CPUとGPUの説明：ゲーム用GPUの究極のガイド
あなたはおそらくあなたのコンピュータがCPUとGPUの両方を持っていることを知っていて、CPUとGPUの違いを疑問に思っています！
CPU（中央処理装置）は、マシンのすべての計算機能を処理するコンピューターコンポーネントです。一方、GPU（グラフィックスプロセッシングユニット）はほとんどのグラフィックス作業を行います。
また、CPUとGPUがどのように連携し、相違点と類似点があるのか疑問に思われるかもしれません。さて、特にゲームのコンテキストで、CPUとGPUを比較してみましょう。
投稿トピックを閲覧する
- CPUとGPU：CPUとは何ですか？それは何をしますか？
- CPUとGPU：GPUとは何ですか？それは何をしますか？
- CPUとGPU：コンピューターに両方が必要な理由
- ゲーム用CPUとGPU
- CPUとGPU：ゲーム用のCPUとGPUを選択する方法
CPUとGPU：CPUとは何ですか？それは何をしますか？
CPUはコンピューターの頭脳です。コマンド、命令、プロセスなど、すべてのデータリクエストの解釈と実行を担当します。
CPUは、コンピューターシステム内のすべてのコンポーネントの情報を計算し、データを処理します。 CPUは命令を計算し、RAM、ディスク、グラフィックカード、モニター、ネットワークアダプターなどを管理します。
さらに、CPUはキーボードやモニターなどの入出力デバイスを制御します。
すでに述べたように、CPUは一般的な行列を処理しますが、グラフィックス処理はあまり得意ではありません。これが、コンピューター設計者がハイエンドゲームシステム用のGPUまたはビデオカードを作成した理由です。
場合によっては、GPUがCPUに統合され、コンピューターのメモリをCPUと共有します。ただし、前の段落で示唆したように、ハイエンドのゲームシステムには、専用のVRAM（ビデオRAM）を備えた別のGPUが必要です。
CPUのパフォーマンスを判断する1つの方法は、1秒あたりに処理できる命令の数であるクロック速度によるものです。
CPUは、多くの場合、1秒あたりに処理できる命令の数であるクロック速度によって測定されます。
CPUは、デスクトップ、ラップトップ、およびタブレットコンピューターに搭載されています。また、スマートフォンやタブレットなどのモバイルデバイスにも見られます。
さらに、CPUは多くのメーカーから提供されており、最も人気のあるのはIntelとAMDです。最後に、CPUにはx86またはx64の2つのカテゴリがあります。 x64プロセッサはx86CPUよりも強力です。
CPUのしくみ
CPUとGPUを比較するために、CPUがどのように機能するかを知っておくと役立つ場合があります。
CPUには、コンピュータのメモリと通信するマイクロプロセッサが搭載されています。これにより、より効率的なデータ処理と情報管理が可能になります。
CPUがメモリからの情報を必要とする場合、CPUレジスタと呼ばれるアドレスを送信します。 CPUは、メモリ内のそのアドレスにあるデータをCPUレジスタに送信し、その場で処理します。
CPUレジスタは、コンピュータシステム内で見つかった最速のストレージデバイスです。これらは、クロックサイクルごとに1つの論理演算（加算や乗算など）のみを実行できます。
理想的には、メモリは要求された情報をディスクからフェッチせずにCPUに送信する必要があります。ただし、コンピュータのメモリがCPUが要求する速度でデータを保持するのに十分でない場合、メモリはディスクから直接データをフェッチします。
ディスクストレージはコンピュータのメモリよりもはるかに遅いため、これにより処理が遅くなります。
CPUコアの説明
CPUとGPUをさらに比較するために、このセクションではCPUコアについて説明します。
CPUコアは、CPU内の物理プロセッサです。シングルコアCPUには1つのCPUコアしかありませんが、デュアルコアCPUには2つなどがあります。
CPUは複数のコアを持つことができます。後でわかるように、GPUにはCPUよりもはるかに多くのコアがあります。
CPUに複数のプロセッサコアを搭載することの利点は、コアが命令を並列に実行してパフォーマンスを向上させることです。
複数のコアが並列に命令を実行することにより、タスクをより短い時間で完了することができます。 CPUコアはグループ化されています。
さらに、RAMやキャッシュメモリなどのCPUリソースを共有するため、少ない手順でタスクをより迅速に処理できます。
CPUとGPU：GPUとは何ですか？それは何をしますか？
CPUとその動作について少し理解したところで、CPUとGPUをさらに比較するために、このセクションではGPUとその動作について説明します。
GPUは、グラフィックス関連の計算に特化したプロセッサです。
グラフィックカードは、コンピュータゲームの処理を高速化するように設計されています。さらに、GPUは、CPUよりも優れたパフォーマンスでよりリアルで複雑な画像を提供するための設備が整っています。
ゲーマーの場合は、ゲーム画像を遅れることなくリアルタイムでレンダリングする必要があります。強力なグラフィックスプロセッシングユニットを使用すると、これが可能になります。
このガイドのCPUセクションで述べたように、CPUは一般的な行列を処理しますが、グラフィックス処理には適していません。これが、ハイエンドゲームシステム用にGPUまたはビデオカードが作成された理由です。
このため、グラフィックカードには独自のCPU、RAM、およびメモリ（VRAM）が付属しています。 GPUはこれらのデバイスを排他的に使用します。
メーカーは、統合型またはディスクリート型の2つの主要なタイプのGPUを製造しています。統合GPU（オンダイGPUとも呼ばれます）は、CPUに組み込まれているGPUです。統合されたGPUは、コンピューターのメモリをCPUと共有します。
統合GPUの良い例はIntelHD Graphics 400です。ご想像のとおり、統合GPUはスタンドアロン（またはディスクリート）グラフィックカードよりも低速です。
ただし、統合GPUの利点の1つは、電力効率が向上し、特にモバイルデバイスのバッテリー寿命が長くなることです。ラップトップでも、統合GPUは専用GPUよりもバッテリーの消費量が少なくなります。
これは、ゲーミングノートパソコンのバッテリー寿命がめったにない理由も説明しています。
一方、ディスクリートGPUは、専用のVRAM（ビデオRAM）を備えたGPUです。ディスクリートGPUは、CPUリソースを共有しないため、より多くのコアを持ち、より高速な計算を実行します。
NVIDIA GeForce MX150は、専用の2 GBGDDR5メモリを備えたディスクリートGPUです。残念ながら、すでに示唆したように、専用GPUを搭載したコンピューターはより多くのバッテリーを消費します。
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GPUのしくみ
CPUとGPUをよりよく理解するために、このセクションではGPUの動作について説明します。
このガイドですでに何度か述べたように、CPUとは異なり、GPUは高性能リアルタイムコンピューティング用に特別に設計されています。これらの特殊なデバイスは、ビデオゲームのレンダリングから高品質のビデオ編集、シミュレーションの実行に至るまでのタスクを計算します。
さらに、GPUはCPUよりも高速に情報を処理することを今では推測しているでしょう。これは、GPUがリアルタイムコンピューティング用に設計されているが、CPUはそうではないためです。
これは、CPUが数十のCPUコアを使用するのに対し、GPUはグラフィックス処理に数百のプロセッサコア（シェーダーと呼ばれる）を利用することを意味します。 GPUは数千の命令を並行して（同時に）実行できますが、CPUは一度に1つの命令しか実行できません。
これは、CPUとGPUのパフォーマンスの違いの中心であるため、非常に重要な違いです。
GPUは、CPUよりもはるかに高い計算能力を備えているため、データをより迅速に処理できます。さらに、各GPUには独自のCPUコア（シェーダーと呼ばれる）と、必要に応じて命令をロードするためのメモリバンクがあります。
GPUには、グラフィックカードのみで使用される高速アクセス時間の専用オンボードRAMもあります。さらに、命令とデータを送信するための専用帯域幅もあります。
CPUコアが命令を実行すると、待機ラインの次の命令は、CPUで処理できるようになるまで無効になります。ハイパースレッディングテクノロジーを使用している場合でも、CPUは何らかの形の並列処理を実行できます。
これは、任意の時点で命令を実行するアクティブなプロセッサが少ないため、使用されるCPUコアが増えるとCPU実行時間が長くなることを意味します。一方、GPUは常にすべてのCPUコアをアクティブにしており、待機中の命令行はありません。
したがって、CPUには1つ以上のCPUコアがあり、GPUには数百のシェーダーがあります。これが、GPUがCPUよりも優れた高性能のリアルタイム計算を実行できる理由です。
さらに、統合GPU（別名オンダイ）は通常、CPUよりもCPUコアが少なくなります。
GPUは、CPUよりもはるかに高速にグラフィックス命令を処理するように設計されています。そのため、ほとんどのゲーム機は、画像のレンダリングにCPUではなくGPUを使用します。ただし、GPUは命令をより高速に計算するため、より多くの電力を消費します。
Xbox One Sのようなゲームコンソールは実際にはコンピューティングタスクにCPUを使用しますが、GPUはゲームでの画像のレンダリングにのみ使用されます。
この設計により、ゲーム機は消費電力を大幅に削減します。
GPUコアの説明
すべてのCPUとGPUには特定の数のコアがあります。 CPUコアは、命令の実行を担当するメインプロセッサです。一方、GPUコア（シェーダーとも呼ばれます）は、グラフィック計算を行います。
GPUに搭載されているCPUコアまたはシェーダーが多いほど、情報の処理が速くなります。たとえば、6コアのIntel Core i7-8750Hは、4コアのIntel Corei5-8300HQよりもはるかに高いパフォーマンスを発揮します。
同様に、NVIDIA GeForce GTX 1080 Tiは、より多くのシェーダー（2560）を備えているため、コンピューティング能力が向上します。したがって、ビデオゲームのレンダリングなどのタスクのパフォーマンスが向上します。比較すると、GeForce GTX 1050 Ti（768シェーダーまたはコアを搭載）の計算能力は低くなります。
CPUとGPUのパフォーマンスが異なる理由の1つは、帯域幅アーキテクチャです。
すべてのCPUとGPUには、データを転送するための一定量の帯域幅があります。 CPUは通常、メインシステムメモリを使用して、実行する命令を送信します。
一方、GPUは高速の専用HBMまたはGDDRタイプのメモリを使用します。
これを念頭に置くと、CPUがメモリを大量に消費するタスクに対してGPUほど優れていないことをよりよく理解できます。 CPUは、メインシステムメモリの帯域幅にしかアクセスできません。これは、HBMまたはGDDRタイプの専用GPUメモリよりも低速です。
CPUとGPU：コンピューターに両方が必要な理由
CPUとGPUは連携して動作し、ビデオ編集やコンピュータープログラミングなどのCPUを集中的に使用するタスクを実行します。
コンピューターは汎用デバイスとして設計されているため、CPUとGPUはどちらも異なる機能を実行します。コンピュータでは、CPUがプログラムの実行と入出力管理を担当します。
また、電源の管理やシステム温度の制御などのシステム制御呼び出しも担当します。
対照的に、GPUは、グラフィックデータを迅速に操作するように特別に設計されています。したがって、GPUは、アニメーションフレームや画像などの計算タスクの管理に優れています。
CPUがCPUを集中的に使用するタスクを実行している場合、GPUはそのような命令に優れているため、CPUはグラフィックカードにコマンドを発行して、同じタイプの計算を並行して実行します。
CPUは複雑な計算の処理に優れているため、数値計算タスクを適切に処理します。それどころか、グラフィックスプロセッシングユニット（GPU）は、多くの反復演算を伴う数学で優れたパフォーマンスを発揮します。
たとえば、GPUはCPUよりもピクセルのブロックで色を合計することを実行します。そのため、CPUはGPUにそのようなタスクを実行するように要求します。
CPUとGPUは、さまざまな種類の作業を処理することで相互に補完します。ソフトウェア開発やWebページの閲覧などのCPUを多用するタスクは、グラフィックを多用するアプリケーションがGPUで実行されている間、CPUリソースを消費します。
ゲーム用CPUとGPU
このガイドでは、CPUとGPUがさまざまな種類の作業を処理することで相互に補完し合うことをすでに確立しています。具体的には、ソフトウェア開発やWebページの閲覧などのCPUを多用するタスクは、CPUリソースを消費しますが、グラフィックを多用するアプリケーションはGPUで実行されます。
さらに、プロセッサを集中的に使用するゲームはCPUに大きく依存する場合がありますが、画像をレンダリングするための計算を処理できる強力なGPUもコンピュータに搭載されている場合は、パフォーマンスが向上します。
さらに、CPUを集中的に使用するゲームは、CPUとGPUが連携して動作するように設計できます。つまり、相互に補完し合うことができます。
たとえば、CPUを多用するゲームには、並列化のオプションがある場合があります。この設定により、ワークロードを複数のCPUに分散して、パフォーマンスを向上させることができます。
これが、CPUとGPUの重いゲームが、十分なパワーを備えたより多くのCPUコアまたはGPUを備えたPCでより高速に実行できる理由です。
ゲーム用の統合GPU
統合GPUは、CPUに組み込まれ、RAMなどのシステムリソースを共有するオンボードグラフィックプロセッサ（IGP）です。
統合GPUにはゲームにいくつかの制限がありますが、低いディスプレイ解像度でCPUを集中的に使用するゲームをプレイする場合でも、適切なパフォーマンスを提供できます。
ただし、Civilization VIのようなCPUを多用するゲームは、統合されたGPUではスムーズに実行されない場合があります。これは、CPUが専用のGPUではなくオンボードグラフィックプロセッサを使用して画像をレンダリングしているためです。
ゲーム専用GPU
専用GPUは、RAM（VRAM）、帯域幅などの専用リソースを持つグラフィックスプロセッシングユニット（GPU）です。
他のすべての要素が同じである場合、専用GPUは、多くの場合、統合されたGPUよりも高解像度でCPUを集中的に使用するゲームのパフォーマンスを向上させます。ただし、前述のように、専用GPUはより多くのバッテリーを消費します。
これは、Civilization VIのようなCPUを多用するゲームが、より高速なフレームレートとより鮮明な画像を生成できる、より高いレベルのパフォーマンスを備えた専用GPUでより適切に実行できる理由を説明しています。
CPUとGPU：ゲーム用のCPUとGPUを選択する方法
多くのゲーマーは、CPUとGPUを別々に購入することを選択しています。このオプションを選択する場合は、ゲームのニーズに適したCPU / GPUの組み合わせを選択することが重要です。
一般的な経験則として、Intel CoreiシリーズCPUは Nvidiaグラフィックカード タスクを完了するときに高速パフォーマンスを提供します。
強力なGPUでうまく機能するAMDCPUを探すときは、 RyzenThreadripperプロセッサー 。
優れたCPUに加えて、ゲームのニーズに対応する強力なGPUも必要です。一般的に、Nvidia（NVidia）グラフィックカードが推奨されます。
具体的には、予算が限られている場合は、GeForce GTX 1050Ti以上を目指す必要があります。
一般的に、それはすべてあなたがプレイするゲームの種類に依存します。軽いゲームをプレイする場合は、統合/ IGPGPUで十分です。
ただし、グラフィックを多用するゲームをプレイするヘビーゲーマーの場合は、ディスクリートGPUを搭載したデバイスを選択する必要があります。
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