CPU vs GPU - właściwy wybór

5

0

Czytaj 12 min.

Witamy w naszym kompleksowym przewodniku na temat podstawowych różnic między CPU i GPU. W INTROSERV zdajemy sobie sprawę, że obie te jednostki obliczeniowe odgrywają znaczącą rolę we współczesnej technologii. Współpracują one ze sobą w celu wykonywania wielu zadań, takich jak przetwarzanie danych, przetwarzanie obrazu i grafika komputerowa. W tym artykule dokładnie przeanalizujemy funkcje, ograniczenia i korzyści, ich przypadki użycia oraz to, czy procesor graficzny jest warunkiem wstępnym dla twojej konfiguracji. Zapnij więc pasy i zanurzmy się w świat CPU vs GPU.

CPU vs GPU: Główne cechy

Architektura i funkcjonalność

CPU (Central Processing Unit) to "mózg" komputera, odpowiedzialny za wykonywanie poleceń i przetwarzanie niezbędne dla komputera i systemu operacyjnego. Może mieć wiele rdzeni przetwarzających, które mogą obsługiwać różne zadania jednocześnie. Procesor centralny jest niezbędny dla różnych obciążeń, szczególnie tych, które wymagają niskiego opóźnienia lub wysokiej wydajności na rdzeń. Na przykład, CPU odpowiada za uruchamianie baz danych, przeglądarek internetowych, edytorów tekstu i innych aplikacji.

GPU (Graphics Processing Unit) to wyspecjalizowany procesor zaprojektowany specjalnie w celu przyspieszenia renderowania grafiki. Posiada on wiele mniejszych i bardziej wyspecjalizowanych rdzeni, które mogą przetwarzać wiele fragmentów danych równolegle. Dzięki temu idealnie nadaje się do zadań, które mogą być podzielone i przetwarzane przez wiele rdzeni, takich jak renderowanie grafiki i wideo, uczenie maszynowe i gry. Dzięki zaawansowanym technikom oświetlenia i cieniowania, karta graficzna może generować realistyczne i realistyczne efekty wizualne, które są ucztą dla oczu.

Chociaż CPU i GPU mają różne architektury i role, pracują w tandemie, aby zapewnić szybką i płynną wydajność. Pierwszy z nich współdziała z większą liczbą komponentów komputera, takich jak pamięć, urządzenia wejściowe i wyjściowe, oraz wysyła instrukcje do karty graficznej. GPU odbiera instrukcje od procesora centralnego i renderuje grafikę na ekranie. Obie jednostki komunikują się za pośrednictwem magistrali lub mostka, który je łączy, zapewniając płynną koordynację między tymi jednostkami przetwarzającymi.

Komponenty CPU i GPU

Centralny procesor i procesor graficzny mają różne komponenty, które umożliwiają im funkcjonowanie. CPU składa się z jednostki sterującej, jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU), rejestrów i pamięci podręcznej.

• Jednostka ster ująca reguluje przepływ danych i instrukcji poprzez pobieranie, dekodowanie i wykonywanie instrukcji z pamięci.
• Jednostkaarytmetyczno-logiczna wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne na informacjach, takie jak dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie i porównywanie.
• Rejestry to małe i szybkie jednostki pamięci, które tymczasowo przechowują dane i polecenia.
• Pamięć podręczna to mała i szybka jednostka pamięci, która przechowuje często używane dane i instrukcje, zmniejszając opóźnienia w dostępie do danych z pamięci głównej.

GPU składa się z rdzeni CUDA, jednostek teksturujących, operatorów rastrowych (ROP) i pamięci.

• Rdzenie CUDA wykonują równoległe obliczenia na danych, podobnie jak ALU w CPU, ale są liczniejsze i prostsze.
• Jednostki teksturujące nakładają tekstury na modele 3D poprzez mapowanie obrazów 2D na powierzchnie 3D w celu stworzenia realistycznych efektów.
• Operatory rastrowe (ROP) wykonują rasteryzację, konwertując modele 3D na piksele na ekranie. Wykonują również inne funkcje, takie jak mieszanie, antyaliasing i testowanie głębi.
• Pamięć przechowuje dane i instrukcje dla GPU. Może być zintegrowana z kartą graficzną lub oferowana jako oddzielna jednostka sprzętowa.

Kluczowe różnice między CPU i GPU

Ograniczenia korzystania z CPU i GPU

CPU i GPU są w stanie zapewnić szybkie i płynne działanie, ale ich ograniczenia mogą wpływać na ich wydajność w różnych zadaniach.

Ograniczenia CPU

• Niski poziom przetwarzania równoległego: Mikroprocesor może obsługiwać wiele zadań jednocześnie, ale nie jest zbyt wydajny w przetwarzaniu wielu fragmentów danych w tym samym czasie. Może to wpływać na jego wydajność w zadaniach wymagających wysokiej równoległości, takich jak przetwarzanie obrazu, edycja wideo i uczenie maszynowe.
• Wysokie opóźnienia: Centralna jednostka przetwarzająca wchodzi w interakcję z większą liczbą komponentów komputera, takich jak pamięć, urządzenia wejściowe i wyjściowe oraz karta graficzna. Oznacza to, że CPU musi czekać na dane i instrukcje z tych komponentów, co może powodować opóźnienia. Może to wpływać na jego wydajność w zadaniach wymagających niskiego opóźnienia lub szybkiego czasu reakcji, takich jak gry i aplikacje działające w czasie rzeczywistym.

Ograniczenia GPU

• Wysoki pobór mocy: GPU zużywa więcej energii niż CPU, ponieważ ma więcej rdzeni i wykonuje więcej obliczeń. Może to generować więcej ciepła i hałasu, wpływając na stabilność i żywotność. Wymaga również większej ilości systemów chłodzenia i wentylacji, co może zwiększyć koszt i rozmiar systemu.
• Ograniczone możliwości wejścia/wyjścia: Visual Processor koncentruje się głównie na renderowaniu grafiki i nie ma wielu możliwości wejścia/wyjścia. Nie może komunikować się bezpośrednio z innymi komponentami, takimi jak pamięć, urządzenia pamięci masowej i interfejsy sieciowe. Musi polegać na procesorze, aby wysyłać i odbierać dane i instrukcje, co może powodować narzut i nieefektywność.

Wąskie gardło CPU-GPU

Wąskie gardło to kłopotliwa sytuacja, w której jeden komponent utrudnia działanie innego komponentu lub całego systemu. W świecie technologii komputerowej wąskie gardło odnosi się do limitu danych wysyłanych do przetwarzania lub limitu danych, które mogą być przetwarzane jednocześnie. Można powiedzieć, że ilość danych, które można przetworzyć, jest mniejsza niż ilość danych oczekujących na przetworzenie. Taki stan może negatywnie wpływać na wydajność systemu i powodować takie problemy, jak zacinanie się, opóźnienia, zawieszanie się lub awarie.

Istnieją dwa główne typy wąskich gardeł CPU-GPU:

• Wąskie gardło CPU: Dzieje się tak, gdy jednostka centralna jest zbyt wolna dla karty graficznej. CPU nie może dostarczyć wystarczającej ilości danych i instrukcji do GPU w celu renderowania, powodując bezczynność karty graficznej lub niepełne wykorzystanie jej zasobów.

• Wąskie gardło GPU: Dzieje się tak, gdy procesor graficzny działa zbyt wolno w stosunku do procesora centralnego. Akcelerator graficzny nie może przetworzyć wystarczającej ilości danych i instrukcji z centralnej jednostki sterującej do renderowania, powodując bezczynność procesora CPU lub nadmierne wykorzystanie jego zasobów w oczekiwaniu na GPU.

Problemowi wąskiego gardła CPU-GPU można zaradzić na kilka sposobów:

• Modernizacja sprzętu: Najskuteczniejszym rozwiązaniem problemu wąskiego gardła jest modernizacja komponentów sprzętowych. Można zmodernizować procesor lub kartę graficzną, aby dopasować ich poziomy wydajności lub zrównoważyć ich obciążenie. Możesz również zmodernizować pamięć, urządzenia pamięci masowej, systemy chłodzenia, zasilacze lub płyty główne, aby poprawić wydajność systemu.
• Dostosujustawienia: Możesz obniżyć ustawienia graficzne, rozdzielczość, limit liczby klatek na sekundę lub opcje antyaliasingu, aby zmniejszyć obciążenie. Możesz także zamknąć niepotrzebne programy lub procesy działające w tle, aby zmniejszyć obciążenie mikroprocesora.
• Podkręć swój sprzęt: Podkręcanie to proces zwiększania częstotliwości taktowania procesora lub karty graficznej, dzięki czemu działają one szybciej. Może to poprawić wydajność systemu i zmniejszyć efekt wąskiego gardła. Podkręcanie zwiększa jednak również zużycie energii, generowanie ciepła oraz ryzyko niestabilności lub uszkodzenia sprzętu.

Czy potrzebujesz procesora graficznego?

Pytanie, czy potrzebujesz procesora graficznego do swojego komputera, zależy od sposobu użytkowania i oczekiwań dotyczących wydajności. Przyjrzyjmy się sytuacjom, w których GPU jest niezbędny i w których CPU może wykonać swoją pracę.

Kiedy procesor graficzny jest niezbędny?

Procesor graficzny jest niezbędny do zadań wymagających grafiki w wysokiej rozdzielczości, skomplikowanych obliczeń lub interakcji w czasie rzeczywistym. Zadania te obejmują

• Gry wideo: Świat gier wymaga wiele od układów GPU. Aby cieszyć się nowoczesnymi grami z realistyczną grafiką i płynną wydajnością, potrzebujesz karty graficznej o dużej mocy.
• Zadania intensywnie wykorzystujące grafikę: Jeśli pracujesz z oprogramowaniem takim jak Photoshop, Illustrator, Premiere Pro lub After Effects, procesor graficzny może przyspieszyć renderowanie obrazów, wideo i animacji, odciążając centralną jednostkę przetwarzającą.
• Uczenie maszynowe: Szkolenie komputerów w zakresie uczenia się na podstawie danych i wykonywania zadań, takich jak rozpoznawanie obrazów, przetwarzanie języka naturalnego lub systemy rekomendacji, wymaga mocy obliczeniowej GPU.

Kiedy procesor jest wystarczający?

Logic Chip jest wystarczający do zadań, które nie wymagają grafiki w wysokiej rozdzielczości, skomplikowanych obliczeń lub interakcji w czasie rzeczywistym. Zadania te obejmują:

• Podstawowe zadania biurowe: Jeśli używasz komputera głównie do przetwarzania tekstu, edycji arkuszy kalkulacyjnych, tworzenia prezentacji lub sprawdzania poczty e-mail, karta wideo nie jest konieczna.
• Wprowadzanie danych: Zadania takie jak wprowadzanie danych i księgowość nie wymagają wysokiej wydajności przetwarzania grafiki.
• Przeglądanie stron internetowych: Jeśli głównym zastosowaniem komputera jest przeglądanie stron internetowych, oglądanie filmów online lub strumieniowe przesyłanie muzyki lub podcastów.

Branże, które w dużym stopniu polegają na układach GPU

Układy GPU nie tylko znalazły miejsce w życiu osobistym i zawodowym jednostek, ale także zrewolucjonizowały działalność różnych branż. Poniższe przykłady pozwolą zrozumieć branże, które w dużym stopniu polegają na procesorach graficznych.

• Sztuczna inteligencja: Zdolność do przetwarzania równoległego sprawia, że nadają się one do szkolenia sieci neuronowych - podstawowego elementu sztucznej inteligencji, głębokiego uczenia się i uczenia maszynowego. Ogromna moc GPU pozwala im obsługiwać ogromne ilości danych ze zwiększoną wydajnością.
• Wirtualna rzeczywistość: Zdolność do szybkiego renderowania grafiki 3D w czasie rzeczywistym jest niezbędna do tworzenia wciągających i responsywnych wrażeń w rzeczywistości wirtualnej. Bez użycia kart graficznych, moc obliczeniowa wymagana do VR byłaby zbyt przytłaczająca dla procesorów, co skutkowałoby opóźnieniami i brakiem reakcji.
• Centra danych: Centra danych służą jako obiekty, które przechowują i przetwarzają ogromne ilości danych do różnych celów, takich jak przetwarzanie w chmurze, hosting, usługi online lub analiza dużych zbiorów danych. Zastosowanie akceleratorów graficznych może przyspieszyć przetwarzanie danych i zmniejszyć opóźnienia, co czyni je kluczowymi dla operacji obliczeniowych na dużą skalę.
• Tworzenie gier wideo: Twórcy gier używają procesorów graficznych, aby zapewnić płynną rozgrywkę w swoich grach na różnych konfiguracjach sprzętowych. Modelowanie i animacja 3D, a także tworzenie efektów wizualnych i oświetlenia to również zadania, w których wykorzystywane są procesory graficzne.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie karty graficznej

Jeśli zdecydujesz, że potrzebujesz karty graficznej do swojego komputera, możesz zastanawiać się, jak wybrać najlepszą dla swoich potrzeb i budżetu. Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie karty graficznej:

• Budżet: Koszt karty graficznej różni się znacznie w zależności od wydajności, marki, funkcji i dostępności. Ogólnie rzecz biorąc, wydajniejsza karta oznacza wyższą cenę. Kluczowe jest określenie kwoty, jaką jesteś skłonny wydać i jakiego rodzaju wydajności oczekujesz.

• Konkretne zadanie: Różne zadania wymagają różnych poziomów mocy obliczeniowej karty graficznej. Przed zakupem sprawdź wymagania systemowe i zalecane ustawienia gier lub aplikacji, z których obecnie korzystasz lub planujesz korzystać. Zapewni to wybór karty graficznej, która spełni lub przekroczy te wymagania.

• Przyszłe aktualizacje: Zastanów się, jak długo chcesz korzystać z obecnego komputera i jakie przyszłe aktualizacje możesz chcieć przeprowadzić. Wybierz kartę graficzną, która wytrzyma rozsądną ilość czasu i będzie obsługiwać aktualizacje, nie stając się przestarzałą lub niekompatybilną.

Podsumowanie

Procesor graficzny może poprawić wydajność komputera w zadaniach wymagających grafiki o wysokiej rozdzielczości, złożonych obliczeń lub interakcji w czasie rzeczywistym. Akcelerator wideo nie jest jednak konieczny do zadań, które nie obejmują tych aspektów lub które mogą być dobrze obsługiwane przez sam procesor centralny. Decyzja o inwestycji w kartę graficzną zależy ostatecznie od tego, do czego używasz komputera i jakiej wydajności od niego oczekujesz. Biorąc pod uwagę czynniki takie jak budżet, konkretne zadania i przyszłe aktualizacje, możesz wybrać idealną kartę graficzną, która spełni Twoje potrzeby i budżet.