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GPUとは?CPUとの違いと役割を例え話でやさしく解説

メモリん

ねえテツ、ゲームやってる友達が「GPUがしょぼいから重い」って言っててさぁ。じーぴーゆー?日本語でよろ(・_・)?

ギガテツ

あー、GPUな。パソコンん中にいる「絵を出す担当」だわ☆彡

メモリん

担当?え、パソコンの計算ってCPUが全部やってるんじゃないの?まって、担当が分かれてんの?

ギガテツ

そーなんだわ。しかもこの2人、得意なことが真逆なんだよな(・∀・)

ガラケーを見ながらキョトンとするメモリんと、横で説明を始めようとするギガテツ

GPUとは

GPU(Graphics Processing Unit / 日本語では画像処理装置)は、画面に映す映像や3Dグラフィックスの計算を専門に担当する部品です。単純な計算をとても多く、同時並行でこなすことを得意としています。この性質から、現在ではゲームや動画編集だけでなく、AIの学習など画像以外の計算にも広く使われています。

GPUを例えると「体育祭のカードスタンド」

ギガテツ

GPUってのはさぁ→体育祭のカードスタンドなわけ。応援席の全員が色つきの板を持っててさ、号令で一斉にバッて掲げると、スタンド全体にデカい絵が浮かび上がるやつ☆彡

メモリん

人文字のやつね。てか例えが体育祭て。テツいくつなの

ギガテツ

うるせぇって(≧▽≦) いいか、CPUが実行委員長で、GPUがスタンドに座ってる何千人。これが役割分担なわけ。

体育祭の応援スタンドの前で色板を持ち、得意げに解説するギガテツ

なぜGPUだと速いのか

メモリん

それってつまり、委員長が一人で絵を作ろうとしたらどうなんの?

ギガテツ

日が暮れるわ。委員長は頭いいけど手は2本じゃん?板を1枚ずつスタンド駆け上がって置いてったら、絵ができる前に閉会式だっての。

ギガテツ

逆にスタンドの一人ひとりは、やることが「自分の色の板を上げる」だけ。すげぇ単純。でも号令ひとつで全員が同時に動くから、一瞬で絵が出るわけ。

メモリん

あー、画面もそういうことか。えっと、画面って細かい点の集まりなんだよね?

ギガテツ

そこな。画面はちっちゃい点が何百万個も並んでできてんの。点1個=スタンドの席1つ。「この席は赤」「この席は青」を全部いっぺんに決めねぇと、絵が出ねぇんだわ。1個ずつ決めてたら間に合わねぇっしょ?

メモリん

じゃあもう委員長いらなくない?スタンドの人たちだけでよくない?

ギガテツ

それが無理なんだわ。「どの席が何色か」の指示を配るのは委員長の仕事。あと予算の計算とか、雨降ったら中止の判断とか、種類の違う仕事は委員長しかできねぇ。板を上げる人に「予算やっといて」は通じねぇじゃん?

ギガテツ

あとスタンドの全員、自分の足元に板の束を置いてるっしょ。あれがVRAMっつってGPU専用のメモリな。毎回校舎まで取りに戻ってたら遅ぇから、手元に置いとくわけ。

メモリん

ねえ、あたしのパソコンにもそのスタンドいんの?ゲームとかしないんだけど!

ギガテツ

ほぼ入ってる。ただCPUに内蔵された小さめのスタンドな。ネットとか動画くらいならそれで足りる。ゲームや動画編集ガチるやつは、グラボ(グラフィックボード)っつー部品を追加して、デカいスタンドを別に用意すんの。

色板を頭の上に掲げて納得した顔をするメモリん
メモリん

あ゛ー!わかったかも(☆∀☆) つまりGPUって、すごく単純な作業を何千人で一斉にやる係ってコトね!委員長=CPUがひとりでやると遅いけど、種類の違う仕事や指示出しは委員長じゃないと無理。だから2人セットなんだ!

この例えで気をつけたいところ

カードスタンドの一人ひとりは「板を上げる」以外のことをしませんが、GPUの中身(コア)は、小さいながらも計算のできる装置です。「同じ命令で一斉に動く」点は似ていますが、実際には一人ひとりが自分に割り当てられた数字を使って、それぞれ違う答えを出しています。AIの学習にGPUが使われるのも、絵を描いているからではなく、単純な計算を大量に同時進行するという作業の形が映像処理とよく似ているからです。

まとめ

  • GPUは、映像などの単純な計算を大量に同時進行で処理することに特化した部品です。
  • CPUは複雑で種類の異なる仕事を順にこなす役割で、GPUとは得意分野が異なります。パソコンはこの2つの役割分担で動いています。
  • 多くのパソコンにはCPU内蔵の小型のGPUが入っており、3Dゲームや動画編集など重い処理をする場合に、グラフィックボード(グラボ)を追加します。
  • 近年はAIの学習など、映像以外の分野でもGPUが使われています。計算の「形」が似ているためです。