الفرق بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات CPU vs GPU

كيف تعمل وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات معًا؟

تعمل وحدة المعالجة المركزية (CPU – central processing unit) مع وحدة معالجة الرسومات (graphics processing unit)، لزيادة إنتاجية البيانات وعدد العمليات الحسابية المتزامنة داخل التطبيق، تمّ تصميم وحدات معالجة الرسومات في الأصل لإنشاء صور لرسومات الكمبيوتر ووحدات تحكم ألعاب الفيديو، ولكن منذ أوائل عام (2010)، يمكن أيضًا استخدام وحدات معالجة الرسومات لتسريع العمليات الحسابية التي تتضمن كميات هائلة من البيانات.

لا يمكن أبدًا استبدال وحدة المعالجة المركزية بالكامل بوحدة معالجة الرسومات، تكمل وحدة معالجة الرسومات بنية وحدة المعالجة المركزية من خلال السماح بتشغيل العمليات الحسابية المتكررة داخل أحد التطبيقات بالتوازي، بينما يستمر البرنامج الرئيسي في العمل على وحدة المعالجة المركزية.

يمكن اعتبار وحدة المعالجة المركزية (CPU) بمثابة مدير المهام للنظام بأكمله، حيث تقوم بتنسيق مجموعة واسعة من مهام الحوسبة ذات الأغراض العامة، مع قيام وحدة معالجة الرسومات (GPU) بأداء مجموعة أضيق من المهام الأكثر تخصصًا “عادةً ما تكون رياضية”، باستخدام قوة التوازي، يمكن لوحدة معالجة الرسومات إكمال المزيد من العمل في نفس الوقت مقارنة بوحدة المعالجة المركزية.

الفرق بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات – CPU vs GPU:

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين بنية وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU)، في أنّ وحدة المعالجة المركزية مصممة للتعامل مع مجموعة واسعة من المهام بسرعة “كما تمّ قياسها بواسطة سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية”، ولكنّها محدودة في تزامن المهام التي يمكن تشغيلها، تمّ تصميم وحدة معالجة الرسومات لتقديم صور عالية الدقة ومقاطع فيديو بشكل متزامن.

نظرًا لأنّ وحدات معالجة الرسومات يمكنها إجراء عمليات متوازية على مجموعات متعددة من البيانات، فإنّها تُستخدم أيضًا بشكل شائع للمهام غير الرسومية مثل التعلم الآلي والحساب العلمي، تمّ تصميم وحدات معالجة الرسومات (GPU) بحيث تعمل الآلاف من نوى المعالجات في وقت واحد، ممّا يتيح توازيًا هائلاً حيث يركز كل نواة على إجراء عمليات حسابية فعّالة.

الفرق بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات من حيث معالجة البيانات:

بينما يمكن لوحدات معالجة الرسومات معالجة البيانات بعدة أوامر من حيث الحجم أسرع من وحدة المعالجة المركزية بسبب التوازي الهائل، فإنّ وحدات معالجة الرسومات ليست متعددة الاستخدامات مثل وحدات المعالجة المركزية، تحتوي وحدات المعالجة المركزية (CPU) على مجموعات تعليمات كبيرة وواسعة، تدير كل مدخلات ومخرجات للكمبيوتر، وهو ما لا تستطيع وحدة معالجة الرسومات القيام به.

في بيئة الخادم (server environment)، قد يكون هناك (24) إلى (48) مركزًا سريعًا جدًا لوحدة المعالجة المركزية، يمكن أن توفر إضافة (4) إلى (8) وحدات معالجة رسومات (GPU) لهذا الخادم نفسه ما يصل إلى (40000) نواة إضافية، في حين أنّ نوى وحدة المعالجة المركزية الفردية أسرع “كما تمّ قياسها بواسطة سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية”، وأكثر ذكاءً من نوى وحدة معالجة الرسومات الفردية “كما تمّ قياسها بواسطة مجموعات التعليمات المتاحة”.

فإنّ العدد الهائل من نوى وحدة معالجة الرسومات والكم الهائل من التوازي التي توفرها أكثر من مجرد تكوين واحد، فرق سرعة الساعة للنوى ومجموعات التعليمات المحدودة، تعد وحدات معالجة الرسومات هي الأنسب لمهام الحوسبة المتكررة والمتوازية للغاية، بالإضافة إلى عرض الفيديو، تتفوق وحدات معالجة الرسومات في التعلم الآلي والمحاكاة المالية ونمذجة المخاطر والعديد من أنواع الحسابات العلمية الأخرى.

بينما في السنوات الماضية، تمّ استخدام وحدات معالجة الرسومات لتعدين العملات المشفرة مثل (Bitcoin) أو (Ethereum)، لم تعد وحدات معالجة الرسومات تستخدم بشكل عام على نطاق واسع، ممّا أفسح المجال للأجهزة المتخصصة مثل مصفوفات الشبكة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA) ثمّ الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC).

أمثلة على الحوسبة من وحدة المعالجة المركزية إلى وحدة معالجة الرسومات:

• فيديو عرض وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات (CPU and GPU rendering video): تساعد بطاقة الرسومات في تحويل الفيديو من تنسيق رسومات إلى تنسيق آخر بشكل أسرع من الاعتماد على وحدة المعالجة المركزية.

• تسريع البيانات (Accelerating data): تتمتع وحدة معالجة الرسومات بقدرة حسابية متقدمة تعمل على تسريع كمية البيانات التي يمكن لوحدة المعالجة المركزية معالجتها في فترة زمنية معينة، عندما تكون هناك برامج متخصصة تتطلب حسابات رياضية معقدة، مثل التعلم العميق أو التعلم الآلي، يمكن إلغاء هذه الحسابات بواسطة وحدة معالجة الرسومات، هذا يحرر الوقت والموارد لوحدة المعالجة المركزية لإكمال المهام الأخرى بشكل أكثر كفاءة.

• تعدين العملات المشفرة (Cryptocurrency mining): يشمل الحصول على عملات افتراضية مثل (Bitcoin) استخدام جهاز كمبيوتر كمرحل لمعالجة المعاملات، بينما يمكن لوحدة المعالجة المركزية التعامل مع هذه المهمة، يمكن أن تساعد وحدة معالجة الرسومات الموجودة على بطاقة الرسومات الكمبيوتر في إنشاء العملة بشكل أسرع.

جدول المقارنة بين وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات: