CPU, GPU và chip nhớ khác nhau thế nào?

Bạn sẽ học được gì

• Phân biệt nơi tính toán với nơi giữ dữ liệu.
• Giải thích vì sao CPU và GPU có thể cùng tham gia một việc.
• Theo dõi một ví dụ xử lý ảnh đơn giản.

Cần biết trước

Đọc bài nền tảng được liên kết ở phần điều kiện tiên quyết. Bài này chỉ giải thích nguyên lý, không yêu cầu lắp hay tháo thiết bị.

CPU và GPU khác cách chia việc thế nào?

CPU chạy các lệnh cần cho chương trình và hệ điều hành. Nó phù hợp với nhiều loại việc, nhất là chuỗi công việc mà bước sau phụ thuộc bước trước. GPU có nhiều lõi nhỏ chuyên dụng hơn, phù hợp chia một công việc thành nhiều phần tương tự để xử lý song song.

Vì vậy không thể kết luận GPU luôn thay được CPU. Phải xét công việc có chia được hay không và phần nào cần kết quả của phần trước.

• Trái — CPU: xử lý lệnh
• Giữa — GPU: chia việc song song
• Phải — bộ nhớ: giữ dữ liệu

Chip nhớ giữ vai trò gì?

Trong mô hình CPU ở đây, bộ nhớ lệnh cung cấp lệnh, bộ nhớ dữ liệu cung cấp hoặc nhận dữ liệu. Thanh ghi là vùng giữ toán hạng và kết quả ngay trong bộ xử lý. Giữ một giá trị và thực hiện phép tính trên giá trị đó là các nhiệm vụ khác nhau.

Bộ nhớ nhiều hơn không tự đổi quy tắc của phép tính. Khi đọc sơ đồ máy, hãy hỏi dữ liệu đang ở đâu, ai yêu cầu đọc nó và ai dùng kết quả.

Các phần phối hợp thay vì thay thế nhau

Xét thiết kế minh họa cho một ứng dụng chỉnh ảnh: CPU đọc yêu cầu của người dùng, phần xử lý nhiều điểm ảnh tương tự có thể giao cho GPU, còn dữ liệu ảnh phải được giữ để xử lý. Đây là phân vai minh họa, không mô tả mọi ứng dụng chỉnh ảnh.

Một số CPU có GPU tích hợp cùng chip. Cùng vỏ không có nghĩa là cùng chức năng: vẫn cần phân biệt phần chạy việc tuần tự, phần xử lý song song và nơi giữ dữ liệu.

Ví dụ để tự kiểm tra

Lấy một bức ảnh và yêu cầu “làm sáng toàn bộ ảnh” trong một ứng dụng chỉnh ảnh giả định. CPU nhận yêu cầu của người dùng và điều phối công việc. Việc làm sáng từng điểm ảnh gần như giống nhau và điểm ảnh này không cần chờ kết quả của điểm kia, nên có thể chia cho nhiều lõi nhỏ của GPU cùng làm. Dữ liệu ảnh nằm trong bộ nhớ; thanh ghi giữ các giá trị đang được tính ngay trong bộ xử lý.

Đổi sang một việc khác: cộng dồn từng số của một danh sách, trong đó mỗi bước cần tổng của bước trước. Phần này không chia song song dễ dàng, nên là loại việc CPU xử lý tuần tự. Hai ví dụ cho thấy cùng một máy có thể dùng cả hai kiểu xử lý, và câu hỏi đáng đặt là việc có chia được hay không. Nếu trong sơ đồ của bạn bộ nhớ là nơi quyết định cách làm sáng ảnh, hãy xem lại vai trò đó.

Câu hỏi thường gặp

GPU có chỉ dùng cho hình ảnh không?

Không. Xử lý song song còn được dùng cho các tác vụ như tính toán AI.

Có GPU tích hợp thì còn cần CPU không?

Không. Tích hợp là cách bố trí các phần có nhiệm vụ khác nhau.

Tóm tắt

• CPU thực hiện lệnh và xử lý nhiều loại công việc.
• GPU phù hợp với nhiều phần việc có thể chạy song song.
• Bộ nhớ giữ lệnh và dữ liệu cho quá trình xử lý.