Что такое графический процессор. Центральный и графический процессор. Отличие CPU и GPU

А вы знаете, как выбрать для работы приложения или игры более предпочтительный графический процессор из двух имеющихся вариантов? Если нет, то владельцам ноутбуков предлагаю ознакомиться с этой статьей.

На сегодняшний день даже средний по стоимости и производительности ноутбук поставляется с двумя видеокартами. Первая, работающая по умолчанию — это встроенная, вторая — дискретная. Дополнительным графическим процессором в основном комплектуются игровые модели ноутбуков, но не редкость найти его и на неигровой установке.

Из встроенных выбор невелик и обычно это чип от Intel, а вот дискретные могут быть как и от Nvidia, так и от AMD. Это самые распространённые и поверенные пользователями в работе продукты. И производители, в первую очередь, стараются комплектовать устройства исходя из наших с вами предпочтений.

Теперь кратко рассмотрим сам процесс взаимодействия двух видеокарт. Когда требования какого-либо работающего приложения превышают возможности встроенной карты, ваша система автоматически переключается на работу с дискретной. Это происходит, в основном, когда вы начинаете играть в игры.

Как уже упоминалось выше, на рынке ПК первенство держат два основных производителя графических процессоров. Стоит отметить, что наиболее широко применяемый Nvidia, использует относительно новую технологию «Optimus». Её функциональность заключается в том, что всякий раз, когда она обнаруживает, что программа или игра нуждается в дополнительных, более мощных ресурсах, автоматически задействуется выделенный GPU.

А сейчас я покажу вам, как можно легко заставить приложение использовать высокопроизводительный или интегрированный GPU на выбор пользователя. Сегодня это будет продемонстрировано только с NVIDIA и Intel.

ГРАФИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССОР

Откройте Панель управления NVIDIA. Самый простой и быстрый способ — это кликнуть правой кнопкой мыши на соответствующем значке, размещенном на Панели задач в нижнем правом углу. Перейдите в меню «Рабочий стол» и установите отметку напротив пункта «Добавить пункт в контекстное меню».

Теперь, после этих простых действий, вы сможете нажать правой кнопкой мыши на ярлыке любого приложения и, в появившемся пункте меню, выбрать один из двух вариантов запуска.

ПОСТОЯННЫЙ ЗАПУСК

А если вы решили постоянно только с использованием дискретной видеокарты, то необходимо в Панели управления перейти в раздел «Управление параметрами 3D», выбрать вкладку «Программные настройки» и установить в п.1 необходимую игру или программу, а в п.2 выбрать нужную видеокарту, после чего нажать на кнопку «Применить».

Вот и все! Посетите и ознакомьтесь со всеми имеющимися компьютерными советами. Станьте участником нашей группы в FB, где сможете получить помощь, а также участвовать в обсуждениях или публиковать свою точку зрения.

Встроенный графический процессор как для геймеров, так и для нетребовательных пользователей играет важную роль.

От него зависит качество игр, фильмов, просмотра видео в интернете и изображений.

Принцип работы

Графический процессор интегрируется в материнскую плату компьютера - так выглядит встроенный графический .

Как правило, используют его, чтобы убрать необходимость установки графического адаптера - .

Такая технология помогает снизить себестоимость готового продукта. Кроме того, благодаря компактности и нетребовательного энергопотребления таких процессоров их часто устанавливают в ноутбуки и маломощные настольные компьютеры.

Таким образом, встроенные графические процессоры заполонили эту нишу настолько, что 90% ноутбуков на полках магазинов США имеют именно такой процессор.

Вместо обычной видеокарты во встроенных графиках часто вспомогательным средством служит сама оперативная память компьютера.

Правда, такое решение несколько ограничивает производительность девайса. Всё же сам компьютер и графический процессор используют одну шину для памяти.

Так что подобное “соседство” сказывается на выполнении задач, особенно при работе со сложной графикой и во время игрового процесса.

Виды

Встроенная графика имеет три группы:

1. Графика с разделяемой памятью - устройство, в основе которого совместное с главным процессором управление оперативной памятью. Это значительно уменьшает стоимость, улучшает систему энергосбережения, однако ухудшает производительность. Соответственно, для тех, кто работает со сложными программами, встроенные графические процессоры такого вида с большей вероятностью не подойдут.
2. Дискретная графика - видеочип и один-два модуля видеопамяти распаяны на системной плате. Благодаря этой технологии существенно улучшается качество изображения, а также становится возможным работать с трехмерной графикой с наилучшими результатами. Правда, заплатить за это придется немало, а если вы и подыскиваете высокомощный процессор по всем параметрам, то стоимость может быть неимоверно высокой. К тому же, счет за электричество несколько вырастет - энергопотребление дискретных графических процессоров выше обычного.
3. Гибридная дискретная графика - сочетание двух предыдущих видов, что обеспечило создание шины PCI Express. Таким образом, доступ к памяти осуществляется и через распаянную видеопамять, и через оперативную. С помощью этого решения производители хотели создать компромиссное решение, но оно все же не нивелирует недостатки.

Производители

Занимаются изготовлением и разработкой встроенных графических процессоров, как правило, крупные компании - , и , но подключаются к этой сфере и многие небольшие предприятия.

Сделать это несложно. Найдите надпись Primary Display или Init Display First. Если не видите что-то такое, поищите Onboard, PCI, AGP или PCI-E (всё зависит от установленных шин на материнку).

Выбрав PCI-E, к примеру, вы включаете видеокарту PCI-Express, а встроенную интегрированную отключаете.

Таким образом, чтобы включить интегрированную видеокарту нужно найти соответствующие параметры в биосе. Часто процесс включения автоматический.

Отключить

Отключение лучше проводить в БИОСе. Это самый простой и незатейливый вариант, подходящий для практически всех ПК. Исключением являются разве что некоторые ноутбуки.

Снова же найдите в БИОС Peripherals или Integrated Peripherals, если вы работаете на десктопе.

Для ноутбуков название функции другое, причем и не везде одинаковое. Так что просто найдите что-то относящиеся к графике. К примеру, нужные опции могут быть размещены в разделах Advanced и Config.

Отключение тоже проводится по-разному. Иногда хватает просто щелкнуть “Disabled” и выставить PCI-E видеокарту первой в списке.

Если вы пользователь ноутбука, не пугайтесь, если не можете найти подходящий вариант, у вас априори может не быть такой функции. Для всех остальных устройств же правила простые - как бы не выглядел сам БИОС, начинка та же.

Если вы имеете две видеокарты и они обе показаны в диспетчере устройств, то дело совсем простое: кликнете на одну из них правой стороной мышки и выберите “отключить”. Правда, учитывайте, что дисплей может потухнуть. У , скорее всего, так и будет.

Однако и это решаемая проблема. Достаточно перезагрузить компьютер или же по .

Все последующие настройки проведите на нем. Если не работает данный способ, сделайте откат своих действий с помощью безопасного режима. Также можете прибегнуть и к предыдущему способу - через БИОС.

Две программы - NVIDIA Control Center и Catalyst Control Center - настраивают использование определенного видеоадаптера.

Они наиболее неприхотливы по сравнению с двумя другими способами - экран вряд ли выключится, через БИОС вы тоже случайно не собьете настройки.

Для NVIDIA все настройки находятся в разделе 3D.

Выбрать предпочитаемый видеоадаптер можно и для всей операционной системы, и для определенных программ и игр.

В ПО Catalyst идентичная функция расположена в опции «Питание» в подпункте “Switchable Graphics”.

Таким образом, переключиться между графическими процессорами не составляет особого труда.

Есть разные методы, в частности, и через программы, и через БИОС, Включение или выключение той или иной интегрированной графики может сопутствоваться некоторыми сбоями, связанных преимущественно с изображением.

Может погаснуть или просто появиться искажения. На сами файлы в компьютере ничего не должно повлиять, разве что вы что-то наклацали в БИОСе.

Заключение

В итоге, встроенные графические процессоры пользуются спросом за счет своей дешевизны и компактности.

За это же придется платить уровнем производительности самого компьютера.

В некоторых случая интегрированная графика просто необходима - дискретные процессоры идеальны для работы с трехмерными изображениями.

К тому же, лидеры отрасли - Intel, AMD и Nvidia. Каждый из них предлагает свои графические ускорители, процессоры и другие составляющие.

Последние популярные модели - Intel HD Graphics 530 и AMD A10-7850K. Они довольно функциональны, но имеют некоторые огрехи. В частности, это относится к мощности, производительности и стоимости готового продукта.

Включить или отключить графический процессор со встроенным ядром можно или же самостоятельно через БИОС, утилиты и разного рода программы, но и сам компьютер вполне может сделать это за вас. Всё зависит от того, какая видеокарта подключена к самому монитору.

Все мы знаем, что у видеокарты и процессора несколько различные задачи, однако знаете ли вы, чем они отличаются друг от друга во внутренней структуре? Как CPU (англ. - central processing unit ), так и GPU (англ. - graphics processing unit ) являются процессорами, и между ними есть много общего, однако сконструированы они были для выполнения различных задач. Подробнее об этом вы узнаете из данной статьи.

CPU

Основная задача CPU, если говорить простыми словами, это выполнение цепочки инструкций за максимально короткое время. CPU спроектирован таким образом, чтобы выполнять несколько таких цепочек одновременно или разбивать один поток инструкций на несколько и, после выполнения их по отдельности, сливать их снова в одну, в правильном порядке. Каждая инструкция в потоке зависит от следующих за ней, и именно поэтому в CPU так мало исполнительных блоков, а весь упор делается на скорость выполнения и уменьшение простоев, что достигается при помощи кэш-памяти и конвейера .

GPU

Основная функция GPU - рендеринг 3D графики и визуальных эффектов, следовательно, в нем все немного проще: ему необходимо получить на входе полигоны, а после проведения над ними необходимых математических и логических операций, на выходе выдать координаты пикселей. По сути, работа GPU сводится к оперированию над огромным количеством независимых между собой задач, следовательно, он содержит большой объем памяти, но не такой быстрой, как в CPU, и огромное количество исполнительных блоков: в современных GPU их 2048 и более, в то время как у CPU их количество может достигать 48, но чаще всего их количество лежит в диапазоне 2-8.

Основные отличия

CPU отличается от GPU в первую очередь способами доступа к памяти. В GPU он связанный и легко предсказуемый - если из памяти читается тексел текстуры, то через некоторое время настанет очередь и соседних текселов. С записью похожая ситуация - пиксель записывается во фреймбуфер, и через несколько тактов будет записываться расположенный рядом с ним. Также графическому процессору, в отличие от универсальных процессоров, просто не нужна кэш-память большого размера, а для текстур требуются лишь 128–256 килобайт. Кроме того, на видеокартах применяется более быстрая память, и в результате GPU доступна в разы большая пропускная способность, что также весьма важно для параллельных расчетов, оперирующих с огромными потоками данных.

Есть множество различий и в поддержке многопоточности: CPU исполняет 1– 2 потока вычислений на одно процессорное ядро, а GPU может поддерживать несколько тысяч потоков на каждый мультипроцессор, которых в чипе несколько штук! И если переключение с одного потока на другой для CPU стоит сотни тактов, то GPU переключает несколько потоков за один такт.

В CPU большая часть площади чипа занята под буферы команд, аппаратное предсказание ветвления и огромные объемы кэш-памяти, а в GPU большая часть площади занята исполнительными блоками. Вышеописанное устройство схематично изображено ниже:

Разница в скорости вычислений

Если CPU - это своего рода «начальник», принимающий решения в соответствии с указаниями программы, то GPU - это «рабочий», который производит огромное количество однотипных вычислений. Выходит, что если подавать на GPU независимые простейшие математические задачи, то он справится значительно быстрее, чем центральный процессор. Данным отличием успешно пользуются майнеры биткоинов.

Майнинг Bitcoin

Суть майнинга заключается в том, что компьютеры, находящиеся в разных точках Земли, решают математические задачи, в результате которых создаются биткоины . Все биткоин-переводы по цепочке передаются майнерам, чья работа состоит в том, чтобы подобрать из миллионов комбинаций один-единственный хэш, подходящий ко всем новым транзакциям и секретному ключу, который и обеспечит майнеру получение награды в 25 биткоинов за раз. Так как скорость вычисления напрямую зависит от количества исполнительных блоков, получается, что GPU значительно лучше подходят для выполнения данного типа задачи, нежели CPU. Чем больше количество произведенных вычислений, тем выше шанс получить биткоины. Дело даже дошло до сооружения целых ферм из видеокарт.

Графический процессор (GPU) является не менее важным компонентом SoC мобильного устройства, чем (CPU). За последние пять лет бурное развитие мобильных платформ Android и iOS подстегнуло разработчиков мобильных графических процессоров, и сегодня никого не удивить мобильными играми с трехмерной графикой уровня PlayStation 2 или даже выше. Вторую статью цикла “Ликбез по мобильному железу” я посвятил графическим процессорам.

В настоящее время бОльшую часть графических чипов производят используя ядра: PowerVR (Imagination Technologies), Mali (ARM), Adreno (Qualcomm, ранее ATI Imageon) и GeForce ULP (nVIDIA).

PowerVR – это подразделение компании Imagination Technologies, которая в недавнем прошлом разрабатывала графику для настольных систем, но под давлением ATI и nVIDIA вынуждена была покинуть этот рынок. Сегодня PowerVR разрабатывает, пожалуй, самые мощные GPU для мобильных устройств. Чипы PowerVR используют при производстве процессоров такие компании, как Samsung, Apple, Texas Instruments и др. Например, разные ревизии GPU от PowerVR установлены во всех поколениях Apple iPhone. Актуальными остаются серии чипов 5 и 5XT. К пятой серии относятся одноядерные чипы: SGX520, SGX530, SGX531, SGX535, SGX540 и SGX545. Чипы серии 5XT могут иметь от 1 до 16 ядер: SGX543, SGX544, SGX554. Спецификации 6 серии (Rogue) пока уточняются, но уже известен диапазон производительности чипов серии – 100-1000GFLOPS.

Mali – это графические процессоры, разрабатываемые и лицензируемые британской ARM. Чипы Mali являются составной частью различных SoC, производимых Samsung, ST-Ericsson, Rockchip и др. Например, Mali-400 MP входит в состав SoC Samsung Exynos 421x, используемых в таких смартфонах, как Samsung Galaxy SII и SIII, в двух поколениях “смартфонпланшетмаша?” Samsung Note. Актуальным на сегодня является Mali-400 MP в двух- и четырехядерных вариантах. На подходе чипы Mali-T604 и Mali-T658, производительность которых до 5 раз выше, чем у Mali-400.

Adreno – это графические чипы, которые разрабатывает одноименное подразделение американской Qualcomm. Название Adreno является анаграммой от Radeon. До Qualcomm подразделение принадлежало ATI, а чипы носили название Imageon. Последние несколько лет Qualcomm при производстве SoC использовала чипы 2xx серии: Adreno 200, Adreno 205, Adreno 220, Adreno 225. Последний из списка – совсем свежий чип – выполненный по 28нм технологии, самый мощный из Adreno 2хх серии. Его производительность в 6 раз выше, чем у “старичка” Adreno 200. В 2013 году все больше устройств получат графические процессоры Adreno 305 и Adreno 320. Уже сейчас 320-ый установлен в Nexus 4 и китайскую версию Nokia Lumia 920T, по некоторым параметрам чип в 2 раза мощнее 225-го.

GeForce ULP (ultra-low power) – мобильная версия видео-чипа от nVIDIA, входит в состав системы-на-кристалле Tegra всех поколений. Одним из важнейших конкурентных преимуществ Tegra является специализированный контент, предназначенный только для устройств на основе этой SoC. У nVIDIA традиционно тесная связь с разработчиками игр, и их команда Content Development работает вместе с ними для того, чтобы оптимизировать игры для графических решений GeForce. Для доступа к таким играм nVIDIA даже запустила Android-приложение Tegra Zone, специализированный аналог Android Market, в котором можно скачать оптимизированные для Tegra приложения.

Производительность графических процессоров обычно измеряется по трем параметрам:

– количество треугольников в секунду обычно в миллионах – Мега (MTriangles/s);

– количество пикселей в секунду обычно в миллионах – Мега (MPixel/s);

– количество операций с плавающей точкой в секунду обычно в миллиардах – Гига (GFLOPS).

По “флопсам” требуется небольшое пояснение. FLOPS (FLoating-point Operations Per Second) – это количество вычислительных операций или инструкций, выполняемых над операндами с плавающей точкой (запятой) в секунду. Операнд с плавающей точкой – это нецелое число (корректней было бы сказать “с плавающей запятой”, ведь знаком, отделяющим целую часть числа от дробной в русском языке является именно запятая). Понять какой графический процессор установлен в твоем смартфоне поможет ctrl+F и таблица приведенная ниже. Обратите внимание на то, что GPU разных смартфонов работают на разной частоте. Что бы вычислить производительность в GFLOPS для конкретной модели необходимо число указанное в столбце “производительность в GFLOPS” разделить на 200 и умножить на частоту отдельно взятого GPU (например в Galaxy SIII GPU работает на частоте 533МГц значит 7,2 / 200 * 533 = 19,188):

* – данные приблизительные.

Приведу еще одну таблицу с абсолютными значениями производительности самых популярных смартфонов верхнего ценового диапозона:

* – неофициальные данные.

Мощность мобильной графики растет от года к году. Уже в этом году в топовых смартфонах мы можем увидеть игры уровня PS3/X-Box360. Одновременно с мощностью сильно растет энергопотребление SoC и неприлично снижается автономность мобильных устройств. Что ж, будем ждать прорыва в области производства источников питания!

Еще один пожиратель энергии в современном мобильном устройстве – это, безусловно, дисплей. Экраны в мобильных телефонах становятся все краше. Дисплеи смартфонов выпущенных с разницей всего лишь в год, разительно отличаются по качеству картинки. В следующей статье цикла я расскажу о дисплеях: каких типов они бывают, что такое PPI, от чего зависит энергопотребление и прочее.