من المعلوم أنَّ وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات هما مكونات لا تتجزأ من نظام الحاسوب

يتشابه المكونان مع بعضها البعض في نواح كثيرة إلى حدٍ ما، فهما يتكونان من مليارات الترانزستورات لذلك يمكنهما معالجة آلاف العمليات في الثانية الواحدة.

مع ذلك، فإنَّ كلتا الوحدتين لهما أدوار مختلفة تماماً في نظام الحاسب، وهذا ما سنناقشه في هذا المقال،

سنستعرض الاختلافات الرئيسية بين وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات وأدوارها في بيئة الحوسبة.

ما هي وحدة المعالجة المركزية ؟

وحدة المعالجة المركزية (CPU): هي مُعالج دقيق يقوم بمعالجة معظم العمليات الأساسيّة في الحاسوب (مجموعة التعليمات) على سبيل المثال الحساب والمنطق والخوارزميات والتحكم وإدارة أوامر (الطرفيات) الإدخال والإخراج.

ومن الجدير بالذكر، أن هذه الوحدة غالباً ما يطلق عليها اسم دماغ الجهاز نظراً لمسؤوليتها عن أداء جميع الوظائف الأساسية داخل الحاسوب

لاسيما تنفيذ مجموعة متنوعة من عمليات الحوسبة والحسابات المختلفة.

ويعتمد المُبرّمجون ومطورو البرامج على وحدة المعالجة المركزية لكتابة ومعالجة وتنفيذ الوظائف المبرمجة في برامجهم

وذلك إذا لم تتطلب هذه البرامج طاقة معالجة عاليّة للغايّة، فإن وحدة المعالجة المركزية كافية لتنفيذ غالبية الأوامر والتعليمات.

بشكل عام، تتراوح السرعة القياسية لوحدة المعالجة المركزية بين 1 إلى 4 جيجا هرتز.

في معظم الحالات، تحتوي وحدات المعالجة المركزية على أكثر من نواة معالجة واحدة، والتي تعمل كوحدات معالجة منفصلة.

ومع ذلك، يمكن تقسيمها أكثر إلى وحدات معالجة أصغر.

ما هي وحدة معالجة الرّسومات ؟

وحدة معالجة الرّسومات (GPU): هي معالج دقيق فريد متخصص في تنفيذ مهام المعالجة المعقدة للغاية.

كما يوحي الاسم، تستخدم هذه الوحدة في الجهاز لمعالجة الرّسومات عاليّة الدِّقة للغايّة

ولكن المبرمجين يستخدمونها أيضاً لمعالجة المهام التي تتطلب حساب كميات هائلة من البيانات.

تقوم وحدات معالجة الرسومات بأداء مجموعة واسعة من المهام من تقديم مقاطع فيديو عالية الدقة إلى إجراء عمليات رياضية معقدة.

لا تقدم وحدات معالجة الرسومات نفس سرعة وحدات المعالجة المركزية، لذلك فإن كل نواة فرديّة في وحدة معالجة الرسومات أبطأ من النواة في وحدة المعالجة المركزية.

ومع ذلك، فإن وحدات معالجة الرسومات قادرة على أداء المهام التي تحتاج إلى حساب عالٍ عن طريق زيادة عدد النوى في وحدة المعالجة.

يمكن أن تحتوي وحدة معالجة الرسومات الواحدة على الآلاف من النوى التي تقسّم المهام الرياضيّة متعددة الأبعاد اللازمة لتقديم الرسومات وتنفيذها بكفاءة.

على سبيل المثال، تحتوي وحدة معالجة الرسومات الواحدة مثل طراز NVIDIA GTX 1080 أو RTX على ما يصل إلى 2560 نواة تظليل.

بمساعدة هذه النوى، يمكن لوحدة المعالجة تنفيذ 2560 عملية في وقت واحد خلال دورة ساعة واحدة.

إلى جانب تقديم الرسومات، تعد وحدة معالجة الرسومات ضرورية لتنفيذ خوارزميات التعلم الآلي المعقدة للغاية المعروفة باسم الشبكات العصبيّة.

عادةً ما تكون هذه الخوارزميات بطيئة، لكن وحدات معالجة الرسومات مكنّت المبرمجين من تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي ذاتية التعلم من خلال تعزيز القدرة الحاسوبية للآلات.

الاختلافات الرئيسية بين وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات

• الفرق الرئيسي بين بنية GPU و CPU هو أن وحدة المعالجة المركزية مصممة بشكل أساسي للتعامل مع المهام المختلفة بسرعة، ومع ذلك فهي محدودة في عدد العمليات التي يمكن القيام بها في وقت واحد.
• يتم تصميم وحدة معالجة الرسومات لعرض رسومات ومقاطع فيديو عالية الدقة في الوقت الفعلي ومعالجة كمية كبيرة من البيانات بالتوازي.
• غالباً ما يتم استخدام وحدات معالجة الرسومات للتطبيقات غير الرسومية مثل التعلم الآلي والحساب العلمي حيث يمكنها تنفيذ عمليات متوازية على عدة مجموعات بيانات ويمكن حتى استخدامها لتعدين العملات المشفرة التي تتطلب أداء عاليّاً.
• توفر وحدات معالجة الرسومات توازياً هائلاً من خلال السماح بتشغيل الآلاف من نوى المعالج في نفس الوقت، علماً أن كل نواة مكرسة للقيام بعمليّاتٍ فعّالة.
• في حين أن وحدات معالجة الرسومات يمكنها معالجة معلومات أكثر بكثير بشكل أسرع من وحدات المعالجة المركزية بسبب التوازي الملحوظ، فإن وحدات معالجة الرسومات ليست قابلة للتكيف مثل وحدات المعالجة المركزية.
• تحتوي وحدات المعالجة المركزية على مجموعات تعليمات شاملة وتدير جميع مدخلات ومخرجات الكمبيوتر، والتي لا تستطيع وحدة معالجة الرسومات القيام بها.
• يمكن تجهيز خادم قوي بما مجموعه 32 إلى 64 نواة وحدة معالجة مركزية عاليّة السرعة (مقبسان لكل خادم).
• يمكن أن تحتوي بطاقة GPU على 700 إلى 4000 نواة على كل وحدة معالجة رسومات، يوضح هذا العمليات المتوازية الضخمة التي يمكن إجراؤها باستخدام وحدة معالجة الرسومات.
• إن نوى وحدة المعالجة المركزية الفردية أسرع وأكثر ذكاء من نوى وحدة معالجة الرسومات الفردية (كما تحددها سرعة ساعة وحدة المعالجة المركزية) كما تقاس بمجموعات التعليمات المتاحة.
• تتكون وحدة المعالجة المركزية من عدد قليل فقط من النوى مع الكثير من ذاكرة التخزين المؤقت وبالتالي يمكنه فقط إدارة عدد قليل من سلاسل البرامج في وقت واحد.
• تتكون وحدة معالجة الرسومات من مئات النوى التي يمكنها إدارة الآلاف من مؤشرات الترابط في وقت واحد.

ما هي الشركات التي تقدم وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات ؟

أكبر مقدمي وحدات المعالجة المركزية هما شركتي Intel و AMD وفيي عام 2019، كانت شركة AMD أكثر نجاحاً من شركة Intel وباعت ما يقرب من ضعف عدد المعالجات.

تتخصص شركة Intel في صناعة معالجات تتمتع بسرعات أعلى بينما تركز شركة AMD على زيادة عدد النوى وتوفير نماذج متعددة ومحسنة.

ومع ذلك، تتمتع شركة Intel بميزة عن شركة AMD وهي فيصنع الأجهزة للحوسبة الأساسية.

مع ذلك فإن شركة Intel غير قادرة على مواكبة شركة AMD عندما يتعلق الأمر بوحدات معالجة الرسومات.

مؤخراً تمكنت شركة AMD من جذب انتباه مستخدمي الرسومات الراقية وإنتاج معالجات GPU التي يمكن أن تتطابق مع أداء وحدات معالجة الرسومات NVIDIA.

قد تبدو وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات متشابهة من نواح كثيرة، ولكن تم تحسين كلاهما لأدوار مختلفة تماماً.

ومع ذلك، لا يمكن لأي منهما أن يعمل بدون الآخر، ويحتاج الكمبيوتر إلى تشغيل كلتا الوحدتين بشكل صحيح.

ختاماً

وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات هما وحدتا معالجة منفصلتان لهما نفس القدر من الأهمية في نظام الكمبيوتر

لكن وحدة المعالجة المركزية هي الأفضل لأهميتها في إكمال مجموعة واسعة من المهام والتعليمات بسرعة ولديها أفضل أداء لكل نواة.

في المقابل, تعد وحدة معالجة الرسومات مثالية للتعليمات الأساسية التي يجب تكرارها بشكل متكرر، مثل إنتاج الصور وعرض 3D والرسوم المتحركة.

ومع ذلك، نظراً لمئات النوى يمكن لوحدة معالجة الرسومات معالجة البيانات الضخمة في وقت واحد.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة نور باكير
• تدقيق: المهندسة سهى عبدو
• تحرير: المهندس بشار الحجي