کارت گرافیک یا پردازشگر گرافیکی (GPU) چیست؟

پردازنده گرافیکی (GPU) قطعه‌ای است که برای پردازش و رندرینگ تصاویر در کارت‌های گرافیک و گرافیک‌های آنبورد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کلمه GPU به چه معناست؟

GPU مخفف عبارت “Graphics Processing Unit” به معنای “واحد پردازش گرافیک” می‌باشد و با نام‌های زیر نیز شناخته می‌شود:

• Visual Processing Unit – VPU (واحد پردازش دیداری)
• Video card (کارت ویدئو)
• Display card (کارت نمایش)
• Graphic board (بورد گرافیکی)
• Graphic adapter (آداپتر گرافیکی)

واحد پردازش گرافیکی (GPU) چیست؟

واحد پردازش گرافیکی یا جی پی یو یک چیپ الکترونیکی است که با محاسبات بسیار زیاد، [اغلب] برای رندرینگ یا ارائه ماشینی تصاویر مورد استفاده قرار می‌گیرد و با استفاده از آن‌هاست که می‌توانید تصویری را بر روی صفحه نمایش یا مانیتور کامپیوتر، لپتاپ، اسمارت فون و سایر گجت‌های خود ببینیم.

در گذشته جی پی یو ای نبود و بجای آن پردازنده مرکزی (CPU) هم تصاویر را رندر می‌کرد و هم سایر اعمال کامپیوتری (اجرای برنامه‌ها، محاسباتشان و …) را انجام می‌داد. از آن جایی که رندر کردن تصاویر خود به قدرت پردازشی زیادی نیاز دارد، افت شدیدی در عملکرد پردازنده مرکزی نسبت به محاسبات نرم افزاری را داشتیم.

پس از آن واحدهای پردازش گرافیکی طراحی و ساخته شدند. پردازنده‌های گرافیکی تقریباً مثل پردازنده‌های مرکزی کار می‌کنند (با سرعت کمتر ولی هسته‌های زیاد – در ادامه توضیح داده شده) که بار رندرینگ و تصویر سازی چند بعدی را از روی دوش سی پی یو ها برداشته و خود، کار تولید تصاویر و انتقال آن به نمایشگر را بر عهده می‌گیرند. بدین صورت قدرت پردازشی زیادی را که قبلاً سی پی یو ها انجامش می‌دادند، آزاد شده و کار سی پی یو را فقط به محاسبات برنامه‌ها محدود می‌کنند.

برای درک بهتر، یک نفر را فرض کنید که تخصصش در ریاضی بوده بر روی پروژه‌ای کار می‌کنند. در این پروژه هم محاسبات ریاضی و هم یک نقش باید کشیده شود. وی کمی از وقت خود را برای نقاشی کردن مصرف می‌کنید و بعد سراغ محاسبات می‌رود. دوباره کمی نقاشی می‌کند و باز هم سراغ محاسبات می‌رود و این روند به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند.

حال دو نفر را فرض کنید که یکی مثل قبل متخصص محاسبات ریاضی و دیگری یک نقاش حرفه‌ای است که بر روی همان پروژه کار می‌کنند. اولی به همه محاسبات ریاضی رسیدگی می‌کند و به صورت همزمان، دومی اقدام به نقاشی کردن می‌کند.

از مهمترین تولیدکنندگان پردازنده‌های گرافیکی می‌توان به NVidia و ATI (بخشی از AMD) و Intel اشاره کرد. در اکثر کارت‌های گرافیکی که شرکت‌های دیگر تولید می‌کنند، از یکی از چیپ‌ها و پردازنده‌های گرافیکی این سه شرکت استفاده می‌کنند.

خود پردازنده‌های گرافیکی به دو دسته کارت گرافیک (مستقل از مادربورد و CPU) و گرافیک تعبیه شده (چسبیده به مادربورد یا CPU) تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آن‌ها می‌پردازیم:

کارت گرافیک

نوعی از پردازنده‌های گرافیکی، کارت گرافیک است که به آن ویدئو کارت بصورت مجزا (به اصطلاح Discrete یا Dedicated) نیز گفته می‌شود، نوعی پردازنده گرافیکی است که به صورت مجزا از مادربورد، بر روی آن نصب شده و اقدام به پردازش تصاویر می‌کند. کارت‌های گرافیکی می‌توانند بیش از یک واحد پردازش گرافیکی (GPU) داشته باشند.

عملکرد کارت گرافیک در مقایسه با نوع دوم پردازشگران گرافیکی یعنی نوع تعبیه شده آن (در بند بعد توضیح داده شده) بسیار بهتر است. دلیل این عملکرد یا پرفورمنس بهتر، وجود یک حافظه موقتی از نوع RAM در داخل آن است که کاملاً اختصاصی به کارت گرافیک تعلق می‌گیرد و از حافظه RAM کامپیوتر مستقل است.

علاوه بر حافظه اختصاصی، کارت‌های گرافیکی می‌توانند از حافظه RAM اصلی کامپیوتر به عنوان حافظه اشتراک گذاشته شده نیز استفاده کنند (مثل گرافیک‌های تعبیه شده). برای مثال اگر سیستم شما ۴ گیگ رم داشته باشد و حافظه اختصاصی (نه اشتراکی) کارت گرافیکی شما ۲ گیگ باشد، این ۲ گیگ بصورت کاملاً مجزا از ۴ گیگ سیستم، توسط کارت گرافیک استفاده خواهد شد.

کارت‌های گرافیکی چون بصورت مجزا از مادربورد عمل می‌کنند، می‌توان آن‌ها را به راحتی و با در نظر گرفتن فاکتورهایی مشخص، آپگرید کرد. همچنین کارت‌های گرافیک قابلیت‌هایی نیز دارند که در مقایسه با انوع تعبیه شده، عملکرد گرافیکی را بسیار بهبود می‌بخشند. از این قابلیت‌ها می‌توان به PhysX و ShadowPlay انویدیا و بسیاری قابلیت‌های دیگر اشاره کرد.

این کارت‌ها معمولاً از چند صد هسته با قدرت پردازشی مناسب که به صورت موازی با یکدیگر کار می‌کنند تشکیل می‌یابند. به همین دلیل برای اموری که نیاز به قدرت پردازشی موازی داشته باشند (مثلاً کار با الگوریتم‌های رمزگذاری یا رمزنگاری کردن داده‌ها، به اصطلاح کرک کردن) نیز کارت گرافیک گزینه مناسبی خواهد بود. استفاده غیر گرافیکی از این کارت‌ها برای انجام محاسبات مختلف GPGPU نام دارد.

کارت‌های گرافیکی معایبی نیز دارند. هزینه تولید این نوع گرافیک‌ها بسیار بیشتر از انواع تعبیه شده بوده و به همین دلیل قیمت نهایی برای مصرف کننده زیاد خواهد بود. برای خرید یک کارت گرافیکی ممکن است از چند صدهزار تومان تا حتی چندین میلیون تومان (برای کارت‌هایی با عملکرد عالی) پول نیاز داشته باشید.

علاوه برای این، ممکن است اسلات PCI-E مادربوردتان با کارت گرافیک شما متفاوت باشد یا به هر دلیل دیگری، کارت گرافیک خریداری شده با مادربوردتان سازگار نباشد. البته این مورد با کمی تحقیق درباره کارت گرافیک مورد نیاز و مدل مادربورد، مشکلی پیش نخواهد آورد.

چون قدرت پردازشی کارت‌های گرافیکی زیاد است، در نتیجه از انرژی الکتریکی بیشتری استفاده خواهند کرد که باعث افزایش هزینه برق و در لپتاپ‌ها، باعث مصرف بیشتر باتری خواهد شد و از طرفی باعث گرم شدن بیشتر کارت گرافیک می‌شود. گرمای کارت‌های گرافیک را می‌توان با یک سیستم خنک کننده مثل هیتسینک و فن‌های تعبیه شده بر روی خود کارت گرافیک برطرف کرد با این حال این فن‌ها نویز و صدای اضافی به محیط شما خواهند افزود. استفاده از سیستم‌های خنک کننده بدون صدا مثل آبی خوب است ولی این سیستم‌ها گران قیمت هستند.

کارت‌های گرافیکی مجزا علاوه بر طراحی برای مادربورد کامپیوترهای دسکتاپ، برای مادربورد لپتاپ‌ها نیز بصورت ساخته می‌شوند.

گرافیک‌های تعبیه شده (آنبورد)

نوع دیگر از پردازنده‌های گرافیکی، تعبیه شده یا آنبورد (Onboard) آن است که در اینگونه سیستم‌ها، عمل پردازش تصویر توسط چیپ‌هایی انجام می‌شود که از اول بر روی مادربورد قرار گرفته اند یا توسط قسمتی از پردازنده که مخصوص پردازش گرافیکی در نظر گرفته شده، انجام می‌شود. گرافیک‌های تعبیه شده معمولاً فقط شامل یک واحد پردازش گرافیکی (GPU) هستند.

پردازنده‌های گرافیکی آنبورد حافظه رم اختصاصی نداشته و هر مقدار فضا از حافظه که نیاز داشته باشند را از RAM کامپیوتر می‌گیرند. برای مثال اگر سیستم شما ۴ گیگ رم داشته باشد و گرافیک آن بورد داشته باشید، این گرافیک از ۴ گیگ حافظه رم اصلی کامپیوتر برای پردازش تصویر و ارائه خروجی استفاده خواهد کرد.

به دلیل ساختار این پردازنده‌های گرافیکی و این ک قدرت پردازش بالایی ندارند، انرژی الکتریکی موردنیازشان هم کم است

هزینه تعبیه گرافیک‌های آنبورد بر روی مادربورد یا قراردادن آن به عنوان بخشی از پردازنده برای تولیدکنندگان بسیار کمتر از کارت‌های گرافیکی است به همین دلیل قیمت پردازنده‌هایی که می‌توانند به صورت مجزا، گرافیک را نیز پردازش کنند یا مادربوردهایی که بر روی آن‌ها این نوع پردازنده‌های گرافیکی قرار گرفته اند، برای کاربران عادی بسیار مناسب خواهد بود.

با این حال از این پردازنده‌های گرافیکی نباید انتظار زیادی داشته باشید، حداقل نه در حد کارت‌های گرافیکی. چون این پردازنده‌ها حافظه داخلی اختصاصی ندارند و از طرفی کم بودن نرخ سرعت پردازش و تعداد هسته‌های گرافیکیشان نسبت به کارت گرافیک‌ها عملکرد بسیار پایینی دارند.

برای من کارت گرافیک بهتر است یا گرافیک آنبورد؟

CPU یا مادریردی که می‌خرید به احتمال زیاد خودش یک پردازنده گرافیکی آن بورد داشته باشد. برای فهمیدن این که چنین گرافیک آنبوردی هست یا نه، کافیست به پورت‌های خروجی مادربورد نگاهی بیندازید. اگر خروجی تصوری مثل VGA، DVI یا HDMI پیدا کردید، مادربورد یا پردازنده اصلی شما دارای یک گرافیک آنبورد است. اگر از لپتاپ استفاده می‌کنید، به سادگی می‌توانید به مشخصات آن مراجعه کنید.

اگر قصد انجام کارهای ساده مثل وبگردی، استفاده از برنامه‌هایی مانند ورد، انجام بازی‌های ۲ بعدی یا ۳ بعدی با تنظیمات کیفیت پایین دارید و از طرفی سراغ بازی‌های سنگین و برنامه‌هایی مثل فتوشاپ نخواهید رفت یا قصد انجام کارهایی مثل طراحی، رندرینگ و استفاده از چندرسانه‌هایی با کیفیت زیاد را ندارید، گرافیک آنبورد می‌تواند کار شما را راه بیندازد.

اما اگر برعکس این باشد و بخواهید کارهای سنگین تری انجام دهید یا بازی‌هایی که به گرافیک بیشتری نیاز دارند را بازی کنید، قطعاً به یک کارت گرافیک نیاز خواهید داشت.