مقایسه (CPU) پردازنده مرکزی و (GPU) پردازنده گرافیکی

اگر از هر مدل دستگاه دیجیتالی مانند کامپیوتر شخصی، لپتاپ، گوشی موبایل یا تبلت استفاده کرده باشید یا برای خرید این محصولات نگاهی به مشخصات فنی آنها انداخته باشید، حتماً با عناوین CPU و GPU برخورد کرده‌اید. ممکن است برای بسیاری از کاربران این سوال پیش آمده باشد این دو پردازنده یعنی CPU و GPU چه تفاوت هایی با هم دارند؟

همان‌طور که می‌دانید کامپیوترهای اولیه از اجزای حجیم با ابعاد بزرگ و توان محاسباتی بسیار پایین و زمان‌بری برخوردار بودند. البته این دستگاه‌ها در زمان خود انقلابی بزرگ و ارزشمند را رقم زدند و توان آنها که امروزه به نظر بسیار ضعیف و کند به نظر می‌رسد، در آن دوره قدرتمند، بسیار مهم و کارآمد به نظر می‌رسیده است. اما در حقیقت روند تکامل کامپیوترها به سمت رایانه‌های امروزی از لحظه ابداع ترانزیستور‌ها آغاز و با پیشرفت فناوری ساخت آنها شکل گرفت. در دهه‌های 1950 و 1960 استفاده از ترازیستورها باعث حذف عناصر حجیم، شکننده و نامطمئنی مانند لامپ‌های خلاء و رله‌ها ‌گردید. در ادامه و با ظهور مفهوم و فناوری «مدارهای مجتمع» یا «آی‌سی» که امکان قرار دادن تعداد زیادی ترازیستور در یک مدار و فضای محدودتر را ممکن می‌ساخت، راه برای ساخت اولین تراشه‌ها و ریزپردازنده‌ها هموار شد. ریزپردازنده‌ یا میکروپروسسور (Microprocessor) تراشه کوچکی است که از تعداد زیادی ترانزیستور بر روی مدار مجتمع یا IC (Integrated circuit) و داخل لایه‌ای از مواد نیمه‌رسانا (معمولاً از جنس سیلیسیم) قرار می‌گیرند. به طور کلی تمامی دستاوردهای مربوط به تولید تراشه‌ها و پردازنده‌ها بر اساس کشف مواد نیمه‌رسانا ممکن شده است و به همین دلیل صنعت ساخت و تولید پردازنده، تراشه و چیپ را با نام صنایع نیمه‌هادی یا نیمه‌رساناها (Semiconductor) معرفی می‌کنند. ریزپردازنده‌ها یک دستگاه محاسبه‌ای کامل هستند که توانایی انجام کارهای مربوط به منطق، حساب و ریاضی را دارند. می‌توانند اطلاعات را از روی یک حافظه به روی حافظه دیگر انتقال دهند و همچنین توانایی تصمیم‌گیری بر اساس یک سری دستورالعمل را دارند. از آنجایی که ریزپردازنده‌‌ها بسیار کوچکتر، سریع‌تر و ارزان‌تر از مدارهای با اجزای گسسته بودند، به سرعت جایگزین این مدارها شدند.. در اوایل دهه 1970 میلادی اولین ریزپزدازنده‌های تجاری توسط اینتل عرضه شد و در ادامه این پردازنده‌ها به سرعت رشد یافته، پیشرفت کردند و در تمامی کامپیوترها و دستگاه‌های دیجیتال مورد استفاده قرار گرفتند.

واحد پردازش مرکزی یا CPU چیست؟

واحد پردازش مرکزی یا CPU (Central Processing Unit) همان پردازنده اصلی و در حقیقت مغر هر رایانه، گوشی و یا هر سیستم دیجیتال دیگر است که مهمترین وظایف در یک سیستم از جمله اجرای سیستم‌عامل، دستورات کاربر و تقریباً تمام محاسباتی که به کارکرد دستگاه می‌شود بر عهده آن است. CPU اطلاعات را به شکل دستور از حافظه رم دریافت کرده، کدگشایی می‌کند و پس از پردازش در قسمت خروجی ارائه می‌دهد. واحد پردازش مرکزی CPU به صورت تراشه‌هایی کوچک ساخته می‌شود که بر روی مادربورد (در رایانه‌ها) یا چیپست SOC (در گوشی موبایل و تبلت) قرار می‌گیرند. در ابتدا CPU یا پرازنده‌های مرکزی به صورت واحد و تک‌هسته‌ای طراحی و ساخته می‌شدند؛ اما به دلیل توان پردازشی محدود تولیدکنندگان اقدام به طراحی و ساخت پردازنده‌های چند هسته‌ای کردند تا توان پردازش‌های همزمان در سی پی یو‌ها را افزایش دهند و امکان انجام محاسبات پیچیده‌تر را فراهم سازند. از بزرگترین کمپانی‌های تولید CPU برای رایانه‌ها می‌توان به اینتل و AMD که تقریباً تمامی بازار تولید پردازنده مرکزی کامپیوترها را در اختیار دارند و از برترین تولیدکنندگان CPU و چیپست SOC برای گوشی موبایل و تبلت می‌توان به کوالکام، مدیاتک، سامسونگ و اپل اشاره کرد.

خرید و مشاهده قیمت روز گوشی سامسونگ در فروشگاه اینترنتی ایکالاتو

واحد پردازش گرافیکی یا GPU چیست؟

واحد پردازش گرافیکی یا GPU (Graphics Processing Unit) پردازنده‌هایی هستند که برای پردازش محاسبات مربوط به تصاویر و گرافیک و همچنین آنچه در خروجی تصویر یک کامپیوتر ارائه می‌شود بهینه‌سازی شده است. بسیار مهم است که بدانیم واحد پردازش گرافیکی یا GPU با کارت گرافیک متفاوت است. در حقیقت GPU به پردازنده یا پردازنده‌هایی اطلاق می‌شود که درون کارت گرافیک و در کنار سایر اجزای آن قرار می‌گیرد و از این طریق به مادربرد متصل می‌شوند. در موبایل‌ها و تبلت‌ها، GPU یکی از اجزای تراشه یا چیپست (SOC) محسوب می‌شود که در کنار CPU، حافظه رم، حافظه داخلی، مودم و ... اجزای آن را تشکیل می‌دهند. آغاز پیدایش آنچه امروز با نام GPU می‌شناسیم به اولین کارت گرافیک تجاری عرضه شده توسط کمپانی انویدیا یعنی Nvidia GeForce 256 باز می‌گردد. این کارت گرافیک برای اولین بار قابلیت‌‌هایی از قبیل گرافیک سه‌بعدی، انتقال و نوردهی را در یک محصول تجاری ارائه کرد. امروزه با رشد فناوری نمونه‌های حرفه‌ای کارت‌های گرافیک از پردازنده‌های گرافیکی پیشرفته و قدرتمندی برخوردارند که قادر به انجام محاسبات و رندرهای گرافیکی بسیار سنگین هستند. از مطرح‌ترین برندهای تولیدکننده GPU و کارت گرافیک برای رایانه می‌توان به انویدیا و ADM و از برترین تولیدکنندگان GPU برای موبایل و تبلت می‌توان به همان برندهای تولیدکننده CPU و چیپست SOC اشاره کرد. در ادامه این موضوع را بررسی می‌کنیم که CPU و GPU چه تفاوت هایی با هم دارند؟

تفاوت CPU و GPU در چیست؟

تفاوت CPU و GPU از نظر ساختار

با اینکه CPU و GPU هر دو پردازنده هستند و از میلیون‌ها ترانزیستور تشکیل شده‌اند اما از نظر ساختار و فناوری طراحی و تولید تفاوت‌های بسیاری نیز دارند. در حقیقت GPU نوعی پردازنده است که برای محاسبات گرافیکی بهینه شده است. یکی از مهمترین تفاوت‌های ساختاری میان CPU و GPU این است که اغلب CPU ها از تعداد هسته‌های محدود با فرکانس و سرعت پردازش بالا بهره می‌برند؛ اما GPU ها به نسبت از تعداد هسته‌های بیشتر با فرکانس و سرعت پردازش پایین‌تر استفاده می‌کند. به طور مثالCPU  مخصوص رایانه اینتل Core i9 از 18 هسته بهره می‌برد و در مقابل GPU کارت گرافیک Nvidia GTX 1080 به 2560 هسته مجهز شده است.

مشاهده لیست قیمت گوشی شیائومی در ایکالاتو

 CPUو GPU از نظر عملکرد چه تفاوت هایی با هم دارند؟

تفاوت ساختاری CPU و GPU که در بالا توضیح داده شد، باعث می‌شود تا  CPUها برای پردازش طیف وسیعی از محاسبات و انجام وظایف متنوع به صورت سریالی و پشت سر هم مناسب باشد. در مقابل  GPUها برای پردازش حجم زیادی از محاسبات خاص یعنی تصویر . گرافیک به صورت موازی و همزمان مناسب هستند. اگر بخواهیم مقایسه عملکرد سی پی یو و جی پی یو را در مثال بالا توضیح دهیم، پردازنده Core i9 اینتل به دلیل برخورداری از 18 هسته قادر است در هر لحظه و به طور همزمان 18 محاسبه را در هسته‌های خود پردازش کند. این محاسبات می‌تواند دامنه وسیعی از انواع محاسبات را شامل شود؛ اما GPU کارت گرافیک Nvidia GTX 1080 قادر است تا 2560 محاسبه را پردازش کند؛ هر چند این محاسبات محدود به محاسبات اختصاصی این پردازنده یعنی محاسبات گرافیکی محدود می‌شود که این پردازنده گرافیکی برای آن بهینه شده است. تشبیه جالبی برای توضیح این موضوع وجود دارد که CPU را به یک چاقوی چندکاره سوئیسی و GPU را به یک تبر تیز و برنده تشبیه می‌کند. CPU می‌تواند مانند یک چاقوی سوئیسی همه کاره درب قوطی کنسرو را باز کند، چیزی را ببرد، یک پیچ را سفت کند و حتی چاقوی آن می‌تواند یک شاخه کوچک را هم به سختی ببرد. اما GPU مانند یک تبر تیز تنها می‌تواند شاخ و برگ، چوب و یا حتی یک درخت را قطع کند؛ اما این وظیفه محدود را با قدرت و به بهترین شکل انجام می‌دهد.

تفاوت CPU و GPU از نظر کاربرد و موارد استفاده

کاربردهای پردازنده‌‌های مرکزی CPU در برابر GPU تقریباً شامل استفاده در هر دستگاه دیجیتالی می‌شود. رایانه‌، لپتاپ، گوشی موبایل، تبلت، لوازم هوشمند خانگی، تجهیزات اینترنت اشیاء، صنایع مختلف، رباتیک، خودرو، فضاپیماها و بسیاری موارد دیگر از جمله تجهیزات الکترونیکی هستند که از CPU استفاده می‌کنند. در مقابل استفاده از GPU دقیقاً در موارد محدودی محبوبیت و کاربرد دارد که CPU ها به خوبی قادر به انجام وظیفه در آن حوزه نیستند. مهمترین و اصلی‌ترین کاربرد GPU ها کارت‌های گرافیک و به طور کلی پردازش گرافیک و تصویر خروجی رایانه‌ها و همچنین محاسبات گرافیکی گوشی‌ها و تبلت‌هاست که شامل حوزه گیمینگ و بازی‌ای کامپیوتری نیز می گردد؛ هر چند به دلیل ویژگی‌های خاص پردازشی‌ GPU، پردازنده‌های گرافیکی در مصارف دیگری از قبیل استخراج رمزارزها، پردازش داده‌های بزرگ، یادگیری عمیق ماشینی و برخی امور دیگر به کار می‌رود.

مشاهده انواع محصولات در ایکالاتو: خرید گوشی ریلمی

جمع‌بندی

در حال حاضر به دلیل اینکه هر کدام از واحدهای پردازش مرکزی CPU و پردازش گرافیکی GPU برای مقاصد خاصی طراحی و عرضه می‌شوند، وجود هر دو پردازنده برای کارکرد صحیح و قدرتمند رایانه و یا گوشی و تبلت ضروری و لازم به نظر می‌رسد. همچنین پیش‌بینی می‌شود با رشد فناوری و ظهور  پردازنده‌های گرافیکی چندمنظوره این امکان وجود دارد نسل‌های جدیدی این نوع پردازنده‌های گرافیکی قادر به پردازش بهینه همه محاسبات گردیده و در آینده جای پردازنده‌های مرکزی را نیز بگیرند. ضمناً به علت وجود محدودیت‌هایی که در آینده برای ادامه روند استفاده از لیتوگرافی‌های کوچکتر در فرآیند ساخت تراشه‌ها و برخی مشکلات و مسائل موجود، محققان به دنبال جایگزین کردن روش‌های دیگر پردازش مانند کامپیوترهای کوانتومی و غیره هستند. حال برای آگاهی از آینده صنایع نیمه‌هادی و مهمتر از آن آینده پردازش‌های کامپیوتری باید تا تکمیل و عرضه تجاری روش‌ها و فناوری‌های جدیدتر منتظر بمانیم.