فرق CPU با GPU چیست؟ مهم‌ترین تفاوت‌ها + عملکرد

خسروی به روز رسانی: شهریور ۱۸, ۱۴۰۳

اگر CPU را به عنوان مغز یک کامپیوتر در نظر بگیریم، پردازنده گرافیکی یا GPU، قطعا مانند روح آن خواهد بود! اولی عملیات منطقی را سازماندهی می‌کند و دومی، کارهای گرافیکی را به صورت حرفه‌ای سر و سامان می‌دهد. پس بدیهی است که فرق CPU با GPU یک موضوع بسیار گسترده باشد.

زمانی که پای خرید یک سیستم جدید یا ارتقای کامپیوتر قدیمی در میان باشد، یک سوال بسیار مهم پیش می‌آید: باید روی CPU سرمایه‌گذاری کنید یا به فکر یک GPU حرفه‌ای باشید؟ اما آیا پاسخ این سوال آسان است؟ این موضوع به شناخت کافی و دقیق شما از این دو پردازنده، باز می‌گردد.

به همین دلیل در این مقاله از مجله تکنولوژی ایده آل تک قصد داریم به بررسی فرق CPU با GPU بپردازیم. اگر شما هم به اطلاعات تخصصی درباره این دو قطعه بسیار مهم رایانه نیاز دارید، حتما تا پایان با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

CPU چیست ؟

واحد پردازشگر مرکزی (Central Processing Unit) که به اختصار CPU نامیده می‌شود، به عنوان پردازنده اصلی رایانه، وظیفه اجرای اولیه برنامه‌ها (مجموعه دستورالعمل) ارائه شده توسط نرم افزار کامپیوتر و سایر دستگاه‌های جانبی را بر عهده دارد.

بیشتر این دستورالعمل‌ها به عملیات‌هایی مانند حساب، منطق، الگوریتم‌ها، کنترل و مدیریت دستورات ورودی و خروجی مربوط می‌شوند.

از آن‌جایی که CPU مسئول انجام وظایف اصلی کامپیوتر است، اغلب به آن مغز سیستم هم گفته می‌شود. انواع عملیات محاسباتی، پردازش دستورات، ترجمه آن‌ها به زبان ماشین، عملیات منطقی، الگوریتم‌ها و … در پردازنده مرکزی انجام می‌شوند.

به طور کلی، هرچقدر که CPU از سرعت بالاتری برای اجرای عملیات برخوردار باشد، رایانه شما در برنامه‌های مختلف، سریع‌تر عمل می‌کند. اکثر این پردازنده‌ها، سرعتی بین 1 تا 4 گیگاهرتز دارند.

هر CPU از دو یا چند هسته جداگانه برای پردازش داده‌ها برخوردار است. به طور کلی، تعداد بیشتر هسته‌ها، منجر به افزایش سرعت یک پردازنده خواهد شد. اینتل و AMD دو برند اصلی سازنده CPU در جهان محسوب می‌شوند.برای شناخت بیشتر این دو برند، مقاله تفاوت CPU اینتل با AMD را از دست ندهید.

CPU یک تراشه سیلیکونی در یک سوکت مخصوص است که بر روی برد مدار اصلی (مادر برد) داخل دستگاه، قرار می گیرد. این پردازنده از حافظه (جایی که اطلاعات به صورت موقت و دائمی ذخیره می‌شوند) و همچنین کارت گرافیک یا تراشه گرافیکی، جدا است.

CPU با قرار دادن میلیاردها ترانزیستور میکروسکوپی روی یک تراشه کامپیوتری ساخته می شود. این ترانزیستورها به این پردازنده اجازه می‌دهند تا محاسبات مورد نیاز خود را برای اجرای برنامه‌هایی که در حافظه سیستم شما ذخیره می‌شوند، انجام دهد.

فرایند عملکرد کلی CPU برای اجرای هر دستور، به 3 مرحله کلیدی تقسیم می‌شود: واکشی، رمزگشایی و اجرا. CPU دستورالعمل را از RAM واکشی می‌کند، آن را رمزگشایی کرده و سپس دستورالعمل را با استفاده از بخش‌های مربوطه، اجرا می‌کند.

دستورالعمل اجرا شده یا محاسبه شده، می‌تواند شامل محاسبات پایه، مقایسه اعداد، انجام یک تابع یا جابه‌جایی اعداد در حافظه باشد. از آن‌جایی که همه چیز در یک دستگاه محاسباتی با اعداد نشان داده می‌شود، می توانید CPU را به عنوان ماشین حسابی در نظر بگیرید که بسیار سریع کار می کند.

حاصل نهایی کار CPU برای اجرای یک دستورالعمل، ممکن است ویندوز را راه‌اندازی کند، یک ویدیوی YouTube را نمایش دهد یا سود مرکب را در یک فایل اکسل محاسبه کند.

در سیستم‌های مدرن، CPU مانند رینگ مستر در سیرک عمل می‌کند و داده‌ها را در صورت نیاز، به سخت‌افزار تخصصی می‌رساند:

به عنوان مثال، CPU باید به کارت گرافیک بگوید که انفجار را نشان دهد، زیرا شما در یک بازی به تانکر سوخت شلیک کرده‌اید؛ یا به هارد دیسک بگویید برای دسترسی سریع‌تر، یک سند Office را به رم سیستم منتقل کند.

CPU مدرن امروزی از چندین هسته تشکیل شده است که به آن اجازه می‌دهد چندین دستورالعمل را به طور همزمان انجام دهد و به طور موثر چندین CPU را روی یک تراشه جمع کند.

همچنین بخوانید: فرق CPU پنتیوم با سلرون در چیست؟ بررسی مهم‌ترین تفاوت‌ها

GPU چیست ؟

واحد پردازش گرافیکی (graphics processing unit) یا همان GPU، یک تراشه کامپیوتری است که با محاسبات پیچیده و سریع ریاضی، گرافیک و تصویر را تولید می‌کند.

به طور سنتی، پردازنده‌های گرافیکی وظیفه ارائه تصاویر، انیمیشن‌ها و ویدیوهای دو بعدی و سه بعدی را برعهده دارند؛ اگرچه در حال حاضر دامنه استفاده آن‌ها، گسترده‌تر هم شده است.

در نسخه‌های قدیمی رایانه‌های شخصی، این وظایف برعهده CPU بود. اما با توسعه برنامه‌های گرافیکی، خواسته‌ها و دستورات آن‌ها بیشتر شد و این موضوع، باعث ایجاد فشار و در نتیجه کاهش عملکرد پردازنده مرکزی شد.

این جا بود که پردازنده‌های گرافیکی به عنوان راهی برای کاهش بار اضافه روی CPU و همچنین بهبود عملکرد کامپیوتر در رندر و نمایش ویدئوهای سه بعدی، طراحی و روانه بازار شدند.

پردازنده‌های گرافیکی با استفاده از روشی به نام پردازش موازی کار می‌کنند، که در آن چندین پردازنده، بخش‌های جداگانه‌ای از یک وظیفه را انجام می‌دهند.

یکی از مهم‌ترین حوزه‌های اهمیت GPU به بازی‌های رایانه‌ای مربوط می‌شود. جایی که این پردازنده‌ها می‌توانند باعث ایجاد گرافیک روان و باکیفیت شوند. در نتیجه، این قطعه برای گیمرها و لپ تاپ های گیمینگ از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است.

امروزه، تراشه‌های گرافیکی برای کارهای متنوع‌تری نسبت به آنچه که در ابتدا برای آن طراحی شده بودند، تطبیق داده می‌شوند. تا حدی به این دلیل که پردازنده‌های گرافیکی مدرن نسبت به گذشته، قابل برنامه‌ریزی‌تر هستند.

برخی از کاربردهای GPU شامل موارد زیر می‌شوند:

می‌توانند رندر برنامه‌های گرافیکی دو و سه بعدی را با سرعت بیشتری انجام دهند.
ویرایش ویدیو و ایجاد محتوای ویدیویی با پردازنده‌های گرافیکی بهبود یافته است. برای مثال، ویرایشگرهای ویدئو و طراحان گرافیک، می‌توانند از پردازش موازی یک GPU برای ارائه سریع‌تر ویدیو و گرافیک با کیفیت بالا استفاده کنند.
پردازنده‌های گرافیکی می‌توانند یادگیری ماشین را تسریع کنند. با توانایی محاسباتی بالای یک GPU، حجم کاری مانند تشخیص تصویر را می‌توان بهبود بخشید.
از پردازنده‌های گرافیکی برای استخراج بیت کوین و سایر ارزهای دیجیتال مانند اتریوم استفاده شده است.
…

همچنین بخوانید: کدام لپتاپ ها از کارت گرافیک اکسترنال پشتیبانی می کنند

تفاوت GPU با کارت گرافیک

در حالی که بسیاری از افراد، کارت گرافیک و GPU را یکی می‌دانند؛ با این‌حال این دو قطعه، تفاوت ظریفی با هم دارند. در حقیقت، کارت گرافیک یک برد الکترونیکی است که GPU روی آن قرار می‌گیرد؛ درست مانند مادر برد و CPU.

از طرفی دیگر، کارت گرافیک شامل اجزای مورد نیاز است تا به GPU اجازه دهد عملکرد خود را پیاده‌سازی نموده و به سایر اجزای سیستمی رایانه (از قبیل رم، CPU و … متصل شود.)

به طور کلی، پردازنده‌های گرافیکی در دو نوع یکپارچه و گسسته به بازار عرضه می‌شوند: نوع یکپارچه نیازی به کارت گرافیک ندارد و به صورت مستقیم در کنار CPU نصب می‌شود. این در حالیست که نوع گسسته باید به یک اسلات PCI Express متصل شود.

فرق CPU با GPU در یک نگاه

خب در تعریف این دو پردازنده، تفاوت آن‌ها تا حد زیادی مشخص شد. به طور کلی، می‌توان گفت که محاسبات ریاضی و هندسی که در GPU انجام می‌شوند، نسبت به CPU پیچیده‌تر هستند! بنابراین به عنوان اولین فرق CPU با GPU باید به این نکته اشاره کنیم که پردازنده گرافیکی از ترانزیستورهای بیشتری نسبت به پردازنده مرکزی برخوردار است.

از طرفی دیگر، GPU به عنوان یک مکمل برای CPU طراحی و روانه بازار شد. در حالی که پردازنده‌ها از طریق نوآوری‌های معماری، سرعت کلاک سریع‌تر و افزودن هسته‌ها به افزایش عملکرد خود ادامه می‌دهند، پردازنده‌های گرافیکی به‌ طور خاص برای تسریع بارهای کاری گرافیک کامپیوتری، طراحی شده‌اند.

درک این نکته بسیار مهم است که در حقیقت CPU به طور مشترک با یک GPU کار می‌کند تا توان داده و تعداد محاسبات همزمان در یک برنامه کاربردی، افزایش پیدا کند.

گفته می‌شود یک GPU نمی‌تواند به طور کامل جایگزین CPU شود. درعوض، عملکرد CPU را با فعال کردن محاسبات تکراری برای اجرای همزمان در یک برنامه تکمیل می‌کند، زیرا برنامه اصلی به عملکرد خود در CPU ادامه می‌دهد.

مطمئنا پردازنده‌های گرافیکی از CPU سریع‌تر هستند؛ با این‌حال به اندازه آن‌ها همه کاره نیستند. پردازنده‌های گرافیکی به دلیل سرعت و حافظه کمتر، تاخیر عملیاتی بیشتری دارند. از سوی دیگر، CPU زمان حمل و نقل و واکنش کمتری دارد (که بهتر است)؛ زیرا برای دستورالعمل‌های سریع و واحد تنظیم شده‌اند.

تفاوت در سرعت و تعداد پردازش‌ها

شاید اصلی‌ترین فرق CPU با GPU در معماری ساخت آن‌ها باشد. جایی که CPU برای انجام سریع وظایف مختلف طراحی شده است؛ با این‌حال، تعداد فرایندهایی که می‌تواند به صورت همزمان انجام دهد، محدود است.

از طرفی دیگر، یک GPU برای ارائه گرافیک و ویدئو با وضوح بالا در زمان واقعی و پردازش حجم زیادی از داده ها به صورت موازی ساخته شده است. بنابراین می‌تواند دستورات همزمان بیشتری را (البته با سرعت کمتر نسبت به CPU) انجام دهد.

پردازنده‌های گرافیکی حتی برای برنامه‌های غیر گرافیکی مانند یادگیری ماشین و محاسبات علمی هم استفاده می‌شوند؛ زیرا می‌توانند عملیات موازی را روی چندین مجموعه داده اجرا کنند. آن‌ها حتی می توانند برای استخراج ارزهای رمزپایه که به عملکرد بالایی نیاز دارند، استفاده شوند.

CPU دارای مجموعه دستورالعمل‌های گسترده و جامعی است که تمام ورودی و خروجی کامپیوتر را مدیریت می‌کند؛ کاری که یک GPU نمی‌تواند انجام دهد.

جالب است بدانید که یک کارت گرافیک، می‌تواند 700 تا 4 هزار هسته روی هر پردازنده گرافیکی داشته باشد. این نشان می‌دهد که عملیات موازی عظیمی را می توان با یک GPU انجام داد. با این حال، تک هسته‌های CPU سریع‌تر و باهوش‌تر از هسته‌های GPU هستند.

CPU فقط از چند هسته با حافظه کش زیاد تشکیل شده است. بنابراین، تنها می‌تواند چند رشته نرم افزار را در یک زمان مدیریت کند. از سوی دیگر، یک GPU از صدها هسته تشکیل شده است که می‌تواند هزاران رشته را به طور همزمان مدیریت کند.

جدول مقایسه CPU با GPU

واحد پردازشگر مرکزی (CPU)	واحد پردازشگر گرافیکی (GPU)
CPU مخفف “Central Processing Unit” است.	GPU مخفف “Graphics Processing Unit” است.
CPU همه کاره‌تر است و وظایف متعددی را انجام می‌دهد.	GPU دستورالعمل‌های محدودتری دارد و معمولا فقط کارهای گرافیکی را انجام می‌دهد.
از CPU به عنوان یک پردازنده همه منظوره یاد می‌شود.	GPU به عنوان یک پردازنده با هدف خاص شناخته می‌شود.
می‌تواند کارهای گرافیکی را انجام دهد؛ اما نه خیلی کارآمد!	GPU پردازش گرافیک را سریع‌تر و کارآمدتر انجام می‌دهد.
CPU ممکن است حاوی چند هسته قدرتمند برای به اشتراک گذاشتن حجم کار باشد.	پردازنده گرافیکی از صدها هسته ضعیف‌تر برای اجرای فرآیند اصلی تشکیل شده است.
سرعت پردازش بالایی دارد و با سرعت کلاک بالایی در حدود 3 تا 5 گیگاهرتز کار می‌کند.	با سرعتی بین 800 تا 1000 مگاهرتز کار می‌کند
CPU به حافظه اضافه برای ذخیره موقت داده‌های در حال پردازش نیاز دارد.	نسبت به CPU به رم بسیار کمتری نیاز دارد.
تاخیر زمانی بین دستورالعمل‌ها و انتقال داده، بسیار کم است.	GPU روی دستیابی به بالاترین توان ممکن (موازی سازی، مجموع اجرای دستورالعمل‌ها در یک بازه زمانی) تمرکز می‌کند.
CPU برای اجرای دستورات متوالی طراحی شده است.	GPU برای اجرای دستورالعمل‌های موازی طراحی شده است.
CPU بر محاسبه هر داده‌ای که دریافت می‌شود، تمرکز می‌کند.	GPU اطلاعات را از CPU دریافت می کند و تصاویر بصری تولید می کند.
برای انجام دستورالعمل‌ها، با اجزای مختلف کامپیوتر از جمله RAM، ROM و پورت‌های I/O تعامل دارد.	برای نمایش پیکسل روی مانیتور، GPU تنها با حافظه و بخش نمایشگر تعامل دارد.

اکنون و با بررسی دقیق مواردی که در جدول بالا مطرح شده‌اند، به خوبی می‌توانیم متوجه تفاوت CPU با GPU در بخش‌ها و عملکردهای مختلف شویم.

شرکت‌های تولید کننده CPU و GPU

همان‌طور که در ابتدای مقاله هم اشاره شد، اینتل و AMD دو شرکت اصلی و مهم در زمینه طراحی و عرضه CPU محسوب می‌شوند. این دو هم‌اکنون هم رقابت بسیار نزدیکی با همدیگر دارند.

اینتل در ساخت پردازنده‌ای با سرعت کلاک بالاتر تخصص دارد، در حالی که AMD بیشتر روی افزایش تعداد هسته‌ها و ارائه چند رشته‌ای پیشرفته تمرکز می‌کند.

شرکت اینتل در زمینه ساخت GPU نمی‌تواند با شرکت AMD رقابت کند. به عبارت دیگر، رقیب اصلی AMD در زمینه پردازنده‌های گرافیکی، شرکت NVIDIA است که همیشه در تولید پردازنده‌هایی که گرافیک‌های سه بعدی را ارائه می‌کنند، پیشتاز بازار بوده است.

با این حال و در چند وقت اخیر، AMD توانسته است توجه کاربران گرافیکی رده بالا را به خود جلب کند و پردازنده‌های گرافیکی تولید کند که می‌تواند با عملکرد پردازنده‌های گرافیکی NVIDIA مطابقت داشته باشد.

کلام آخر

CPU و GPU هر دو از نوع پردازنده هستند؛ اولی به عنوان پردازنده اصلی و مرکزی کامپیوتر عمل می‌کند و دومی روی رندر ویدیوهای دو و سه بعدی و تولید تصاویر روی نمایشگر، تاکید دارد!

در این مقاله به بررسی فرق CPU با GPU پرداختیم. در صورتی که همچنان در این رابطه سوال یا ابهامی دارید، حتما در بخش نظرات با ما در میان بگذارید تا در اولین فرصت، پاسخ‌گوی شما عزیزان باشیم.

4 | (1)