buduće nadogradnje biste mogli željeti napraviti. Odaberite grafičku karticu koja može trajati razumno vrijeme i podržati nadogradnje, a da ne postane zastarjela ili nekompatibilna.

Zaključak

Grafička procesorska jedinica može poboljšati performanse vašeg računala u zadacima koji uključuju grafiku visoke rezolucije, složene izračune ili interakcije u stvarnom vremenu. Međutim, video akcelerator nije neophodan za zadatke koji ne uključuju ove aspekte ili koje sam središnji procesor može dobro obaviti. Odluka o ulaganju u video karticu ili ne u konačnici ovisi o tome za što koristite svoje računalo i kakve performanse od njega očekujete. Uzimajući u obzir čimbenike kao što su proračun, specifični zadaci i buduće nadogradnje, možete odabrati savršenu grafičku karticu koja će zadovoljiti vaše potrebe i proračun.