GPU là gì? Tìm hiểu cách thức hoạt động và vai trò của GPU

2

Hơn 10 năm trở lại đây, chúng ta thấy được sự phát triển vượt bậc của lĩnh vực đồ họa máy tính. Những bộ phim với kỹ xảo đồ họa đẳng cấp, chân thực, mãn nhãn của nền công nghiệp điện ảnh. Những tựa game sở hữu đồ họa đỉnh cao xuất sắc, sắc nét và rõ ràng tới từng chi tiết khiến người chơi “chìm đắm”,…. Tất cả đều có sự trợ giúp của CPU – Bộ xử lý đồ họa. Vậy GPU là gì? Hãy cùng Thanh lý Cường Phát tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây nhé.

Giải đáp GPU là gì?

GPU là gì? Với những người hiểu biết về công nghệ thì chắc hẳn khái niệm này đã quá quen thuộc. CPU (Graphics Processing Unit) là một đơn vị xử lý đồ họa chuyên dụng. Nhiệm vụ chính của GPU chính là tăng tốc cũng như xử lý đồ họa cho bộ xử lý của bộ phận CPU. Bộ xử lý đồ họa này có rất nhiều tính năng đặc biệt, nó ở một đẳng cấp khác so với những trình điều khiển đồ họa cơ bản.

GPU là bộ xữ lý hình ảnh, hoặc bộ vi xữ lý đồ hoạ
GPU là bộ xữ lý hình ảnh, hoặc bộ vi xữ lý đồ hoạ

GPU được dùng trong hệ thống nhúng, PC, laptop cá nhân và cả trên điện thoại di động, máy trạm, thậm chí là cả máy chơi game. Trong PC hay laptop, GPU có thể xuất hiện ở nhiều nơi. Nó có thể ở card đồ họa hoặc gắn trên mainboard.

Những GPU hiện đại có năng suất hoạt động rất cao trong việc xử lý đồ họa máy tính. Cấu trúc của nó mang tính xử lý song song. Giới công nghệ và người dùng đánh giá tính xử lý của GPU rất cao, nó mạnh mẽ, nhanh và có thể nhận các nguồn dữ liệu lớn trong cùng một lúc. Với tính năng vượt trội này, GPU sẽ giúp nhiều phần mềm tăng tốc, có thể hơn 100 lần so với CPU.

GPU là gì? Ngoài việc là một đơn vị xử lý đồ họa chuyên dụng, GPU cũng là con chip điện tử. Bản thân nó đủ sức mạnh để có thể xử lý các vấn đề liên quan tới hình ảnh của PC, laptop. Trên thị trường hiện nay, chúng ta có thể tìm thấy 2 dòng chip đồ họa thông dụng nhất. Đó chính là NVIDIA và AMD.

GPU hoạt động như thế nào?

GPU giúp cho chúng ta có thể thưởng thức những thước phim, hình ảnh sống động, chân thực, sắc nét đến từng chi tiết. Tất cả những điều đó là nhờ vào GPU. Nhưng GPU hoạt động như thế nào? Rất ít người hiểu rõ được cách thức hoạt động của nó. Bộ xử lý đồ họa này được sử dụng để giải những bài toán hình học. Nó đảm nhiệm các công việc chuyên biệt, dựng hình khối một cách hiệu quả. Hiện nay, đa số các GPU đều được thiết kế dựa vào kiến trúc CUDA. Đây là kiến trúc do công ty nổi tiếng NVIDIA sáng chế ra.

CUDA được hiểu là kiến trúc tính toán song song. Hay nói một cách đơn giản hơn, kiến trúc này chính là quy trình giải quyết đồng thời nhiều phép tính trong một thời điểm nhất định. Bài toán lớn được chia thành nhiều bài nhỏ và giải quyết đồng thời. Muốn giải được những bài toán này chúng ta cần hiểu về chức năng của các lõi trong bộ xử lý.

Có rất nhiều cách để hiểu về lõi. Tuy nhiên, trong lĩnh vực vi xử lý cũng như tính toán thì khái niệm này được hiểu là đơn vị cấu trúc. Chức năng của lõi là nhận tập hợp các lệnh, giải quyết các bài toán trên chính các lệnh đó. Những lõi CUDA thuộc GPU gồm nhiều con siêu nhỏ. Nó có chức năng chia những bài toán lớn thành những bài nhỏ. Sau đó tiến hành tính toán song song trên lõi con. Với cách thức hoạt động này, các bài toán có sẽ được giải quyết một cách đồng thời.

GPU đóng vai trò quan trọng với máy tính và dân thiết kế đồ hoạ
GPU đóng vai trò quan trọng với máy tính và dân thiết kế đồ hoạ

Tìm hiểu vai trò của GPU đối với máy tính

GPU là gì? Trước khi đơn vị xử lý đồ họa chuyên dụng này ra đời thì CPU là đơn vị xử lý chương trình vi tính cũng như các dữ liệu và xử lý đồ họa, hình ảnh. Với CPU thì đây là một khối lượng công việc quá lớn. Chính vì vậy, CPU hoạt động theo cách chia đều mức tài nguyên. Khối lượng tài nguyên của công việc văn phòng, đồ họa là như nhau. Điều này khiến cho các sản phẩm đồ họa tồn tại ít nhiều hạn chế.

Và tất cả đã được giải quyết khi GPU xuất hiện. Điện toán GPU ra đời được xem như một bước tiến mới, mọi thứ đều thay đổi. GPU “gánh” bớt công việc cho CPU. Bắt đầu từ lúc này, nhiệm vụ chính của CPU chỉ là kéo hệ thống theo hoạt động của GPU. Cùng với đó là dành các xung cho những công việc khác trong hệ thống, tiết kiệm thời gian để loại bỏ áp lực đối với việc đem tới sản phẩm chất lượng cao.

Hiện nay, một máy tính không thể thiếu sự góp mặt của GPU. Không chỉ đơn thuần là xuất tín hiệu ra màn hình, giúp việc chơi game hiệu quả hơn mà việc tận dụng nhân GPU vào tham gia hỗ trợ giải quyết cùng với nhân CPU để cho ra các ứng dụng hữu ích. Có thể kể tới một số ứng dụng như  DXVA, HWA,…

Những thông số của GPU

GPU cũng giống như một chiếc PC hay laptop, nó có nhiều thông số đi kèm. Muốn hiểu rõ thực chất GPU là gì? hoạt động ra sao, vai trò thế nào thì bạn không thể bỏ qua phần thông số.

Memory Bandwidth – Băng thông bộ nhớ

Khi lựa chọn GPU cần xem xét Memory Bandwidth đưa ra quyết định cuối cùng. Nhờ vào card đồ họa, Memory Bandwidth có thể đọc cũng như lưu trữ vào VRAM. Nếu card đồ họa có băng thông bộ nhớ cao thì reader hình ảnh với tốc độ cao và chất lượng tốt. Tuy nhiên, hãy ghi nhớ rằng, tốc độ, loại, độ rộng của xung bộ nhớ có ảnh hưởng nhất định tới băng thông đồ họa.

Base Clock – Tốc độ cơ bản

Base Clock đo lường tại MHz, có tốc độ cơ bản, biểu hiện tốc độ card đồ họa khi chúng có trong những ứng dụng kiểm tra non-stress. Đây được xem là tốc độ bình thường mà GPU chạy ở những ứng dụng nhẹ.

Boost Clock – Tốc độ Boots

Thông số này phụ thuộc vào hệ thống, cũng như nhiệt độ bạn có thể tăng tốc vượt qua ngưỡng mà nhà sản xuất đã thiết lập ra.

Memory Speed – Tốc độ bộ nhớ

Là tốc độ của VRAM được đo bằng megahertz (MHz) và quyết định tần số dữ liệu đi qua giữa VRAM và GPU.

NVIDIA – CUDA Core

CUDA chính là ngôn ngữ lập trình của NVIDIA. Nó điều khiển CPU theo các riêng để có thể hoàn thành tác vụ một cách hiệu quả với tốc độ nhanh chóng nhất. Nhiều lõi được đóng trong con chip để giải quyết các bài toán học, render đồ họa. Nếu trên một con chip có nhiều nhân CUDA thì nó hoạt động càng mạnh.

AMD – Stream Processor

Giống như CUDA của NVIDIA. Nó có chức năng tính toán toán học để render đồ họa. Có càng nhiều bộ xử lý dòng thì con chip hoạt động càng mạnh.

Hiểu về thông số của GPU giữa 2 card đồ hoạ AMD và Nvidia
Hiểu về thông số của GPU giữa 2 card đồ hoạ AMD và Nvidia

Những lĩnh vực cần sử dụng GPU

GPU là gì? Như đã nói ở trên, bộ xử vi xử lý chuyên dụng này có chức năng thực hiện các phép tính toán cho đồ họa 3D cũng như các hình ảnh động. Do đó, GPU được dùng chủ yếu cho ứng dụng 2D, 3D, làm hiệu ứng phim, dựng phim,…. Đối với máy tính hiện đại, nó có thể làm nhiệm vụ tăng tốc video, chuyển đổi video thuộc các dạng khác nhau, hỗ trợ nhận diện mẫu virus,… Có thể nói rằng, trong tương lai, tiềm năng của bộ vi xử lý chuyên dụng này còn rất lớn.

GPU được sử dụng rộng rãi, trở thành khuynh hướng chính trong việc phát triển vi xử lý không phải là điều khó hiểu. Bởi GPU có năng lực tính toán và rất nhiều khả năng khác. Dưới đây là một số lĩnh vực sử dụng GPU.

Trong game: Dàn máy ở những phòng net “cỏ”, icafe game hay Cyber game đều sử dụng GPU. Với sự trợ giúp của GPU, các game thủ có thể trải nghiệm được những tựa game đỉnh cao với đồ họa cực chất. Hình ảnh chân thực, sắc nét, mượt mà, rõ tới từng chi tiết. Hiện nay, các Streamer và game thủ trải nghiệm những tựa game HOT như PUBG, LOL hay Call of Duty đều cần có sự hỗ trợ của GPU để xử lý.

– Trong đồ họa video, hình ảnh: Lõi CUDA core của CPU đóng vai trò rất quan trọng đối với những kỹ sư thiết kế công trình lớn. Bởi nó ảnh hưởng tới việc dựng hay vẽ hình. Đối với việc dựng video thì GPU sẽ tiếp nhận, xử lý các tập lệnh mà người dùng đưa ra. Bên cạnh đó, ở các trình làm video 2K, 4K, muốn preview không bị đơ hay giật, lag thì việc trang bị 1 GPU cao cấp sẽ giúp bạn tính toán, xử lý hiệu quả.

Những thước phim đẳng cấp nhờ sự hỗ trợ của GPU
Những thước phim đẳng cấp nhờ sự hỗ trợ của GPU

– Ứng dụng khác: Trong tương lai, với chức năng tính toán, GPU có thể được sử dụng trong các ngành y khoa, điện tử, nghiên cứu khoa học, tài chính, thăm dò dầu khí,… Đặc biệt là trí thông minh nhân tạo với những robot thay con người làm các công việc nặng nhọc.

Sự khác biệt giữa GPU và CPU là gì?

GPU là gì? Rất nhiều người nhầm lẫn giữa GPU và CPU. Tuy nhiên, cả 2 đều có những điểm khác nhau, ngay từ mặt khái niệm. Một bên là bộ xử lý trung tâm, một bên là bộ xử lý đồ họa. Bộ xử lý trung tâm CPU làm tốt vai trò của nó trong việc triển khai chương trình đa chức năng như xem phim, bảng tính, chơi trò chơi với đồ họa trung bình. Nếu đi sâu vào chi tiết thì GPU và CPU khác ở vi kiến trúc và cách thực thi lệnh.

Về mặt vi kiến trúc

Muốn biết sự khác biệt về mặt vi kiến trúc giữa GPU và CPU thì chúng ta cần xét tới các thành phần bên trong thiết bị. Đối với CPU, bạn sẽ thấy được bộ xử lý số học. Nhiệm vụ của bộ xử lý số học – logic này chính là thực hiện lệnh tính toán. Trong khi đó, bộ điều khiển có trách nhiệm điều khiển tất cả các hoạt động của bộ vi xử lý. Bên cạnh đó, bộ điều khiển cũng giúp ALU và bộ nhớ biết cách để thực hiện lệnh tính toán.

Bộ nhớ đặc biệt Cache có chức năng lưu trữ dữ liệu đang trong quá trình chờ xử lý CPU, hạn chế việc giảm tốc độ xử lý do CPU chờ bộ nhớ chính nạp dữ liệu. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên động có chức năng giúp bộ vi xử lý có thể truy cập vào mọi dữ liệu trên các bộ nhớ của máy.

Về mặt cấu trúc

Số lõi cũng như số lượng ALU  trong GPU nhiều hơn CPU. Bởi trong mỗi lõi trung tâm của CPU đều thực hiện nhiều phần mềm trong một thời điểm. Chức năng này giúp cho máy tính, laptop của chúng ta trong một lúc có thể thực hiện nhiều tác vụ. Lấy một ví dụ đơn giản như bạn có thể chạy 2 phần mềm Word và CocCoc một lúc nhờ vào 2 lõi của CPU. Trong khi đó, bên  trong bộ vi xử lý đồ họa chuyên dụng GPU có rất nhiều lõi con. Tuy nhiên, mỗi lõi này thực hiện một phần nhỏ của các bài toán trong cùng một lúc. Do đó, so với CPU thì GPU có thể thực hiện với mật độ tính toán cao hơn.

GPU có bộ nhớ cache nhỏ hơn CPU. Bởi để lưu các lệnh chờ xử lý thì CPU cần phải có nhiều bộ nhớ tạm hơn. Hơn nữa, trong CPU ít lõi hơn so với GPU.

Bộ nhớ cache của GPU ít hơn vì số lượng lõi nhiều để thực hiện nhiều lệnh trong cùng một thời điểm. Tựu chung lại, phương thức hoạt động của bộ xử lý trung tâm CPU là tính toán tuần tự. Trong khi đó, cách tiếp cận của bộ xử lý đồ họa GPU là tính toán song song.

CPU liệu có thay thế được GPU?

GPU là gì? Liệu CPU có thể thay thế được GPU? Đây đều là những câu hỏi nhận được sự quan tâm của nhiều độc giả. Như đã nói, chuyên môn của GPU chính là xử lý tác vị liên quan tới hình ảnh, tính toán. Trong khi đó, một chiếc máy tính cần phải xử lý một khối lượng công việc rất lớn. Do đó, GPU chưa thể thay thế hoàn toàn vị trí của CPU. Mặc dù vậy GPGPU thì lại hoàn toàn khác, nó đảm nhận rất nhiều chức năng. Vừa xử lý hình ảnh, vừa tính toán phức tạp, hiệu quả và thông minh như CPU.

CPU-vs-GPU
Liệu CPU có thay thế được GPU?

CPU ngày càng được cải tiến, có nhiều chức năng hiệu quả như xử lý đồ họa, xử lý hình ảnh phức tạp. Trong tương lai, có thể chúng ta sử dụng máy tính mà không cần tới CPU và GPU bởi CPU đã thay GPU thực hiện các nhiệm vụ. Mặc dù vậy, chiếc máy tính hiện đại, có CPU tích hợp GPU sẽ có mức giá cao hơn rất nhiều so với dòng máy dùng CPU thông thường. Và đương nhiên, không phải ai cũng có nhu cầu dùng tới GPU. Một chiếc máy tính với CPU đã đủ để họ có được trải nghiệm trọn vẹn nhất. Vì vậy, CPU thay thế được GPU hay không còn chờ vào cuộc cạnh tranh và đối đầu đầu giữa 2 “ông lớn” Intel và NVIDIA.

Như vậy, bài viết trên của chúng tôi đã giúp bạn hiểu rõ GPU là gì? cũng như những thông tin liên quan tới GPU. Để có thêm những kiến thức bổ ích khác, mời bạn theo dõi chuyên mục tin tức của chúng tôi nhé. Chúc bạn mạnh khỏe và thành công.

Chào mừng mọi người ghé thăm blog thủ thuật công nghệ Thanh Lý Cường Phát, tại đây tôi chia sẻ đến mọi người thủ thuật, hướng dẫn, bản tin mới nhất về công nghệ và máy tính.

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây