CPU або GPU: Зробіть правильний вибір

Ласкаво просимо в наш посібник з основних відмінностей між CPU і GPU. У компанії ІНТРОСЕРВ ми розуміємо, що обидва ці обчислювальні пристрої відіграють важливу роль у сучасних технологіях. Вони спільно виконують безліч завдань, як-от обробка даних, зображень і комп'ютерної графіки. У цій статті ми детально розглянемо особливості, обмеження та переваги, варіанти їх використання, а також те, чи необхідний графічний процесор для вашої системи. Отже, пристебніть ремені, і давайте зануримося у світ процессорів.

CPU проти GPU: Основні характеристики

Архітектура та функціональність

CPU або ЦП (Центральний процесор) — це "мозок" комп'ютера, що відповідає за виконання команд і обробку даних, необхідних для роботи комп'ютера та операційної системи. Він може мати кілька обчислювальних ядер, які можуть одночасно виконувати різні завдання. Центральний процесор необхідний для виконання різних робочих навантажень, особливо тих, які вимагають низької затримки або високої продуктивності кожного ядра. Наприклад, ЦП відповідає за роботу баз даних, веб-браузерів, текстових процесорів та інших додатків.

GPU або ГП (Графічний процесор) — це спеціалізований процесор, явно призначений для прискорення рендерингу графіки. Він має безліч дрібніших і спеціалізованих ядер, які можуть обробляти безліч даних паралельно. Це робить його ідеальним для завдань, які можна розділити й обробляти на багатьох ядрах, таких як рендеринг графіки та відео, машинне навчання та ігри. Завдяки передовим технологіям освітлення і створення тіней графічний процесор може створювати дуже реалістичні зображення.

Хоча CPU і GPU мають різні архітектури та ролі, вони працюють разом для забезпечення швидкої та плавної роботи. Перший взаємодіє з іншими компонентами комп'ютера, таких як пам'ять, пристрої введення та виведення, і надсилає інструкції на відеокарту. Графічний адаптер отримує інструкції від центрального процесора і відображає графіку на екрані. Вони обидва взаємодіють через шину або міст, який з'єднує їх, забезпечуючи безперебійну координацію між цими обчислювальними блоками.

Компоненти центральних процесорів та графічних процесорів

ЦП і ГП мають різні компоненти, які забезпечують їх функціонування. Головний процесор складається з блоку керування, арифметико-логічного блоку (ALU), регістрів і кеш-пам'яті.

• Блок керування регулює потік даних та інструкцій, отримуючи, декодуючи і виконуючи інструкції з пам'яті.
• Арифметико-логічний блок виконує арифметичні та логічні операції над інформацією, такі як додавання, віднімання, множення, ділення та порівняння.
• Регістри — це невеликі та швидкі блоки пам'яті, у яких тимчасово зберігаються дані та команди.
• Кеш-пам'ять — це невелика і швидка одиниця пам'яті, яка зберігає часто використовувані дані та команди, зменшуючи затримку доступу до даних з основної пам'яті.

Графічний процесор складається з ядер CUDA, текстурних блоків, растрових операторів (ROPs) і пам'яті.

• Ядра CUDA виконують паралельні обчислення над даними, подібно до ALU в CPU, але більш численні та прості.
• Текстурні блоки накладають текстури на 3D-моделі, відображаючи 2D-зображення на 3D-поверхні для створення реалістичних ефектів.
• Растрові оператори (ROPs) виконують растеризацію, перетворюючи 3D-моделі в пікселі на екрані. Вони також виконують інші функції, такі як змішування, згладжування і тестування глибини.
• Пам'ять зберігає дані та інструкції для графічного процесора. Вона може бути інтегрована у відеокарту або пропонуватися у вигляді дискретного апаратного блоку.

Основні відмінності між ЦП та ГП

Обмеження використання ЦП та ГП

Центральний та графічний процесори здатні забезпечити швидку та плавну роботу, але їх обмеження можуть вплинути на їх продуктивність у різних завданнях.

Обмеження центрального процесора

• Низький рівень паралельної обробки: Мікропроцесор може виконувати кілька завдань одночасно, але він не дуже ефективний при одночасному обробленні великої кількості даних. Це може вплинути на його продуктивність у завданнях, що потребують високої паралельності, таких як обробка зображень, редагування відео та машинне навчання.
• Висока затримка: ЦП взаємодіє з іншими компонентами комп'ютера, такими як пам'ять, пристрої введення та виведення та відеоадаптер. Це означає, що центральному процесору доводиться чекати на дані та інструкції від цих компонентів, що може викликати затримки або латентність. Це може вплинути на його продуктивність у завданнях, які потребують низької затримки або швидкого часу відгуку, наприклад, в іграх та додатках реального часу.

Обмеження графічного процесора

• Високе енергоспоживання: ГП споживає більше енергії ніж ЦП, оскільки має більше ядер і виконує більше обчислень. При цьому може виділятися більше тепла та шуму, що впливає на стабільність та термін служби. Також потрібно більше систем охолодження та вентиляції, що може збільшити вартість та розмір системи.
• Обмежені можливості вводу/виводу: Відеоприскорювач в першу чергу орієнтований на рендеринг графіки та не має багатьох можливостей вводу/виводу. Він не може безпосередньо взаємодіяти з іншими компонентами, такими як пам'ять, пристрої зберігання даних та мережні інтерфейси. Він змушений покладатися на процесор для відправлення та отримання даних та інструкцій, що може призвести до накладних витрат та неефективності.

Вузьке місце продуктивності між CPU-GPU

“Вузьке місце” – це неприємна ситуація, коли один компонент знижує продуктивність іншого компонента чи всієї системи. У світі комп'ютерних технологій вузьке місце відноситься до ліміту даних, що надсилаються на обробку, або ліміту даних, які можуть бути оброблені одночасно. Можна сказати, що кількість даних, які можуть бути оброблені, менша, ніж кількість даних, що очікують обробки. Ця умова може негативно вплинути на продуктивність системи та призвести до таких проблем, як зниження FPS (кількості кадрів за секунду), відставання, зависання чи збій.

Існує два основних типи вузьких місць ЦП-ГП:

• Зниження продуктивності центрального процесора виникає, коли центральний процесор занадто повільний для відеоадаптера. ЦП не може надати графічному процесору достатньо даних та інструкцій для рендерингу, внаслідок чого відеокарта простоює або недовикористовує свої ресурси.

• Падіння продуктивності графічного процесора виникає, коли графічний процесор надто повільний для центрального процесора. Відеоприскорювач не може обробити достатньо даних та інструкцій від центрального блоку управління для рендерингу, внаслідок чого ЦП простоює або надмірно використовує свої ресурси в очікуванні відеокарти.

Усунути або запобігти проблемі падіння продуктивності можна кількома способами, наприклад:

• Оновіть апаратне забезпечення. Найбільш ефективним вирішенням проблеми із вузьким місцем є оновлення апаратних компонентів. Ви можете модернізувати свій ЦП або ГП, щоб відповідати їхнім рівням продуктивності або збалансувати їхнє робоче навантаження. Ви також можете оновити пам'ять, пристрої зберігання, системи охолодження, блоки живлення або материнських плат, щоб підвищити продуктивність системи.
• Налаштуйте параметри: Ви можете знизити налаштування графіки, роздільну здатність, обмеження частоти кадрів або параметри згладжування, щоб зменшити навантаження. Ви також можете закрити непотрібні фонові програми або процеси, щоб зменшити навантаження на мікропроцесор.
• Розженіть ваше залізо: Розгін — це процес збільшення тактової частоти вашого центрального або графічного процесора, що змушує їх працювати швидше. Це може підвищити продуктивність вашої системи. Однак цим ви збільшуєте енергоспоживання, виділення тепла та ризик виходу з ладу вашого комп'ютера.

Чи потрібен вам відеоприскорювач?

Питання про те, чи потрібен вам графічний процесор для вашого комп'ютера, залежить від вашого використання та очікувань продуктивності. Давайте детальніше розглянемо ситуації, коли обов'язково потрібен ГП, і в яких випадках потужностей ЦП буде достатньо.

Коли потрібен графічний адаптер?

Відеоприскорювач необхідний для завдань, пов'язаних із графікою високої роздільної здатності, складними обчисленнями або взаємодією в реальному часі. До таких завдань належать:

• Відеоігри. Світ ігор висуває високі вимоги до графічних процесорів. Щоб насолоджуватися сучасними іграми з реалістичною графікою і плавною роботою, вам потрібна потужна відеокарта.
• Завдання з інтенсивним використанням графіки. Якщо ви працюєте з таким програмним забезпеченням, як Photoshop, Illustrator, Premiere Pro або After Effects, графічний процесор може прискорити рендеринг зображень, відео та анімації, знявши частину навантаження з центрального процесора.
• Машинне навчання: Для навчання комп'ютерів навчанню на основі даних і виконанню таких завдань, як розпізнавання зображень, обробка природної мови або системи рекомендацій, потрібна обчислювальна потужність графічного ядра.

Коли достатньо центрального процесора?

Центрального чіпа достатньо для завдань, які не вимагають графіки високої роздільної здатності, складних обчислень або взаємодії в реальному часі. До таких завдань належать:

• Основні офісні завдання: Якщо ви використовуєте комп'ютер переважно для обробки текстів, редагування електронних таблиць, створення презентацій або перевірки електронної пошти, відеоадаптер не потрібен.
• Введення даних: Такі завдання, як введення даних та бухгалтерський облік, не потребують високопродуктивної обробки графіки.
• Перегляд веб-сторінок: Якщо ваше основне використання комп'ютера пов'язане з переглядом веб-сторінок, онлайн-відео, потоковою музикою або подкастами.

Галузі, в яких переважно використовуються графічні процесори

Відеокарти не тільки знайшли місце в особистому та професійному житті людей, а й зробили революцію в різних сферах. Наступні приклади дадуть уявлення про галузі, які значною мірою залежать від ГП:

• Штучний інтелект. Здатність до паралельної обробки робить їх придатними для навчання нейронних мереж — фундаментального елемента ІІ, глибокого навчання та машинного навчання. Величезна потужність графічних процесорів дозволяє їм обробляти величезні обсяги даних із підвищеною ефективністю.
• Віртуальна реальність. Можливість швидкого рендерингу 3D-графіки в режимі реального часу необхідна для створення захоплюючої та чуйної віртуальної реальності. Без використання відеокарт обчислювальна потужність, необхідна для віртуальної реальності, була б надто великою для ЦП, що призводило б до затримки та зависання.
• Центри обробки даних. Центри обробки даних є об'єктами, які зберігають і обробляють величезні обсяги даних для різних цілей, таких як хмарні обчислення, веб-хостинг, онлайн-сервіси або аналіз великих даних. Використання відеоприскорювачів може скоротити час обробки масивів та зменшити затримку, що робить їх критично важливими для великомасштабних обчислювальних операцій.
• Розробка відеоігор. Ігрові розробники використовують візуальний процесор для забезпечення плавного ігрового процесу у своїх іграх на різних апаратних конфігураціях. 3D-моделювання та анімація, а також створення візуальних ефектів та освітлення також є завданнями, в яких використовуються графічні процесори.

Фактори, які слід враховувати при купівлі відеокарти

Якщо ви вирішили, що вам потрібен графічний процесор для вашого комп'ютера, ви можете поставити запитання, як вибрати найкращий варіант, що відповідає вашим потребам та бюджету. При покупці відеокарти необхідно враховувати декілька факторів, основні з яких:

• Бюджет: Вартість відеокарти сильно варіюється залежно від продуктивності, бренду, можливостей і доступності. Як правило, більш продуктивні карти мають більш високу ціну. Дуже важливо визначити, яку суму ви готові витратити і на яку продуктивність ви розраховуєте.
• Конкретні завдання: Різні завдання вимагають від відеокарти різного рівня обчислювальної потужності. Перед купівлею перевірте системні вимоги та рекомендовані налаштування ігор або застосунків, які ви використовуєте або плануєте використовувати. Це гарантує, що ви виберете графічний адаптер, який зможе задовольнити або перевершити ці вимоги.
• Майбутні оновлення: Подумайте, як довго ви хочете використовувати поточний комп'ютер і які майбутні оновлення ви, можливо, захочете зробити. Виберіть відеокарту, яка може прослужити розумну кількість часу і підтримувати оновлення без застарівання або несумісності.

Висновок

Графічний процесор може підвищити продуктивність комп'ютера під час виконання завдань, пов'язаних із графікою високої роздільної здатності, складними обчисленнями або взаємодією в режимі реального часу. Однак відеоприскорювач не потрібен для завдань, які не пов'язані з цими аспектами або з якими добре справляється тільки центральний процесор. Рішення інвестувати у відеокарту чи ні в кінцевому підсумку залежить від того, для чого ви використовуєте свій комп'ютер і якої продуктивності ви від нього очікуєте. Беручи до уваги такі фактори, як бюджет, конкретні завдання і майбутні оновлення, ви зможете вибрати ідеальну відеокарту, що відповідає вашим потребам і бюджету.