ارائه CPU و GPU
با محبوبیت روزافزون حوزه هایی مانند یادگیری عمیق، مدل سازی / رندر سه بعدی، بازی های واقعیت مجازی و رمزنگاری، نیاز به رایانه های مدرن به طور چشمگیری افزایش یافته است. اجزای سخت افزاری که وظیفه تامین توان محاسباتی را بر عهده دارند در پاسخ به تقاضا تکامل یافته اند. این تکامل به جایی رسیده است که گاهی اوقات تشخیص نقش آنها در سیستم کامپیوتری دشوار است.
توضیحات زیر مروری بر نکات اصلی مقایسه بین CPU و GPU است.
پردازنده:
تعداد هسته های بزرگتر کمتر (تا 24)
زمان تاخیر کم
برای پردازش دسته ای بهینه شده است
برای اجرای برنامه های پیچیده طراحی شده است
مدیریت خودکار کش
مقرون به صرفه برای بارهای کمتر
پردازنده گرافیکی:
بیشتر (هزاران) هسته کوچکتر
توان عملیاتی بالا
برای پردازش موازی بهینه شده است
برای محاسبات ساده و تکراری طراحی شده است
هر ساعت دستورالعمل های بیشتری را دنبال می کند
به مدیریت دستی حافظه اجازه می دهد
مقرون به صرفه برای بارهای بالاتر
پردازنده چیست؟
CPU (CPU) یا پردازنده اصلی دستورات محاسباتی را اجرا می کند. پردازنده ای که از طریق سوکت پردازنده به مادربرد متصل می شود، به ورودی های یک برنامه کامپیوتری یا لوازم جانبی مانند صفحه کلید، ماوس یا تاچ پد گوش می دهد. سپس ورودی را تفسیر و پردازش می کند و خروجی را به دستگاه های جانبی می فرستد یا در حافظه ذخیره می کند.
کارت گرافیک یا GPU چیست؟
GPU (GPU) یک پردازنده گرافیکی تخصصی است که برای انجام هزاران عملیات به طور همزمان طراحی شده است. برنامه های سه بعدی به بافت موازی، مخلوط کردن و پردازش نور نیاز دارند تا تصاویر را به راحتی در سراسر صفحه جابجا کنند و معماری CPU برای این کار بهینه نشده است. هدف اصلی GPU ها سرعت بخشیدن به ارائه گرافیک بود.
تفاوت بین CPU و GPU
اگرچه هر دو پردازنده مبتنی بر سیلیکون هستند، CPU و GPU به طور قابل توجهی در معماری و کاربرد متفاوت هستند.
پردازنده در مقابل معماری کارت گرافیک
این پردازنده از میلیاردها ترانزیستور تشکیل شده است که برای ایجاد پورت های منطقی و سپس به بلوک های عملکرد متصل می شوند. در مقیاس بزرگتر، پردازنده دارای سه جزء اصلی است:
- واحد حسابی (ALU) شامل مدارهایی است که عملیات حسابی و منطقی را انجام می دهند.
- واحد کنترل دستورالعمل ها را از ورودی دریافت می کند و آنها را به ALU، حافظه نهان، رم یا تجهیزات جانبی می فرستد.
- حافظه پنهان مقادیر میانی مورد نیاز برای محاسبات ALU را ذخیره می کند یا به ردیابی رویه ها و عملکردهای معمول زیر در برنامه در حال اجرا کمک می کند.
پردازنده‌ها می‌توانند چندین هسته با ALU، واحدهای کنترل و حافظه پنهان خود داشته باشند.
GPU از اجزای مشابه تشکیل شده است، اما تعداد هسته های کوچکتر و تخصصی تری دارد. هدف از چند هسته این است که GPU را قادر می سازد تا چندین عملیات محاسباتی موازی را انجام دهد.
CPU در مقابل رندر GPU
پردازنده های گرافیکی عمدتاً برای دستکاری گرافیکی طراحی شده اند، که توضیح می دهد که چرا از نظر سرعت رندر بهتر از پردازنده ها عمل می کنند. بسته به کیفیت هر قطعه سخت افزار، رندر GPU می تواند تا 100 برابر سریعتر از رندر روی CPU باشد.
با این حال، یک تجربه تصویربرداری خوب فقط به سرعت بستگی ندارد. به عنوان مثال، کار با تصاویر سه بعدی به چندین کار پیچیده نیاز دارد، در حالی که داده ها را همگام نگه می دارد. پردازنده‌های گرافیکی که برای پیچیدگی طراحی شده‌اند، نسبت به پردازنده‌های گرافیکی در تصویربرداری سه بعدی برتری دارند، زیرا پردازنده‌های گرافیکی برای انجام کارهای ساده‌تر و آسان‌تر طراحی شده‌اند.
علاوه بر این، پردازنده‌های گرافیکی به حافظه کارت گرافیک خود (معمولاً تا 12 گیگابایت) محدود می‌شوند که نمی‌توان آن را مرتب کرد و به راحتی نمی‌توان آن را بدون ایجاد گلوگاه و کاهش عملکرد افزایش داد. این پردازنده از حافظه اصلی سیستم استفاده می کند که به راحتی تا 64 گیگابایت قابل ارتقا است.
جلوی CPU حافظه نهان پردازنده گرافیکی
این پردازنده از حافظه کش برای صرفه جویی در زمان و انرژی مورد نیاز برای بازیابی اطلاعات از حافظه استفاده می کند. حافظه نهان به گونه ای طراحی شده است که کوچکتر، سریعتر و نزدیکتر به سایر اجزای CPU نسبت به حافظه اصلی باشد.
کش CPU از چندین لایه تشکیل شده است. نزدیکترین به سطح هسته فقط توسط این هسته استفاده می شود، در حالی که دورترین لایه بین تمام هسته های CPU مشترک است. پردازنده های مدرن به طور خودکار حافظه پنهان را مدیریت می کنند. هر لایه بر اساس تعداد دفعات نگهداری یا حذف حافظه تصمیم می گیرد.
حافظه محلی GPU از نظر ساختاری شبیه حافظه نهان CPU است. با این حال، مهمترین تفاوت این است که حافظه GPU دارای معماری دسترسی به حافظه ناهمگن است. این به برنامه نویسان اجازه می دهد تا تصمیم بگیرند کدام قسمت از حافظه را در حافظه GPU نگه دارند و کدام را حذف کنند و بهینه سازی حافظه را بهبود می بخشد.
نتیجه
پس از مطالعه این مقاله مقایسه، شباهت ها و تفاوت های CPU و GPU را بهتر درک خواهید کرد. این مقاله تفاوت های معماری بین این دو پردازنده را مورد بحث قرار می دهد و عملکرد آنها را در سناریوهای استفاده رایج مقایسه می کند.
انتشارات CPU vs GPU اولین بار در Server.ir پدیدار شد نگرش جهانی، هاست ایرانی.