Was ist der Unterschied zwischen CPUs und GPUs?

In Computern gibt es zwei verschiedene Prozessoren, eine CPU und eine GPU. Eine CPU oder Central Processing Unit ist der Hauptkern eines Computers, sie verarbeitet die überwiegende Mehrheit der Daten, die zum Betrieb des Computers benötigt werden. Eine GPU oder Graphics Processing Unit ist ein sekundärer Prozessor, der hauptsächlich für die Grafikverarbeitung verwendet wird.

CPU-Design

Eine CPU ist mit einer relativ geringen Anzahl von Prozessorkernen ausgelegt, wobei der Fokus auf einer seriellen Verarbeitung mit geringer Latenz liegt. Das bedeutet, dass CPUs darauf ausgelegt sind, eine Reihe von Aufgaben so schnell wie möglich auszuführen. Das Aufkommen von Multi-Core-CPUs hat es ihnen ermöglicht, mehrere Operationen gleichzeitig auszuführen, wo die Arbeitslast es zulässt.

Im Fall einer Multi-Core-CPU können Anwendungen davon profitieren, dass mehrere Schritte für ihre Logik gleichzeitig ausgeführt werden. Dies kann eine Verdoppelung oder mehr der Verarbeitungsgeschwindigkeit liefern, je nachdem, wie viele Kerne die Programmlogik alle nutzen kann

In vielen Fällen muss die Logik eines einzelnen Prozesses der Reihe nach abgeschlossen werden und kann nicht über mehrere CPU-Kerne parallelisiert werden. In diesem Fall ist immer noch eine Geschwindigkeitssteigerung über eine Single-Core-CPU zu sehen, da das Programm einen dedizierten Verarbeitungskern haben kann, anstatt die Ressource mit dem Rest des Systems teilen zu müssen.

GPU-Design

Eine GPU ist mit einer viel größeren Kernzahl ausgelegt und arbeitet normalerweise mit niedrigeren Geschwindigkeiten, hauptsächlich aus Gründen des Wärmemanagements. Die große Anzahl an Prozessorkernen ist darauf zurückzuführen, dass GPUs für parallele Verarbeitung und sehr hohen Durchsatz optimiert sind.

GPUs werden typischerweise zum Rendern von Grafiken verwendet, insbesondere in Videospielen. In diesem Szenario muss eine GPU eine ganze Szene mehrmals pro Sekunde rendern, damit das Erlebnis funktioniert. Die zur Verarbeitung einzelner Grafikelemente erforderliche Rechenleistung ist relativ gering, jedoch müssen pro Frame Tausende von Prozessen und dann Dutzende von Frames pro Sekunde ausgeführt werden.

CPUs und GPUs in Computern

Alle Computer verfügen über eine Form von GPU, da diese benötigt wird, um alles auf dem Bildschirm anzuzeigen. In Budget- und einigen Mid-Tier-Systemen wird diese Aufgabe im Allgemeinen von einem integrierten Grafikchip mit relativ geringer Leistung ausgeführt. Dieser Chip ist in die CPU integriert, verwendet jedoch seine eigenen Prozessorkerne, um Grafik-Workloads auszuführen.

Bei Computern mit höherer Leistung, insbesondere solchen, die für Grafikworkloads ausgelegt sind, ist der GPU-Prozessor auf eine separate Grafikkarte aufgeteilt. In dieser Konfiguration ist mehr Platz für weitere Kerne und andere Komponenten. Darüber hinaus ermöglicht die Trennung der beiden primären Wärmequellen, dass beide besser gekühlt werden, was die Geschwindigkeit weiter erhöht.

Diskrete GPUs können auch für andere Aufgaben als die Grafikverarbeitung verwendet werden, da bestimmte Workloads auch für den hohen Durchsatz und die Parallelität einer GPU geeignet sind. Maschinelles Lernen und einige wissenschaftliche Workloads werden beispielsweise häufig auf GPUs ausgeführt.