اغلب مردم تصور میکنند که فقط یک پردازنده در کامپیوترها وجود دارد و یک قطعه در میان کل قطعات وظیفه پردازش را بر عهده میگیرد که بهعنوان CPU هم شناخته میشود. اما چیزی که بسیاری از افراد نمیدانند، اهمیت GPU و کاربرد یا وظایف دقیق آن در سیستم است. GPU یا کارت گرافیک اگرچه یک قطعه ضروری برای اجرای سیستم عامل نیست، اما قطعاً وجود آن برای تسکهای پیچیدهتر گرافیکی کاربرد دارد، بهخصوص برای کسانی که کار گرافیک و بازیسازی انجام میدهند. در ادامه این محتوا تفاوت CPU و GPU را مورد بررسی قرار میدهیم و به زبانی ساده اما تخصصی، وظیفه هرکدام را در اجرای برنامهها بررسی میکنیم.
فهرست محتوا
پردازنده (CPU) چیست و چه کاربردی دارد؟
پردازنده مرکزی یا Central Processing Unit (CPU) همانطور که از نامش مشخص است هسته مرکزی سیستم بوده و وظیفه مدیریت یا بهکارگیری کل قطعات را برعهده دارد. پردازنده مرکزی تمام محاسبات و تسکها را انجام میدهد و سایر قطعات در کامپیوتر صرفاً جنبه ابزار کمکی دارند.
برای مثال RAMها فقط وظیفه نگهداری از پروسسها (Process) را دارند تا زمانی که CPU محاسبات و تسکهای فعلی را تمام کرده و بتواند به آنها بپردازد. یا حتی قطعهای مثل منبع تغذیه (Power Supply) که گاهی میتواند گرانتر از پردازنده هم باشد صرفاً وظیفه تأمین برق کل قطعات را داشته و نقش مستقیمی در پردازشها ندارد.
برخی از مهمترین زمینههای کاربرد پردازنده مرکزی عبارتند از:
- اجرای سیستم عامل و مدیریت آن
- مدیریت تسکها و برنامهریزی ترتیب انجام آنها
- کنترل و مدیریت حافظه اصلی سیستم (RAM)
- اجرای کدهای اصلی بازی، برنامه و نرمافزار
- پاسخ یا تصمیمگیری سریع
- ایجاد هماهنگی و کنترل بین قطعات، Driver و GPU
کارت گرافیک (GPU) چیست و چه کاربردی دارد؟
به زبان خیلی ساده و کاربردی قطعه کارت گرافیک یا Graphics Processing Unit (GPU) وظیفه رسیدگی به پردازشهای گرافیکی را دارد. GPU برای کارهای سنگینتر و حجیم ساخته شده که زمان زیادی از CPU میگیرند و استفاده از پردازنده مرکزی برای حل آنها منطقی نیست.
برخی از مهمترین زمینههای کاربرد کارت گرافیک عبارتند از:
- رندر گرافیک و بازی
- رندر تصاویر یا محتوای سه بعدی
- اعمال، تغییر یا مشاهده افکتهای گرافیکی مثل سایه، انعکاس نور و…
- استخراج انواع رمز ارز
- بهتر در یادگیری ماشین و هوش مصنوعی
- Decoding و Encoding ویدیو
- برنامههای مهندسی که نیاز به فضای گرافیکی سهبعدی دارند
تفاوت CPU و GPU؛ چرا در سیستمهای امروزی به هردو آنها نیاز داریم؟
تا اینجای مقاله احتمالاً حدسهایی درباره تفاوت این دو قطعه مهم در کامپیوتر زدید، با این حال هنوز بهصورت دقیق و تخصصی به مقایسه آنها نرسیدیم. همانطور که از توضیحاتی قبلی مشخص شد پردازنده مرکزی بیشتر ماهیت کنترلگر و محاسبهکننده دارد اما وظیفه کارت گرافیک شما درواقع چیز دیگری است. کارت گرافیک کارهای یکنواختی که نیاز به تصمیمگیری کمتری دارند را انجام میدهد.
در واقع کارت گرافیک از هستههای ساده اما بیشتر تشکیل شده تا طیفی از عملیاتهای سادهتر را بارها تکرار کند، تسکهایی که پیچیدگی مفهومی بالایی ندارند و تصمیمگیری در آنها کمتر مطرح است. درصورتی که CPU از تعداد هستههای کمتر اما بسیار قویتر بهرهمند بوده تا خاصیت کنترلگری داشته باشد و بتواند از پس محاسباتی که نیاز به تصمیمگیری دارند مثل دستورات if و else برآید.
بگذارید با یک مثال خیلی ساده تفاوت CPU و GPU را به راحتترین شکل ممکن شرح دهیم. در هر تیم فوتبال ما یک مربی داریم و 11 بازیکن که در لحظه در زمین بازی میکنند. مربی وظیفه چیدمان تاکتیک، نحوه عملکرد در شرایط مختلف و مدیریت شرایط بازیکنان را دارد، درحالی که بازیکنان هرکدام روی وظیفه خاص خودشان تمرکز میکنند و سعی میکنند بهترین نسخه خود باشند، مربی حواسش به همهچیز بوده و کنترل خیلی بهتری روی زمین دارد. در این مثال مربی همان CPU و همه بازیکنان زمین را میتوان یک GPU درنظر گرفت.
گلوگاه (Bottleneck)؛ جایی که یکی از قطعات، دیگری را ضعیف میکند!
گلوگاه یا به انگلیسی Bottleneck یکی از اصطلاحات رایج در دنیای سختافزار و کامپیوتر است که به تفاوت قدرت پردازشی CPU و GPU اشاره دارد. همانطور که گفتیم در در نهایت مدیر و برنامهریز سیستم همان CPU خواهد بود، بنابراین اگر کارت گرافیک توان همراه شدن و پابهپا آمدن با پردازنده مرکزی را نداشته باشد یا برعکس؛ در اینجا Bottleneck رخ میدهد.
فرض بگیرید کارت گرافیک تمام پردازشهایی که به آن سپرده شده را انجام داده اما برای اتمام تسک و نمایش خروجی باید منتظر CPU باشد تا کارش را تمام کند، چرا که پردازنده مرکزی کندتر است. در این شرایط کارت گرافیک شما رسماً در حال استفاده از تمام پتانسیل خودش نیست و معمولاً از 2 تا حتی 15 یا 20 درصد میتواند کاهش عملکرد واقعی و ملموس داشته باشد.
در این شرایط شما راهی بهجز ارتقا و هماهنگ کردن قطعات خودتان نخواهید داشت و باید با دانش کافی قطعهای را تهیه کنید که سازگار و هماهنگ با قدرت سایر قطعات باشد. همچنین وبسایتهای زیادی هستند که با جستوجوی عبارت ” Bottleneck Calculator” میتوانید وارد یکی از آنها شده و مقدار گلوگاه قطعات موردنظر را پیدا کنید.
مثال واقعی: RTX 5090 + Core i3 10100
نهتنها از نظر زمان عرضه و نسل هر محصول بلکه از نظر عملکرد و قدرت واقعی، این دو قطعه تفاوتهای خیلی زیادی با یکدیگر دارند. این دو قطعه درکنار هم اگر استفاده شوند حدود 25 درصد یا بیشتر Bottleneck خواهند داشت که یعنی حداقل 25 درصد از توان پردازشی کارت گرافیک شما بدون استفاده باقی خواهد ماند.
درصورتی که شما بهراحتی میتوانید کمی از بودجه کارت گرافیک را به پردازنده مرکزی اختصاص دهد و با جبران این گلوگاه عملکرد کامپیوتر خود را چندین برابر کنید. با همان بودجه انتخابی که در ادامه مثال میزنیم کاملاً منطقیتر است.
برای مثال تهیه Core i7 14700K در کنار کارت گرافیک RTX 5080 یا حتی RTX 5070 با بودجهای تقریباً مشابه امکان پذیر است اما گلوگاه آن حدود 0 درصد خواهد بود. چرا که پردازنده مرکزی بسیار قویتر بوده و تماماً قدرت همراهی با کارت گرافیک را دارد.
سخن پایانی
تفاوت CPU و GPU یک اصل مهم و پایه در علوم کامپیوتر است که اگر علاقهمند این حوزه هستید قطعاً باید درباره این موضوع بدانید. به یاد داشته باشید که وجود هر دوی این قطعات در کامپیوترها مفید خواهد بود و اگرچه سیستمعامل بدون کارت گرافیک هم اجرا میشود، اما تهیه یک کارت گرافیک همرده با پردازنده مرکزی میتواند بار سنگینی را از دوش CPU برداشته و علاوه بر عملکرد بهتر سیستم، استهلاک آن را کمتر کرده و دوام قطعات را افزایش دهد.
سوالات متداول
چطور کارت گرافیک سنگینی زیادی را از دوش پردازنده بر میدارد؟
برای این موضوع میتوانید مثال فوتبال را به یاد آورید، مربی هم میتواند وارد زمین شود و بهتنهایی فوتبال بازی کند، اما با حضور 11 بازیکن (کارت گرافیک) او فقط کنار میایستد تا هماهنگیها و استراتژی را تعیین کند.
چطور یک کامپیوتر بدون GPU کار میکند؟
CPU در خود واحدهای گرافیکی (IGPU) دارد که برای کارهای خیلی ساده هستند. با این حال اگر آخر نام پردازنده شما حرف f وجود دارد آن CPU برای صرفهجویی اقتصادی واحد گرافیکی نداشته و بدون GPU کامپیوتر را روشن نمیکند.
تفاوت CPU و GPU در ساختار سختافزاری چیست؟
مهمترین تفاوت این دو قطعه در تعداد هستهها است. CPU معمولاً کمتر از 32 هسته دارد که قدرتمند هستند اما GPU میتواند تا هزاران هسته کوچک داشته باشد. همچنین حافظه کش در پردازنده مرکزی خیلی سریعتر و پیچیدهتر است.
