GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟

GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟: GPU مخفف Graphical Processing Unit به معنای واحد پردازش گرافیکی است و همانطور که از نام آن پیداست، مسئولیت نمایش تصاویر و ویدیوها روی مانیتور را بر عهده می گیرد. البته کامپیوترها بدون پردازنده ی گرافیکی نیز می توانند اعمالی را انجام دهند ولی برای اتصال یک مانیتور به کامپیوتر نیازمند یک پردازنده ی گرافیکی هستیم. در برخی از شرایط برای استفاده از سیستم های کامپیوتری که مانیتور ندارند (مثل برخی از سرورها) از سیستم دستوری ترمینال استفاده می شود و دستورات از آن طریق به کامپیوتر ارسال می شوند (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

تعداد هسته های GPU بسته به سازنده ی آن متفاوت است. انویدیا و AMD دو تولیدکننده ی بزرگ تراشه ی گرافیکی برای کامپیوترها هستند و دو سبک متفاوت در طراحی واحد پردازش گرافیکی انتخاب کرده اند. انویدیا سعی می کند توان بیشتری را در هسته های کمتری متمرکز کند در حالی که AMD برای افزایش قدرت پردازش سعی کرده از هسته های بیشتر با توان کمتر استفاده کند. یک کارت گرافیک معمولی انویدیا دارای ۶۸ هسته است در حالی که یک کارت گرافیک معمولی AMD حدود ۱۵۰۰ هسته دارد اما در عین حال قدرت پردازش این دو تراشه ی گرافیکی تقریباً مشابه است (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

تفاوت بین CPU و GPU

در رایانه های ابتدایی، یک پردازنده به نام CPU مسئولیت انجام کلیه محاسبات و پردازشهای اجرایی را انجام می داد. پس از مدتی کارشناسان یک پردازنده دیگر به نام GPU را طراحی نمودند تا وظیفه انجام پردازشهای گرافیکی را به آن بسپارند و CPU برای انجام سایر دستورات آزاد شود. بدین ترتیب، کارتهای گرافیکی (که GPU یا پردازنده گرافیکی بر روی آن نصب است )، با دارا بودن مقداری حافظه، عملیات گرافیکی یک سیستم رایانه ای را انجام می دهند. اینکه قدرت گرافیکی سیستم شما در چه حدی است، به کارت گرافیکی این سیستم مرتبط است. حال این سوال پیش می آید که راندمان کلی یک سیستم به چه عاملی بیشتر مرتبط است و اینکه برای تهیه یک سیستم قوی، برای کدام قطعه باید پول را خرج نمود؟

از آنجایی که سرعت پردازنده های کنونی به اندازه کافی بالاست، و افزایش فرکانس (چیزی که معمولا در نسخه های جدید تر پردازنده های اینتل مشاهده می شود)، کمک چشمگیری به افزایش راندمان کلی سیستم نمی کند، انجام هزینه برای خرید پردازنده های بالاتر خیلی منطقی به نظر نمی رسد. از طرفی دیگر، اگر شما یک کاربر گرافیکی، بازی، انیمیشن و نرم افزارهای سه بعدی می باشید، برای شما کارت گرافیکی بسیار مهم تر از پردازنده می باشد.

ولی جدیدا بحث جالبتری مطرح شده است: GPU ها که به منظور انجام محاسبات گرافیکی و کمک به CPU طراحی شده بودند، اکنون توانایی کار بر روی همه انواع عملیات محاسباتی را دارند و نکته جالبتر اینکه به دلیل معماری مناسب GPU، و عدم نیاز به کاشه های بزرگ (حافظه هایی که در پردازنده تعبیه می شوند )، GPU ها بسیار سریعتر از CPU ها پردازش می نمایند! این امر هم در مورد پردازشهای گرافیکی و هم در مورد کلیه نرم افزارهای روزمره و نیز حرفه ای صادق است (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

انواع GPU

واحد پردازش گرافیکی در متداول ترین شکل خود یک کارت گرافیک است که عموم کاربران با آن آشنایی دارند. کارت گرافیک را می توان در شکاف پی سی آی اکسپرس (یا در گذشته ای جی پی) مادربورد قرار داد و از آن استفاده کرد. شاید اصطلاح گرافیک آنبورد را شنیده باشید، منظور از این نوع واحد پردازش گرافیکی این است که تراشه ی گرافیکی به صورت مجتمع در مادربورد تعبیه شده است و قطعه ی جداگانه ای نمی باشد. شیوه ی امروزی تر طراحی واحد پردازش گرافیکی چیزی است که به وجود APU ها منجر شده و در ادامه به آن می پردازیم.

APU چیست؟

در بخش های قبل در مورد پردازنده ی اصلی (CPU) و گرافیکی (GPU) صحبت کردیم و حالا نوبت به پردازنده های جدیدی که ترکیبی از این دو هستند، می رسد. APU مخفف Accelerated Processing Unit به معنای واحد پردازش شتاب یافته است و از ترکیب اجزای مختلف یک CPU و یک GPU به دست آمده است. در APU حداقل ۱۶ انشعاب PCI Express برای سایر وسایلی که از این شکاف استفاده می کنند پیش بینی شده و دیگر به تراشه ی پل شمالی روی مادربورد نیازی نیست. به طور خلاصه اگر هسته های پردازنده ی گرافیکی را به (CPU) اضافه کنیم و حافظه ی کش (Cash) سی پی یو را با آن به اشتراک بگذاریم، یک APU جمع و جور به دست می آید. البته معماری و طرز کار APU به این سادگی نیست و بحث بسیار مفصل و پیچیده تری می باشد (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

اما سوال ساده ای که ما کاربران همیشه می پرسیم: مزیت APU نسبت به یک CPU و یک کارت گرافیک جداگانه چیست؟ شاید AMD با شروع این حرکت سعی در جذب مشتری داشته و مزیت چندانی در آن وجود نداشته باشد. اما خوشبختانه پاسخ این نیست و مزایای زیادی در APU ها جمع شده است (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

اولین مسأله ای که در مورد APU به نظرمان می رسد این است که به علت راحت بودن ارتباط دو پردازنده ی اصلی و گرافیکی، انجام فعالیت ها ساده شده و توان پردازشی APU بهینه می شود. به عنوان مثال پردازنده های جدید اینتل با پردازنده ی گرافیکی مجتمع HD 3000 یا ۴۰۰۰، حدود ۲ تا ۳ برابر سریع تر از پردازنده های قبلی هستند که پردازنده ی گرافیکی شان روی قالب پردازنده ی اصلی قرار می گرفت اما با آن یکپارچه نبود. توجه کنید در APU دو تراشه ی مجزا در کنار هم نیستند بلکه یکپارچه شده اند.
مزیت دوم برخورداری از قابلیت ها و امکانات خاصی مثل تکنولوژی کوییک سینک (QuickSync) اینتل برای رمزگشایی و رمزگذاری ویدیو است. می توان برخی محاسبات مثل محاسبات اعداد ممیز شناور را توسط پردازنده ی گرافیکی انجام داد که برای چنین کارهایی مناسب تر و تواناتر از پردازنده ی اصلی است.
سومین مورد مصرف انرژی است که در APU بهینه می شود چرا که منابع بین پردازنده ی اصلی و گرافیکی به صورت مشترک مورد استفاده قرار می گیرند. به همین علت است که لپ تاپ های جدیدی که از APU های اینتل یا AMD استفاده می کنند، کم مصرف تر بوده و شارژ باتری را برای مدت طولانی تری حفظ می نمایند.
یکی از مهم ترین مزایا هم قیمت است، این پردازنده ها ارزان تر از یک CPU و کارت گرافیک جداگانه هستند چرا که سیلیکون کمتری برای تولید آن ها مصرف می شود. در مجموع می توان گفت که یک APU جایگزینی خوبی برای کارت گرافیک رده پایین و CPU است (GPU و APU چیست و تفاوت بین CPU و GPU چیست؟).

و اما اشکالات APU

معمولاً APU ها به اندازه ی یک کارت گرافیک جدا قدرتمند نیستند و کاربران حرفه ای را راضی نمی کنند اما برای کاربردها و بازی های سبک و عادی روزمره و حتی برای بازی های معمولی هم کاملاً مناسب می باشند. اشکال دیگری که کاربران حرفه ای و مخصوصاً اورکلاکرها را اذیت می کند، دمای بالای APU است. با توجه به اینکه دو پردازنده در قالبی کوچک کنار هم قرار گرفته اند، اگر از تمام هسته های پردازنده ی اصلی و تمام هسته های پردازنده ی گرافیکی استفاده کنیم، توان مصرفی تراشه و در نتیجه دمای آن بسیار بالا خواهد رفت. همین مشکل ساده موجب نارضایتی بسیاری از اورکلاکرها از Core i7 3770K شده است چرا که این پردازنده با لیتوگرافی ظریف ۲۲ نانومتر تولید شده و مساحت کمی برای انتقال حرارت دارد. البته با اضافه کردن یک فن خوب مشکل برطرف می شود اما نمی توان از APU همان دمای پایین پردازنده های کم مصرف تر را انتظار داشت.

امروزه حتی در کامپیوترهای رومیزی یا لپ تاپ هایی که دارای کارت گرافیک مستقل هستند از APU نیز استفاده می شود. یعنی این کامپیوترها دارای دو واحد پردازش گرافیک هستند که یکی از آنها با CPU یکپارچه شده است. از آنجایی که GPU یکپارچه شده با CPU مصرف پایین تری دارد در پردازش امور گرافیکی سبک از آن استفاده می شود و زمانی که نیاز به پردازش سنگین باشد وظیفه پردازش امور به کارت گرافیک مستقل واگذار می گردد. APU را می توان در همه نوع کامپیوتر به کار برد ولیکن بیشتر برای وسایل همراه، لپ تاپ ها و دسکتاپ های کم مصرف و ضعیف توصیه می شوند.