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コンピュータゲームや映像作品など、3Dグラフィックスを駆使した画面描写は非常に美しいものです。
これらを処理するには、コンピュータのCPU（Central Processing Unit：中央演算処理装置）の性能が高いことはもちろんですが、高い画像処理性能が求められます。
こうした高い性能を求められる画像処理に特化した半導体プロセッサのことをGPU（Graphics Processing Unit）と呼び、現在のコンピュータではCPUに並ぶ性能を持つ部品の一つとなっています。
今回は、このGPUについて詳しく解説します。
目次
GPUとCPUの違いは何？
コンピュータで高い演算能力を持ち、計算などの処理を行う部品といえば皆さんの多くはCPU（Central ProcessingUnit：中央演算処理装置）を思い浮かべるのではないでしょうか。
CPUは、コンピュータ全体の計算処理を担う半導体で、コンピュータの高い性能を実現するためには欠かせないパーツです。
連続的な計算処理を得意とし、人間に例えると脳にあたります。
このCPUと同じくらい高い性能を持ち、高度で複雑な画像処理を行う半導体がGPU（Graphics Processing Unit）です。
並列的な計算処理を得意とします。
つまり、GPUとは「コンピュータ上で画像処理を専門に行う半導体」であると言えます。
CPUとGPUの違いを、VR（Virtual Reality）を例に考えてみましょう。
VRは「限りなく実体験に近い体験を得られる」として、ゲームや音楽のライブでの利用が進められています。
VRを利用したゲームでは、高解像度の映像をわずかな遅延で映し出すため、膨大な計算処理を必要とします。
GPUは、VRゲームの映像描写に関する計算処理を担当し、リアルな体験を人々に提供します。
しかし、GPUによる映像が「ゲーム」として成立するためには、人々が操作した内容を画面に反映させる必要がありますよね。
このような映像描写以外のコマンドなどの処理を担当するのがCPUです。
なぜGPUが必要となった？
かつてのコンピュータには、CPUはもちろんありましたが、GPUとまで呼べる半導体は搭載されていませんでした。
もちろん、画面表示を行う必要があるのでVGAチップやグラフィックチップなどと呼ばれる半導体は搭載されており、ディスプレイへの表示など画像処理に関する役割を担当していました。
しかし、3Dグラフィックスを多用するゲームをはじめとした高度な画像処理を行うには、画像処理に特化した高度な処理装置が必要となりました。
これがCPUに匹敵するような高い性能を持つようになったことから、GPUと呼ばれるようになりました。
GPUの種類や向き不向き
一括りにGPUといってもいくつかの種類があります。
そして、ゲームや3Dグラフィックスなど用途にも向き不向きがあります。
GPUの種類
画像処理を行うGPUは、大きく分けて以下の2種類があります。
単体型GPU
単体のプロセッサで構成されるGPUのことで、マザーボード上に搭載されているケースと、グラフィックボードで後付けされているものがあります。
後述するCPU統合型と比較して性能が高いのが特徴です。
ただし、性能が高い反面「発熱量が多い」「消費電力が多い」といった特徴もあります。
主なベンダー、製品としては、以下の通りです。
NVIDIA: GeForceシリーズ
AMD：Radeonシリーズ
CPU統合型GPU
単体のプロセッサで構成されるものと違い、CPUに内蔵されているGPUです。
統合型GPUの特徴としては、「単体のものに比べて性能は低いが、低価格でコストパフォーマンスが良い」「発熱が少ない」「消費電力が少ない」といったものがあります。
主なベンダー、製品としては、以下の通りです。
Intel：Irisシリーズ
AMD：Radeonシリーズ
種類ごとの向き不向き
GPUには単体型とCPU統合型があり、それぞれに特徴があることを解説しましたが、それを踏まえて両者がそれぞれどういった分野や業務に向いているのかということについて見ていきましょう。
＜単体型GPU＞
- 3Dグラフィックスなど画像処理
- 動画などの映像処理
- 3Dグラフィックスなどを多用したゲーム
など
高い画像、映像処理をすることが可能となっており、デザインなどクリエイティブな業務にも力を発揮します。
＜CPU統合型GPU＞
- 文書作成などの事務作業
- インターネットの閲覧やメールなど
- プログラミングなど
など
CPU統合型GPUは、画面処理などに高い性能を必要としない事務作業などに向いています。
また、消費電力が低くバッテリーの持ちが良くなるので、外出先でモバイル利用する場合にも向いていると言えます。
新しい分野で注目されるGPU
GPUは非常に高い画像処理性能を持つ半導体です。
そして、最近では高い処理能力を持つことから利用される場面は大きく広がりを見せています。
たとえば、GPUの高い処理能力を生かしたGPUサーバーです。
GPUサーバーは、これからの大きな展開が期待されているAIなどの分野でも活用されています。
AIの分野ではビッグデータなどの膨大なデータをディープラーニングの手法を用いてAIに学習させることによって、コンピュータが精緻な予測や正確な判断ができるようになりますが、この際に必要な高い処理能力はGPUが担っています。
このようにGPUは、これから利用が進展していくと考えられる新しい分野でも大きな役割を果たしています。
まとめ
コンピュータでディスプレイ出力のための描画や画像、動画処理などに関わる働きをしているのがGPUです。
GPUには、今回紹介したように「単体型」「統合型」の2種類があり、それぞれ以下のような特徴を持っています。
単体型
- 性能が高い。
- 発熱する。
- 消費電力が多い。
統合型
- 性能は高くない。
- 消費電力が低い。
- コストパフォーマンスが良い。
したがって、PCを買い換えるといった場合には、こうした違いを把握して自分の目的にあわせて選択する必要があります。
加えて、GPUが高い処理能力を持つが故に、AIなど新しい分野で使われ始めているということも興味深い内容として紹介しました。
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| 初期費用 | 350,000円 | 600,000円 | 800,000円 |
| 月額費用 | 50,000円 | 75,000円 | 85,000円 |
| メモリ | 32GB | 96GB | 96GB |
| CPU | 1 CPU Xeon Bronze 3204 1.90GHz（最大1.90GHz） 6C／6T 8.25MBキャッシュ | 1 CPU Xeon Bronze 3204 1.90GHz（最大1.90GHz） 6C／6T 8.25MBキャッシュ | 1 CPU Xeon Bronze 3204 1.90GHz（最大1.90GHz） 6C／6T 8.25MBキャッシュ |
| GPU | 1 GPU NVIDIA RTX-4000 （8GB GDDR6） | 1 GPU NVIDIA RTX-5000 （16GB GDDR6） | 1 GPU NVIDIA Tesla V100 （32GB GDDR6） |
| ディスク容量 | SSD 1TB×4本 | SSD 1TB×4本 | SSD 1TB×4本 |
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