CPU vs. GPU: Qual é a diferença?

Se você já construiu seu próprio computador – ou apenas leu sobre isso – você já deve ter percebido que uma CPU e uma GPU são duas coisas muito diferentes. Mas qual é a diferença exatamente e como isso funciona na prática?

O que são CPUs e GPUs?

A resposta curta é que a CPU, abreviação de unidade central de processamento, embora também chamada de “processador”, executa seu computador. É o hub central do seu dispositivo e gerencia todos os processos que o fazem funcionar. Se você não tem uma CPU, você não tem um computador, apenas um peso de papel de última geração.

A GPU, ou unidade de processamento gráfico, também chamada de “placa gráfica”, executa os gráficos exibidos na tela. As GPUs também são vitais para o funcionamento do seu computador, sem elas nada seria exibido na tela. Dito isso, eles nem sempre precisam ser uma GPU discreta ou separada; muitas CPUs, especialmente para laptops, possuem GPUs integradas.

Essas placas gráficas integradas, no entanto, não têm muito poder. Se você deseja executar gráficos de alta qualidade para jogos ou software gráfico avançado, como modeladores 3D, precisará de uma GPU discreta. Eles só têm muito mais poder.

Onde você vai encontrá-los

Porque uma CPU é tão, bem, central, eles são onipresentes: não há um único dispositivo digital que não tenha um. Smartphones e dispositivos inteligentes geralmente têm muito pequenos que não consomem muito poder de computação, enquanto supercomputadores terão redes massivas de CPUs que podem fazer cálculos que fariam seu telefone arrotar fumaça em minutos.

As GPUs discretas são muito mais especializadas. Eles geralmente são encontrados apenas em laptops e PCs comercializados para gamers – na verdade, eles são o maior mercado, já que a maioria dos jogos top de linha hoje em dia exigem um grande poder de computação gráfica. Os artistas visuais são os outros grandes compradores de GPUs, pois precisam renderizar imagens com rapidez e detalhes, algo que uma GPU integrada a uma CPU não pode fazer tão bem.

No entanto, não são apenas jogadores e artistas que usam GPUs. Eles também são muito usados ​​em aprendizado de máquina e mineração de criptografia, por motivos que abordaremos em breve.

Como funciona uma CPU versus uma GPU

A CPU e a GPU fazem coisas diferentes devido à maneira como são construídas. Uma CPU executa processos em série – em outras palavras, um após o outro – em cada um de seus núcleos. A maioria dos processadores tem de quatro a oito núcleos, embora CPUs de ponta possam ter até 64.

Quando o computador estiver em execução, cada núcleo executará um processo mais ou menos por si só, como registrar suas teclas enquanto digita. Enquanto isso, outros núcleos estarão lidando com todos os outros processos que você vê em execução no Gerenciador de Tarefas do Windows (ou eles estarão esperando para serem executados). Como ele gerencia tarefas em série e dedica uma grande parte de seu poder de processamento a cada tarefa, ele é executado – e alterna entre a execução de diferentes processos – na velocidade da luz.

Uma GPU aborda a computação de maneira diferente. Quando recebe uma tarefa, uma GPU a subdivide em milhares de tarefas menores e as processa todas de uma vez, de forma concorrente e não em série. Isso torna as GPUs muito mais adequadas para lidar com grandes processos compostos de muitas partes pequenas, como gráficos 3D.

Por exemplo, em um jogo o que você vê é basicamente um campo de polígonos. Cada polígono é preenchido individualmente pela GPU ao mesmo tempo e, considerando que pode haver milhares deles, é realmente impressionante a fluidez com que as GPUs podem fazê-lo. Você pode até ver por si mesmo quando sua GPU falha durante o jogo, pois você obtém grandes blocos de texturas na tela.

Quando usar uma CPU versus uma GPU

Por funcionarem de forma tão diferente, CPUs e GPUs têm aplicações muito diferentes. O processamento serial é o que faz um computador funcionar. Se você tentasse executar um PC usando processos simultâneos, não funcionaria muito bem, pois é difícil subdividir digitando uma redação ou executando um navegador. As CPUs podem dedicar muita energia a apenas algumas tarefas, mas, como resultado, executam essas tarefas muito mais rapidamente.

As GPUs, por outro lado, são muito mais eficientes que as CPUs e, portanto, são melhores para tarefas grandes e complexas com muita repetição, como colocar milhares de polígonos na tela. Se você tentasse fazer isso com uma CPU, ela simplesmente travaria, se funcionasse.

GPUs não são apenas sobre gráficos

A ideia de que as CPUs executam o computador enquanto a GPU executa os gráficos foi consolidada até alguns anos atrás. Até então, você raramente via uma placa gráfica para qualquer outra coisa além de jogos ou processamento visual (gráficos 3D ou edição de imagem e vídeo).

No entanto, isso sofreu uma mudança drástica nos últimos anos graças a duas mudanças importantes na maneira como usamos os computadores. O primeiro é o aprendizado de máquina (também chamado de aprendizado profundo), que requer processamento simultâneo intensivo devido à maneira como gerencia os dados.

Como este artigo explica com muito mais detalhes, cada bit de informação processado por um algoritmo de aprendizado profundo passa por vários filtros, chamados de pesos. Considerando que existem muitos filtros e muitos pontos de dados, executar isso em uma CPU levaria uma eternidade. Uma GPU é muito mais adequada para a tarefa.

GPUs e mineração de criptografia

As GPUs também são populares na mineração de criptomoedas, por um motivo semelhante. Para obter novas moedas, você geralmente precisa resolver uma equação criptográfica complicada que desbloqueará a próxima seção do blockchain. Força bruta é a palavra-chave aqui, pois quanto mais poder de processamento você colocar em uma dessas equações, maior a chance de resolvê-la rapidamente.

As GPUs têm uma vantagem dupla sobre as CPUs, porque não só podem trazer mais poder de processamento graças à sua eficiência, mas também são equipadas com processadores matemáticos especializados, chamados de Unidades Lógicas Aritméticas (ALU). As ALUs ajudam os gráficos a renderizar mais rapidamente, mas também são uma dádiva de Deus para quem procura resolver problemas matemáticos complicados.

Na verdade, as GPUs se tornaram tão populares entre os mineradores de criptomoedas que causaram uma escassez mundial de placas gráficas, que mal está diminuindo no momento em que escrevo em dezembro de 2021. Percorremos um longo caminho desde os dias em que as placas gráficas eram usadas apenas por jogadores.