【IT用語】結局GPU(グラボ)って何!?図解を使って徹底解説!!

IT用語

GPU(グラフィックボード)とは、主にグラフィック専用の処理を行うCPUのようなパーツです。非常に高性能なため、機械学習などにも使用されたりします。

GPUとCPUの違い

GPUとは何か?

GPUはPC上でどんな役割をもち、どういった動作をしているのでしょうか。
この記事では、GPUの概要、スペックによる違い、GPUの選び方について順を追って説明します。

GPUの概要
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まず、GPUとは具体的にどのようなものか説明します。

どのような役割があるか
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GPUは、PCにおいてグラフィック専用の処理を担うパーツです。
グラフィックの処理は通常の処理とは少し勝手が違うため、CPUはあまり得意ではありません。
そのため、グラフィックの処理はそれ用に特化させたパーツに任せてしまおう、という目的でGPUは取り入れられました。

PCでどのように動作しているか
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GPUは次のような見た目をしており、チップの並んだボードと冷却ファンから構成されています。

GPUの見た目

それでは、GPUの動作についてもう少し詳しく説明しましょう。

グラフィックの処理は、3次元座標の計算やピクセル(画面上の点)ごとの計算などの同じような計算をたくさん行います。これらの処理はそれぞれが独立しており、互いに影響を及ぼしあいません。つまり、すべての計算を同時に行えば非常に短時間で処理が完了します。

GPUは処理用のチップ(コア)が何千個も集まってできています。CPUのコア数が10個程度なのを鑑みると、いかに多いかがわかると思います。
一つ一つのコアの能力はCPUに劣りますが、同時にできる処理の数は圧倒的にGPUのほうが多いです。

GPUの動作

CPUとの違い
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CPUは一つの連続した処理を得意とします。
通常はそのような処理方法で問題ないのですが、グラフィック処理のような単純な計算を膨大な数行うという特殊な処理はCPUの設計と相性が良くありません。

それに対して、GPUはたくさんの単純な処理が得意です。

CPUが一から料理を作れる料理人なのに対し、GPUは焼く作業にだけ特化しているイメージです。

GPUとCPUの違い

プログラミングする上でのGPUの重要性
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通常の開発においてGPUが活躍する場はあまりありません。
しかし、膨大な単純処理を行う機械学習はGPUと非常に親和性が高いです。
機械学習にGPUを用いると、CPUの何倍も早く処理ができるため、そのような分野においてGPUの性能は非常に重要になるでしょう。

スペックが高いと何が変わる?
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実際に販売されているGPUを調べてみると、一万円を切るものから十万円以上するものまであり驚かれると思います。いったいそこになんの違いがあるのでしょうか。

性能が高いとどんなメリットがあるのか?
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はじめに言っておくと、GPUによって恩恵が得られる場面は非常に限定的です。
主にGPUの性能が重要になってくるのは、ゲーム、動画編集、3DCG、機械学習といったことを行う場合です。

性能の高いGPUを使うメリットとしては、
ゲームであれば高解像度、高フレームレートの実現、
動画編集や3DCGなどであればレンダリング時間の短縮、プレビュー時の快適性、
機械学習であれば実行時間の短縮、
などが挙げられます。

ゲームの例

性能が低いと起こること
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あまりにも低性能だと、やりたいゲームがあってもプレイできなかったり、動画編集もままならないといった問題が生まれます。
ただ、上で述べたような非常に高いグラフィック性能を必要とする作業でなければ、ある程度の性能があればそれほど不便に感じることはないでしょう。

GPUを選ぶときに何に気をつければいい?
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それでは、あなたが実際にPCを購入する際、どんなGPUを選べば良いか詳しく解説します。

NVIDIAとAMD
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現在GPUチップセットを製造しているメーカーは、NVIDIAとAMDの二つあります。
基本的な性能にあまり違いはありませんが、NVIDIA製は機械学習に強かったり、AMD製はFluidMotionという独自のフレーム補完機能が使えたりと機能面で大きな違いがあるので注意が必要です。

また、同じGPUチップセットでも、様々なメーカーからグラフィックボードが生産されています。
これらは性能が微妙にブーストされていたり、冷却性能が高かったり、映像出力端子が異なったりといった違いが存在するので確認が必要です。

自分の用途にはどんなGPUを選べばいいか
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GPUの用途は非常に限られるため、ゲームや動画編集などグラフィックに関わること、もしくは機械学習をしない限り優先度は低いです。
しかし、それらをするのであればGPUの性能はとても重要になってきます。
使用する予定であるソフトのスペック要件を一度確認し、どのグレードのものを選ぶか検討しましょう。

スペック表の見方
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次に、実際に販売されているグラフィックボードのスペックを例に、グラフィックボードを選ぶ際に確認すべき主なスペックについてさらに説明します。

スペック 説明
NVIDIA GeForce RTX 2070 SUPER グラフィックボードの搭載チップで、これが一番大事な要素になります。まずはこれを決めてからグラフィックボードを選ぶ流れになります。
GDDR6 8GB 搭載されているメモリです。画像を扱う場合はここがボトルネックになる場合があるので、画像処理や高解像度のテクスチャを用いる3DCGなどを行う場合に重要になってきます。
PCI Express 3.0 x16 バスインターフェイスと呼ばれ、PCとグラフィックボードをつなぐ端子の規格です。マザーボードに同じ端子が存在していれば接続することができます。基本的にPCI Express 3.0 x16であれば問題ないでしょう。
HDMIx1 DisplayPortx3 接続できるディスプレイ端子を示しています。使っているディスプレイと同じ端子が使えるか確認しましょう。

映像端子

GPUの確認方法
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最後に、皆さんがお使いのPCにどのようなGPUが搭載されているか確認する方法を紹介します。

Macの場合

デスクトップ左上のAppleロゴをクリックし、「このMacについて」を選択します。

MacでのCPU確認1

表示されるウィンドウに記載されている"グラフィックス"の欄が搭載GPUを示しています。

MacでのGPU確認2

Windowsの場合

タスクバー上のWindowsロゴを右クリックし「タスクマネージャー」を選択します。

WindowsでのGPU確認1

タスクマネージャーの「パフォーマンス」のタブにGPUが記載されています。

WindowsでのGPU確認2

まとめ
  • グラフィック専用のパーツで、並列処理が得意
  • ゲーム、動画制作、3DCG、機械学習の際に重要
  • 二つのメーカーがあり、機能に違いがある