CPU và GPU là hai thiết bị quan trọng của hệ thống máy tính điện tử, nhưng chức năng của cả hai hoàn toàn khác nhau. CPU (central processing unit - đơn vị xử lý trung tâm) là một vi xử lý được dùng để thực thi các chỉ thị do chương trình đưa ra theo các phép toán như thuật toán, số học, logic, điều khiển, input, và output. Tuy nhiên, ở đầu kia, GPU (Graphics processing unit - đơn vị xử lý đồ họa) là một thiết bị nội bộ dùng để render hình ảnh lên màn hình máy tính. Nền tảng của CPU xoay quanh độ trễ thấp (low latency) trong khi GPU phải cung cấp hiệu suất cao xuyên suốt.
Cả hai thuật ngữ này khác nhau, nhưng để chạy đúng một thiết bị máy tính, chúng đều quan trọng như nhau. Vì vậy, nếu bạn dự định mua một hệ thống máy tính mới, bạn nên hiểu sự khác biệt cơ bản giữa CPU và GPU.
CPU (Central Processing Unit) là gì?
CPU hay Central Processing Unit là bộ não của bất kỳ đơn vị nhúng điện tử nào. Nó bao gồm hai đơn vị hoạt động – ALU và CU.
Arithmetic Logic Unit (Đơn vị Logic Số học) được dùng để lưu trữ dữ liệu tạm thời và thực hiện phép tính toán học, trong khi Control Unit (Đơn vị Điều khiển) được dùng để thực hiện nhiệm vụ tuần tự và phân nhánh.
Công ty đầu tiên phát triển CPU là Intel, chip 4004 là CPU 4-bit đầu tiên. Sau đó, họ thiết kế nó trên kiến trúc x86 trở nên phổ biến hơn, sau đó ARM xuất hiện với vi xử lý 32-bit do Acorn Computers làm.
CPU hoạt động như một bộ não trong hệ thống máy tính vì nó phải tương tác với các phần khác của hệ thống như bộ nhớ và đơn vị input/output. Trách nhiệm của CPU là thực thi thông tin nhận được từ bộ nhớ. Đơn vị điều khiển đôi khi phải tương tác với đơn vị input/output để duy trì chức năng của hệ thống.
Nó tạo ra địa chỉ, dữ liệu, và tín hiệu điều khiển khi nhận dữ liệu, tín hiệu trạng thái và ngắt với sự giúp đỡ của system bus. System bus là tập hợp các bus khác nhau như data, address, và control bus. CPU gán nhiều đơn vị phần cứng hơn cho fast cache trong khi ít cho computation, điều này hoàn toàn khác với GPU.
Chức năng của CPU:
- Nạp chỉ thị (Fetch Instructions)
- Giải mã chỉ thị (Interpret Instructions)
- Nạp toàn bộ dữ liệu (Fetch the whole Data)
- Ghi dữ liệu (Write Data)
- Điều khiển thời gian luồng thông tin (Control the timing of information flow)
- Điều khiển lưu trữ dữ liệu (Control the storage of data)
- Đưa ra lệnh cho tất cả thành phần máy tính (Give commands to all components of the computer)
- Thực hiện tất cả phép tính (Performs all the calculations)
GPU (Graphics Processing Unit)/Card đồ họa là gì?
GPU hay còn gọi là Graphics processing unit là một bộ xử lý đặc biệt được dùng để hiển thị đồ họa trên màn hình. Nó chủ yếu được tích hợp bởi CPU để chia sẻ RAM với toàn bộ hệ thống, GPU theo một cách nào đó được điều tiết bởi CPU giống như các phần khác của hệ thống máy tính. Nó được yêu cầu để trải nghiệm hiển thị đồ họa cao cấp. Đơn vị GPU hoạt động riêng biệt có RAM riêng gọi là VRAM được dùng để hiển thị video.
Các đơn vị đồ họa lần đầu được giới thiệu bởi Intel và IBM năm 1980. GPU trước đây chỉ thực hiện các chức năng rất cơ bản như tô màu khu vực, thay đổi hình ảnh đơn giản, vẽ hình dạng, v.v. Tuy nhiên, công nghệ GPU hiện đại đã phát triển rất nhiều và ngày nay GPU có thể thực hiện nghiên cứu và phân tích mà không cần CPU. GPU ngày nay song song với CPU. Trong GPU, các đơn vị xử lý được gộp lại với nhau nơi không có cache coherency (sự liên kết cache). Không sai khi nói công nghệ GPU đã cải tiến khổng lồ trong vài năm qua và đã làm mới phương pháp hiển thị.
Chức năng của GPU:
- Thực hiện phép tính liên quan đến 3D
- Chuyên biệt cho chức năng hiển thị (display Functions).
- Render hình ảnh, video, và hoạt hình cho màn hình máy tính
- GPU được thiết kế để thực hiện phép toán dấu phẩy động (floating point operations)
GPU và Card đồ họa có giống nhau không?
Có và không, cái nào không hoạt động nếu thiếu cái kia. Card đồ họa là một chip trên đơn vị xử lý đồ họa, và cả hai cho phép nhau hoạt động. Vì chúng được mua như 1 đơn vị, rất phổ biến gọi GPU là 'Graphics Card.' Mặc dù đây không đúng về mặt thuật ngữ kỹ thuật, nhưng dễ hiểu vì bạn sẽ không bao giờ thấy GPU hiện đại không có card đồ họa.
Khác biệt chính giữa CPU và GPU
Đơn vị xử lý trung tâm là đơn vị hoạt động chính của máy tính, trong khi đơn vị xử lý đồ họa là đơn vị hiển thị của máy tính. Cả hai đơn vị này hoàn toàn khác nhau, nhưng vẫn có một số chức năng can thiệp vào nhau. Vì vậy, để kết luận tốt hơn, hãy nghiên cứu các khác biệt chính:
- Khác biệt chính về chức năng của cả hai đơn vị xử lý là tốc độ. Trong CPU, độ trễ thấp được ưu tiên. Tuy nhiên, trong GPU hiệu suất cao là bắt buộc để render hiển thị chất lượng cao.
- Hoạt động của CPU rất tương tác khi một chuỗi chỉ thị tuần tự cần được xử lý. Mặt khác, GPU hiệu quả khi một chuỗi chỉ thị song song cần được xử lý.
- Bạn có thể thấy khác biệt trong cấu trúc của CPU và GPU. CPU được cấu thành từ ít nhân mạnh (powerful cores) trong khi cấu trúc GPU dựa trên số lượng lớn nhân yếu (weak cores).
- Về mặt tốc độ, GPU cung cấp tốc độ nhiều hơn cho người dùng và nó hoạt động trên các chỉ thị song song nhanh hơn nhiều so với chỉ thị tuần tự/phân nhánh được hiểu bởi CPU.
- Mặc dù CPU cần nhiều bộ nhớ hơn để làm việc so với GPU. GPU có thể xử lý với ít bộ nhớ hơn và hoạt động thậm chí nhanh hơn CPU.
- Nếu nói về tính năng chính của cả hai đơn vị xử lý, chúng có hai chương trình hoàn toàn khác nhau. Tính năng chính của CPU là kiểm soát logic của thực thi out-of-order và speculative. Ngược lại, GPU có các tính năng khác để thiết lập cấu trúc kiến trúc cho sự dung nạp độ trễ bộ nhớ (memory latency tolerance).
| CPU | GPU |
| CPU là viết tắt của Central Processing Unit. | GPU là viết tắt của Graphics Processing Unit. |
| CPU tiêu thụ/cần nhiều bộ nhớ hơn GPU. | GPU tiêu thụ/cần ít bộ nhớ hơn CPU. |
| Tốc độ CPU thấp hơn tốc độ GPU. | GPU nhanh hơn tốc độ CPU. |
| CPU chứa các nhân mạnh nhỏ. | GPU chứa nhiều nhân yếu hơn. |
| CPU phù hợp cho xử lý chỉ thị tuần tự (serial instruction processing). | GPU không phù hợp cho xử lý chỉ thị tuần tự. |
| CPU không phù hợp cho xử lý chỉ thị song song (parallel instruction processing). | GPU phù hợp cho xử lý chỉ thị song song. |
| CPU nhấn mạnh độ trễ thấp (low latency). | GPU nhấn mạnh thông lượng cao (high throughput). |
Khác biệt kiến trúc giữa CPU và GPU
Về mặt kiến trúc, CPU bao gồm vài nhân ALU (Arithmetic Logic Unit) lớn cho xử lý mục đích chung với nhiều cache memory và một mô-đun điều khiển khổng lồ có thể xử lý một vài luồng phần mềm tại một thời điểm. CPU được tối ưu cho hoạt động tuần tự vì clock của nó rất cao. Trong khi GPU, mặt khác, có nhiều ALU nhỏ, mô-đun điều khiển nhỏ, và cache nhỏ. GPU được tối ưu cho hoạt động song song.
- Đơn vị tính toán GPU đơn giản hơn nhiều so với nhân CPU superscalar hiện đại
- Đơn vị tính toán GPU không làm dự đoán nhánh (branch prediction)
- Tất cả nhân GPU thực thi cùng một chỉ thị, cùng một lúc, nhưng vận hành trên dữ liệu khác nhau (SIMD)
- Một nhân CPU có cache khổng lồ, dự đoán nhánh và tốc độ clock cao hơn
Kết luận
Nếu bạn muốn biết CPU hay GPU quan trọng hơn trong thiết bị điện tử. Thì, chúng tôi có thể nói thật rằng không thể kết luận cái nào tốt hơn giữa CPU và GPU. Đó là vì sự tồn tại của cả hai đơn vị phụ thuộc lẫn nhau. Không có CPU, GPU không thể hiển thị đồ họa và nếu thiếu CPU, GPU không nhận được chỉ thị khi nào sản xuất đồ họa. Vì vậy, cả hai đều là bộ phận quan trọng như nhau của hệ thống máy tính và bạn không thể妥協 trên chất lượng của bất kỳ cái nào vì cùng nhau chúng tạo ra kết quả tốt nhất.
- Hướng dẫn mua Laptop hoàn chỉnh – Thông số của một chiếc Laptop tốt
- Card đồ họa tích hợp vs rời: Nên dùng loại nào và tại sao?
- Card đồ họa nào tốt nhất AMD hay NVIDIA? (So sánh GPU AMD vs NVIDIA)
- Bộ xử lý nào tốt nhất Intel Core i7 vs AMD Ryzen?
- So sánh tốc độ và hiệu suất SSD vs HDD