CPU и GPU: в чем разница?
Центральный (CPU) и графический (GPU) процессор – важные компоненты электронных и встроенных систем. И первые, и вторые созданы из нескольких миллионов транзисторов, способны за одну секунду обрабатывать тысячи операций. Но, несмотря на схожесть, они все же разрабатывались под решение разных задач. В этой статье выполним сравнение GPU и CPU, узнаем их особенности, отличия и то, можно ли использовать один вариант процессора вместо другого?
Что представляет собой CPU
Сentral processing unit (CPU)— центральный процессор (ЦП). Это мозг системы, предназначенный для реализации цепочки последовательных инструкций за минимальный промежуток времени. Сконструирован он так, что может выполнять в одно и то же время несколько подобных цепочек или же разделять входящий поток на меньшие, выполнять их последовательно, а после снова соединять в один в том же порядке, в котором они шли изначально.
Все инструкции в общем потоке напрямую связаны с той, которая следует на ней. Ввиду такой особенности в центральном процессоре мало исполнительных блоков. Состоит он из арифметического логического блока, предназначенного для временного хранения данных и выполнения вычислений, а также блока управления, отвечающего за последовательность выполнения цепочек и ветвление. CPU непосредственно взаимодействует с другими блоками ПК: памятью, вводом/выводом. Именно с их помощью и реализуется выполнение поступающих инструкций. Поэтому интерфейс – важная составляющая центрального процессора.
Главный акцент производители ЦП делают на скорости работ и минимизации простоя. Обеспечивается это использованием кэш-памяти и конвейера.
Что предоставляет собой GPU
Прежде, чем разбираться, в чем разница между CPU и GPU, необходимо более подробно познакомиться и с особенностями графического процессора (ГП). Он представляет собой программируемый логический чип, при помощи которого на экране ПК воспроизводятся изображения, анимация, видео и пр. Размещаться ГП могут:
- на сменных платах;
- в чипсетах материнки;
- непосредственно в микросхеме ЦП.
Но, GPU – процессор, то есть не надо его путать с видеокартой, несмотря на схожее назначение. Конструктивно он представляет собой микросхему, способную оперативно выполнять математические вычисления, преимущественно для предоставления графического изображения. Блок обработки позволяет ПК работать быстро и стабильно.
Производительность GPU значительно выше, чем у CPU, что обусловлено наличием у первых большего числа ядер. Графический процессор содержит собственную оперативную память (VRAM). Все это позволяет устройству эффективно справляться с обработкой сложных задач, связанных с визуализацией графики, в том числе в компьютерных играх и не только.
Основные отличия CPU и GPU
Теперь, когда есть представления о том, что представляют собой центральных и графический процессор, можно говорить об их отличиях. Здесь выделяется несколько моментов:
- Принципиально отличное строение. Различия архитектуры CPU и GPU в том, что большая часть пощади чипа предназначается для решения принципиально отличных задач. Так, в CPU максимальная площадка отводится под буферы команд, кэш-память и пр. В GPU большая часть площади выделена под исполнительные узлы.
- Разные пути доступа к памяти. В GPU все логически и спланировано. Если какой-то элемент уже из памяти считывается, то следом за ним пойдут и другие графические единицы. Подобная последовательность действий будет и на этапе записи данных.
- Размер кэш-памяти. ГП не нуждается в кэш-памяти большого размера. Для обеспечения работы текстур ему будет достаточно 125-256 кБ. А вот для ЦП это один из ключевых параметров, ведь потребление памяти здесь достаточно высокое.
- Способность работы в многопоточном режиме. На одно ядро в CPU приходится не более 1-2 вычислений, в то время как в GPU на каждый из мультипроцессоров могут идти тысячные потоки (а их в чипе предусмотрено по несколько штук). Разница есть и в скорости перехода между потоками. Так, на переключение между ними в ЦП потребуются сотни тактов, а вот в ГП всего за один такт сможет переключить несколько потоков.
- Отличия в оперативности вычислений. Важный технический показатель любого процессора – тактовая частота. Измеряется она в герцах. Чем выше она будет, тем больше вычислений за единицу времени выполнит оборудование. А это значит, что приложения на ГП будут функционировать быстро, без скачков. Так, на ЦП может быть максимум 2 ядра, а на ГП – от 4 до 10. Выполняя сравнение скорости вычислений на CPU и GPU, очевидным становится преимущественно графического процессора.
CPU и GPU в процессах майнинга
CPU способен только принимать решения на основании указаний, идущих от программы. А вот GPU применяется для выполнения большого числа однотипных вычислений. То есть, графический процессор значительно лучше и быстрее справляется с простейшими математическими операциями. Этой особенностью и воспользовались майнеры криптовалюты. Они устанавливают на аппаратное обеспечение GPU вместо CPU. В ходе майнига ГП решают математические задачи, направленные на нахождение единственного правильного хэша под новые транзакции и сгенерированный секретный ключ из огромного количества комбинаций. В результате и создается криптографическая валюта. Чем больше исполнительных блоков у процессора, тем выше будет скорость вычисления и, как результат – выше шанс получить криптовалюту. И лучше обеспечить это сможет GPU.
Используя графический процессор, можно майнить разные виды криптовалют:
- Bitcoin,
- Ethereum,
- Monero,
- DogeCoin,
- Steem и пр.
Наибольшую прибыли можно получить от производства Bitcoin. Но изначально надо знать, что успех в этом деле ждет только тех майнеров, в распоряжении которых есть мощные специализированные компьютеры (такие модели в избытке есть в линейках Nvidia Corporation, AMD). В противном случае на оплату счетов за электроэнергию будет уходить больше денег, чем заработается.
CPU и GPU в серверном оборудовании
Мы уже говорили о том, что в центральном процессоре потоковая обработка информации выполняется последовательно. И это оптимально подходит под выполнение задач с одинаковым уровнем приоритетности. Но если на каком-то этапе произойдет сбой, нарушится вся цепочка. Использование нескольких ядер позволят достичь многозадачности, но все равно данные будут обрабатываться потоково, просто по отдельности на каждом ядре.
А вот GPU архитектура выглядит совсем по-другому. Здесь уже предусмотрено параллельное решение задач, что гарантирует как многозадачность, так и повышенную устойчивость в работе. То есть производительность CPU и GPU существенно отличаются – у графического процессора она значительно выше. А еще ГП не нуждается в кэше для обработки массивов данных. Эти особенности и стали причиной частого использования GPU в серверах, работающих с большими массивами данных, графикой, видео.
Подводя итоги, стоит еще раз выделить факт, что коды, разработанные для одного вида процессора, совершенно не подходят для другого. Поэтому одно устройство нельзя заменить другим. Они лишь выступают ускорением для доступной инфраструктуры. Чтобы подобрать правильно оборудование, необходимо понимать, для каких целей оно вам необходимо. И если на этом этапе возникнут сложности, если потребуются дополнительные консультации и помощь, свяжитесь со специалистами компании «Xelent». Это можно сделать по телефону или через форму обратной связи.
