ЦП и ГП: в чем разница?

Tester128/Shutterstock.com

Если вы когда-либо собирали свой собственный компьютер или хотя бы читали об этом, вы поняли, что центральный процессор и графический процессор — это две совершенно разные вещи. Но в чем именно разница и как это работает на практике?

Что такое процессоры и графические процессоры?

Короткий ответ заключается в том, что ЦП, сокращение от центрального процессора, хотя также называется «процессором», управляет вашим компьютером. Это центральный узел для вашего устройства, который управляет всеми процессами, которые заставляют его работать. Если у вас нет процессора, у вас нет компьютера, а есть только современное пресс-папье.

Графический процессор или графический процессор, также называемый «графической картой», запускает графику, отображаемую на вашем экране. Графические процессоры также жизненно важны для работы вашего компьютера, без них ничего не будет отображаться на вашем экране. Тем не менее, они не всегда должны быть дискретными или отдельными графическими процессорами; многие процессоры, особенно для ноутбуков, имеют встроенные графические процессоры.

Эти интегрированные видеокарты, однако, не обладают большой привлекательностью. Если вы хотите использовать высококачественную графику для игр или расширенное графическое программное обеспечение, такое как программы для 3D-моделирования, вам понадобится дискретный графический процессор. Просто у них намного больше силы.

Где вы их найдете

Поскольку центральный процессор настолько, ну, центральный, они вездесущи: нет ни одного цифрового устройства, в котором он не был бы. Смартфоны и смарт-устройства, как правило, будут иметь очень маленькие устройства, которые не обладают большой вычислительной мощностью, в то время как суперкомпьютеры будут иметь огромные сети процессоров, которые могут выполнять вычисления, которые заставят ваш телефон рыгать дымом в течение нескольких минут.

Дискретные графические процессоры гораздо более специализированы. Как правило, их можно найти только в ноутбуках и ПК, предназначенных для геймеров — на самом деле, это самый большой рынок, поскольку большинство первоклассных игр в настоящее время требуют серьезной графической вычислительной мощности. Визуальные художники — другие крупные покупатели графических процессоров, поскольку им необходимо быстро и детально визуализировать изображения, чего не может сделать графический процессор, интегрированный в ЦП.

Однако не только геймеры и художники используют графические процессоры. Они также широко используются в машинном обучении и майнинге криптовалют по причинам, которые мы вскоре рассмотрим.

Как работает процессор по сравнению с графическим процессором

CPU и GPU делают разные вещи из-за того, как они построены. Процессор запускает процессы последовательно — другими словами, один за другим — на каждом из своих ядер. Большинство процессоров имеют от четырех до восьми ядер, хотя высокопроизводительные процессоры могут иметь до 64 ядер.

Когда компьютер работает, каждое ядро ​​будет запускать процесс более или менее сам по себе, например, регистрировать нажатия клавиш при наборе текста. Пока он это делает, другие ядра будут обрабатывать все остальные процессы, которые вы видите в диспетчере задач Windows (или они будут ожидать запуска). Поскольку он управляет задачами последовательно и выделяет большую часть своей вычислительной мощности для каждой задачи, он запускается и переключается между запущенными различными процессами с молниеносной скоростью.

Графический процессор по-другому подходит к вычислениям. Получив задачу, графический процессор разделит ее на тысячи более мелких задач, а затем обработает их все сразу, то есть одновременно, а не последовательно. Это делает графические процессоры гораздо более подходящими для обработки больших процессов, состоящих из множества мелких частей, таких как 3D-графика.

Например, в игре вы видите поле из полигонов. Каждый полигон заполняется отдельно графическим процессором одновременно, и, учитывая, что их могут быть тысячи, действительно впечатляет, насколько плавно графические процессоры могут это делать. Вы даже можете увидеть это сами, когда ваш графический процессор выходит из строя во время игры, когда на экране появляются большие блоки текстур.

Когда использовать ЦП против графического процессора

Поскольку они работают по-разному, процессоры и графические процессоры имеют очень разные приложения. Последовательная обработка — это то, что заставляет компьютер работать. Если вы попытаетесь запустить компьютер, используя параллельные процессы, это не сработает, так как трудно разделить написание эссе или запуск браузера. ЦП может выделять много энергии всего на несколько задач, но в результате выполнять эти задачи намного быстрее.

Графические процессоры, с другой стороны, намного эффективнее центральных процессоров и, следовательно, лучше подходят для больших и сложных задач с большим количеством повторений, например, для размещения на экране тысяч полигонов. Если вы попытаетесь сделать это с процессором, он просто остановится, если вообще заработает.

Графические процессоры — это не только графика

Идея о том, что процессоры управляют компьютером, а графический процессор — графикой, была заложена в камне еще несколько лет назад. До этого вы редко видели графическую карту для чего-либо, кроме игр или обработки изображений (3D-графика или редактирование изображений и видео).

Однако за последние несколько лет он претерпел радикальные изменения благодаря двум важным изменениям в том, как мы используем компьютеры. Во-первых, это машинное обучение (также называемое глубоким обучением), которое требует интенсивной параллельной обработки из-за способа управления данными.

Как более подробно объясняется в этой статье, каждый бит информации, обрабатываемый алгоритмом глубокого обучения, проходит через несколько фильтров, называемых весовыми коэффициентами. Учитывая, что существует множество фильтров и множество точек данных, выполнение этого через ЦП займет вечность. GPU гораздо больше подходит для этой задачи.

Графические процессоры и крипто-майнинг

Графические процессоры также популярны при майнинге криптовалюты по той же причине. Чтобы получить новые монеты, вам обычно нужно решить сложное криптографическое уравнение, которое откроет следующий раздел блокчейна. Ключевым словом здесь является грубая сила, так как чем больше вычислительной мощности вы тратите на одно из этих уравнений, тем больше шансов быстро его решить.

Графические процессоры имеют двойное преимущество перед центральными процессорами, поскольку они не только могут обеспечить большую вычислительную мощность благодаря большей эффективности, но и оснащены специализированными математическими процессорами, называемыми арифметико-логическими устройствами (АЛУ). АЛУ помогают быстрее отображать графику, но также являются находкой для всех, кто хочет решать сложные математические задачи.

Фактически, графические процессоры стали настолько популярными среди крипто-майнеров, что вызвали нехватку графических карт во всем мире, которая едва уменьшилась на момент написания статьи в декабре 2021 года. Мы прошли долгий путь с тех пор, как графические карты использовались только геймеры.