رهاكو، مرجع مجازي سازي

CPU  مغز كامپيوتر است و GPU روح آن! CPU و GPU دو اصطلاح رايج در حوزه كامپيوتر و فناوري هستند. با اين حال، افراد بسياري ممكن است تفاوت ميان آن‌ها را ندانند. در طول دهه گذشته، GPU يا پردازنده گرافيكي از رايانه‌ها فراتر رفته‌اند و نقش بزرگي در رونق هوش مصنوعي داشته‌اند. آن‌ها به يك بخش كليدي در ابر كامپيوترهاي مدرن تبديل شده‌اند و در صنعت گيمينگ حرف زيادي براي گفتن دارند. پردازنده‌هاي گرافيكي به شتاب‌دهنده‌هايي تبديل شده‌اند كه به انواع كارها از رمزگذاري گرفته تا شبكه و هوش مصنوعي سرعت مي‌بخشند. حال بياييد به تفاوت CPU و GPU و مزاياي استفاده از هركدام نگاهي بياندازيم.

تعريف CPU و GPU چيست؟

CPU كه مخفف كلمه "واحد پردازش مركزي" است كه به اختصار "پردازنده" ناميده مي‌شود. اجراي رايانه شما برعهده پردازنده است و تمام فرآيندهاي رايانه را مديريت مي‌كند. در يك كلام، اگر CPU نداشته باشيد، كامپيوتر هم نخواهيد داشت!

GPU يا واحد پردازش گرافيكي كه "كارت گرافيك" نيز ناميده مي‌شود، گرافيك‌هاي روي صفحه نمايش را اجرا مي‌كند. پردازنده‌ گرافيكي نيز براي عملكرد رايانه حياتي است و بدون آن‌ چيزي روي صفحه نمايش خود نمي‌بينيد. با اين حال، آن‌ها هميشه به صورت مجزا در دسترس نيستند؛ بسياري از CPU ها داراي GPU داخلي هستند. با اين حال، كارت‌ گرافيك فضاي زيادي ندارد. اگر مي‌خواهيد از بازي‌ها يا نرم افزارهاي گرافيكي پيشرفته مانند مدل سازي سه بعدي استفاده كنيد، به گرافيك‌ سطح بالا و در واقع يك GPU مجزا نياز داريد.

چرا دو پردازنده متفاوت داريم؟

خب تا حدودي با تفاوت CPU و  GPU آشنا شديد. پردازنده‌ها از ميليون‌ها ميليون ترانزيستور كوچك با چندين هسته تشكيل شده‌اند و براي مديريت پردازش كامپيوتر بسيار حائز اهميت مي‌باشند. اقدامات حياتي مانند اجراي سيستم عامل و برنامه‌ها بدون آن امكان پذير نخواهد بود. CPU همان چيزي است كه سرعت كلي يك كامپيوتر را تعيين مي‌كند. پردازنده‌هاي گرافيكي ماهيت تخصصي‌تري دارند. آن‌ها پردازش‌هاي بيشتري را به صورت موازي انجام مي‌دهند. GPU براي استفاده در برنامه‌هاي گرافيكي و بازي استفاده مي‌شود. اين پردازنده‌ها در بسياري از حوزه‌هاي ديگر مانند هوش مصنوعي و استخراج بيت‌كوين نيز كاربرد بسياري دارند.

تفاوت اصلي بين CPU و GPU در نحوه پردازش دستورالعمل‌هاي داده شده به آن‌هاست. از نظر انساني، مي‌توان گفت كه CPU استاد انجام يك كار در هر زمان است، در حالي كه GPU مي‌تواند چندين كار را همزمان انجام دهد. CPU مجموعه‌اي از داده‌ها را به ترتيب پردازش مي‌كند. پردازنده‌هاي گرافيكي مي‌توانند داده‌ها را در واحدهاي پردازشي متعددي كه براي كارهاي خاص طراحي شده‌اند، پخش كنند.

رابطه و تفاوت CPU و GPU

اين كه اين دو مفهوم باهم متفاوت هستند به اين معني نيست كه يكي از ديگري بهتر باشد. CPU مي‌تواند همان محاسبات انجام شده توسط GPU را انجام دهد اما هر كدام از آن‌ها كاربرد خاصي در دنياي فناوري امروز ما دارند.

افزايش عملكرد رايانه تنها با هماهنگي صحيح CPU و GPU امكان پذير خواهد بود. GPU قرار نيست جايگزين CPU شود و پردازنده هنوز هم نقش اصلي محاسبات را ايفا مي‌كند. اين همان چيزي است كه تصميم مي‌گيرد داده‌ها را پردازش يا به GPU منتقل كند. براي مثال، در حالي كه يك CPU مي‌تواند محاسبات يكساني را انجام مي‌دهد، GPU اغلب به دليل نحوه طراحي آن استفاده مي‌شود. در داخل GPU دستورالعمل‌هاي متعددي وجود دارد كه مي‌توانند دوباره استفاده شوند. اين دستورالعمل‌ها طوري طراحي شده‌اند كه به صورت موازي اجرا مي‌شوند.

تفاوت CPU و GPU در نحوه كار آن‌ها

CPU و GPU به دليل نحوه ساخت كارهاي متفاوتي انجام مي‌دهند. يك CPU فرآيندها را به صورت سريالي روي هسته‌هاي خود اجرا مي‌كند. بيشتر پردازنده‌ها داراي 4 تا 8 هسته هستند، اگرچه CPU هاي سطح بالا مي‌توانند تا 64 هسته داشته باشند. هنگامي كه رايانه در حال اجراست، هر هسته يك فرآيند را به تنهايي اجرا مي كند، مانند ثبت ضربه‌هاي كليد هنگام تايپ. هسته‌هاي ديگر تمام فرآيندهايي را كه در Task Manager ويندوز شما اجرا مي‌شوند، مديريت مي‌كنند. 

GPU اما روشي متفاوتي براي محاسبات دارد. هنگامي كه يك كار به آن‌ها داده مي‌شود، GPU آن را به هزاران كار كوچك‌تر تقسيم مي‌كند و سپس همه آن‌ها را به طور همزمان پردازش مي‌كند؛ نه به ترتيب. به همين دليل پردازنده‌هاي گرافيكي براي مديريت فرآيندهاي بزرگي كه از بخش‌هاي كوچك زيادي مانند گرافيك‌هاي سه‌بعدي تشكيل شده‌اند، مناسب‌ترند.

اگرچه GPU در عملكرد پردازشي يك واحد محاسباتي ضعيف‌تر از CPU عمل مي‌كند، تعداد زيادي از واحدهاي محاسباتي مي‌توانند همزمان باهمكار كنند و عملكرد آن در محاسبات زياد بهتر از CPU است. به طور خلاصه، CPU براي عمليات پيچيده عالي است، در حالي كه GPU در انجام عمليات ساده روي داده‌هاي بزرگ عملكرد قابل قبولي ارائه مي‌دهد.

تفاوت CPU و GPU از نظر قدرت

اگرچه GPU هسته‌هاي بيشتري نسبت به CPU دارد، اما از نظر سرعت كلاك قدرت كمتري دارد. به طور معمول، سرعت كلاك GPU بين 500 تا 800 مگاهرتز با هسته‌هاي متراكم‌تر روي يك تراشه واحد است. برعكس، CPU امروزه مي‌تواند با سرعت 3.5 تا 4 گيگاهرتز حركت كند. پردازنده‌هاي گرافيكي به دليل داشتن مجموعه دستورالعمل‌هاي محدود، تطبيق‌پذيري كمتري دارند. به اين ترتيب، تعداد زياد هسته‌هاي GPU و موازي‌سازي كه انجام مي‌دهند، مي‌تواند قدرت كم آن‌ها را جبران كند.

تفاوت CPU و GPU از نظر حافظه

رم GPU حافظه اختصاصي است. اين يك رابط بسيار گسترده با مسيرهاي كوتاه و يك اتصال P2P است و به سرعت بسيار بالاتري نسبت به حافظه موجود در CPU دارد. رم CPU يك حافظه سيستم است و زماني كه با سرعت پايين كار مي‌كند، باز هم به قدرت بيشتري براي پردازش نياز دارد. از لحاظ طراحي داخلي، هر دوي اين حافظه‌ها بسيار شبيه به يكديگر هستند.

تفاوت CPU و GPU از نظر مدت زمان سوئيچ 

زمان سوئيچ يا Context Switch Time به زبان ساده، مدت زماني است كه واحد پردازش براي اجراي يك فرآيند طول مي‌كشد. جابجايي CPU ميان چندين رشته نسبتا كند است؛ چرا كه بايد اطلاعات را در رجيسترها ذخيره كند. با بازيابي اين اطلاعات در صورت نياز، كش را پاكسازي كنيد. اين عمليات بخش بزرگي از منابع را مصرف مي‌كند. از طرفي ديگر، هيچ سوئيچينگي در GPU وجود ندارد. آن‌ها معمولا فقط يك كار را در يك زمان مشخص اجرا مي‌كنند.

مزاياي CPU و GPU

CPU مزاياي مختلفي دارد. آن‌ها سازگار و بادوامند. CPU ها به طور گسترده ساخته و عرضه مي‌شوند و در نتيجه مقرون به صرفه مي‌باشند. آن‌ها قادر به انجام مولتي تسك در رايانه هستند و با دقت بيشتري در محاسبات رياضي كار مي‌كنند. يك CPU قدرتمند مي تواند از نظر عملكرد براي استفاده معمولي از يك كامپيوتر بهتر از يك GPU عمل كند. CPU ها معمولا حافظه كش گسترده‌اي دارند كه به آن‌ها اجازه مي‌دهد مجموعه وسيع‌تري از دستورالعمل‌هاي خطي را مديريت كنند. آن‌ها مي‌توانند محاسبات عميق‌تر را مديريت كنند كه براي كارهاي تخصصي اهميت بسياري پيدا كرده‌اند.

از طرفي ديگر، GPU از صدها هسته تشكيل شده است و مي‌تواند عمليات موازي زيادي را انجام دهد. پردازنده‌هاي گرافيكي را مي‌توان در هر جايي براي پردازش تصوير استفاده كرد. GPU با حافظه خود براي انجام تمام وظايف و پردازش‌هاي مرتبط با گرافيك ارائه مي‌شود.

نتيجه گيري

CPU براي انجام طيف وسيعي از وظايف به كار گرفته مي‌شود. GPU براي مالتي تسكينگ ساخته شده است و معمولا تنها يك وظيفه را پشتيباني مي‌كند: پردازش گرافيكي. تفاوت اصلي بين CPU و GPU اين است كه CPU كمترين تاخير را هميشه در اولويت قرار مي دهد. در مقابل، پردازنده‌هاي گرافيكي بر توان عملياتي بالا تاكيد دارند. اكنون كه درك خوبي از تفاوت GPU و CPU داريد، مي‌توانيد به شيوه بهتري از اين اجزا استفاده كنيد.