ما هو الفرق بين CPU و GPU و APU

CPU أو Central Processing Unit هي وحدة المعالجة المركزية والتي نلقبها أيضاً بالمعالج أو غالباً بــ Processor، هو العقل المدير لكل شيء في الكمبيوتر. في بداية نشأة أجهزة الكمبيوتر، كان يتم توزيع وحدة المعالجة المركزية على عدة رقائق منفصلة. ولكن من أجل العمل على تحسين كفاءة الطاقة وتقليل التكاليف المصنعية تم احتواء هذه الرقائق بقالب أو بشريحة واحدة، وتم تسميتها باسم المعالجات الدقيقة أو MicroProcessors. 

 

تقليل المساحة المادية لرقائق المعالجات المركزية ومعدلات استهلاك الطاقة المنخفضة كانت من أهم السمات التي لعبت دوراً أساسياً في التوصل إلى تطوير الأجهزة الأصغر حجماً والأكثر ذكاءاً. بغض النظر عن أجهزة كمبيوتر سطح المكتب، بفضل هذه السمات توصلنا لحواسيب الكل في واحد والحواسيب المحمولة واللوحية التي تستمر في طريقها لكي تكون أصغر حجماً وأقل سُمكاً وفي نفس الوقت لتكون أعلى في قدرات الحوسبة وتحليل البيانات. كما كان لديها الفضل في التوصل لابتكار الهواتف الذكية التي أصبحت أقوى من نظيرتها التقليدية.

المعالج المركزي هو المسؤول عن عمليات الحوسبة في جهاز الكمبيوتر، حيث يتم إرسال التعليمات المتواجدة في ذاكرة الوصول العشوائي إليه. هذا الأسلوب الروتيني في كيفية عمل النظام يمر غالباً بثلاثة مراحل مختلفة، المرحلة الأولى وتعرف بالجلب أو الاستدعاء ونطلُق عليها Fetch والمرحلة الثانية هي التشفير Coding والمرحلة الأخيرة وهي التنفيذ أو Execution، هذا يعني باختصار تلقي المُدخلات والعمل على فهم ماهيتها ثم إنشاء المخرجات على هيئة النتائج المطلوبة لبقية مكونات هاردوير الكمبيوتر. 

 

مما لا شك فيه أن المعالج المركزي هو الذي يأخذ على عاتقه تنفيذ كل شيء في جهاز الكمبيوتر، بدءاً من بداية تحميل نظام الويندوز أثناء مراحله الأولية في عملية الإقلاع، مروراً بمسؤوليته عن بدأ وتشغيل جميع البرامج، وحتى إجراء الحسابات والتحليلات. افتح برنامج الوورد أو الاكسيل لكتابة عدة أسطر أو إنشاء جداول بيانية وستجد على الفور أن المعالج المركزي اتخذ الأمر على محمل الجد وبدأ في استهلاك موارده. 

 

قد يهمك: أفضل معالجات للألعاب يمكن شراؤها في 2020

 

ولكن هناك بعض العمليات المُكثفة التي تحتوي على الكود المعقد، بيئة العمل هذه تضع على عاتقه عبء كبير قد يتسبب له في استنفاذ جميع موارده والعمل بكامل طاقته، كالألعاب على سبيل المثال، أو برامج التصميم الجرافيكي أو أدوات تحرير الصور ومقاطع الفيديو والتعديل عليها. ولهذا السبب ستلاحظ رؤية هذه التطبيقات في جميع مراجعات بينشمارك الطرف الثالث كأحد أهم معايير اختبار قوة أداء المعالج المركزي. في الحقيقة، حساب عدد الإطارات داخل الألعاب وحدها قد تكون كفيلة في معظم الأحيان على توضيح مدى قوة المعالج في تنفيذه لجميع المهام الأخرى.

خلال الآونة الماضية أصبحت جميع المعالجات المركزية متعددة النوى، أي أنها تحتوي على أكثر من معالج مركزي واحد بداخل نفس القالب أو نفس الشريحة، ولكننا نفضل تسميتها بالنواة، وكلما ازداد تعداد النوى بشريحة المعالج المركزي كلما كانت لديه القدرة الأعلى على تنفيذ المهام المتعددة MultiTask في فترات زمنية أسرع، ولكنها نفس العوامل التي تتسبب في ارتفاع سعره بشكل ملحوظ. 

 

تستخدم شركة إنتل تقنية الترابط Hyper-Threading لكي تجعل من المعالج المركزي رباعي النواة أن يعمل على هيئة معالج  ثماني النوى وكذلك بالنسبة للمعالجات التي تحتوي على 8 أو 12 أو حتى 24، طالما كانت داعمة لتقنية الترابط، فهي تعمل وكأنها ضعف عدد النوى، على الرغم أن تقنية HT تعمل على مضاعفة عدد النوى إلا أنها لا تخلق نوى حقيقية، بمعنى، أنها لا تتسبب في تسريع الأداء الأصلي للمعالج، ولكنها تساعده على التعامل مع عدد أكبر من الأوامر والمهام في نفس الفترة الزمنية، وهو ما يؤول في النهايه بتعزيز مستوى الأداء مع بعض الألعاب أو برامج الأعمال التي تتطلع لاستخدام موارد المعالج بشكل مكثف.

 

بعد ذلك لحقت بها شركة AMD وطورت تقنية خاصة بها وتسمى SMT وهي شبيهة تماماً بتقنية الترابط لدى إنتل، إذا كنت تحتاج أن تعرف المزيد عن هذه التقنية فيجب أن تلقي نظرة على ما هي تقنية الترابط Hyper-Threading بالمعالج المركزي. وإذا كنت تشعر بأن هذه المعلومات بدأت تثير  فضولك لمعرفة المزيد فربما تحتاج أن تعرف هل يمكن تركيب اكثر من بروسيسور في جهاز كمبيوتر واحد.

وحدة المعالجة الرسومية GPU

 

على الرغم من التطور المذهل في أداء المعالج المركزي إلا أنه لا يزال يحتفظ ببعض نقاط الضعف، ومن أهم هذه النقاط هي الرسومات الجرافيكية. المعالج المركزي يتلقى التعليمات ويعمل عليها في خطوات خطية. بينما تتطلب وحدة المعالجة الرسومية كم هائل من البيانات التي ينبغي أن تتم معالجتها والعمل عليها جميعاً بالتزامن وفي وقت واحد. الميزة في وحدة المعالجة الرسومية أو كارت الشاشة أنها تتولى مسؤولية العمل على البيانات الجرافيكية المعقدة وإزالة عبء ثقيل من على عاتق المعالج المركزي. 

 

في الغالب يتم تجهيز أجهزة حواسيب سطح المكتب والحواسيب المحمولة بوحدة معالجة مركزية CPU ووحدة معالجة رسومية منفصلة GPU، ولكن في بعض الحواسيب الاقتصادية التي تحاول أن تكون أرخص في النطاق السعري تحاول الاعتماد على المعالجات الرسومية المدمجة بنفس قالب المعالج المركزي بدلاً من الاعتماد على وحدة معالجة رسومية منفصلة، هذا المعالج الرسومي المدمج نلقبه في الغالب بــ iGPU اختصاراً لكلمة Integrated GPU-إذا لم تكن متأكد هل تمتلك وحدة معالجة رسومية منفصلة أم مدمجة باللاب توب قم بالنقر فوق مفتاحي Windows+R واكتب في نافذة Run الأمر DXDIAG ثم وافق على فتح النافذة، وقم بفحص تبويب Display.

 

على الرغم من تشابه وظائف وحدة المعالجة المركزية والرسومية مع بعضهما البعض، إلا أن لكل منهما طريقة خاصة في تنفيذ هذه المهام. إذ يتم تجهيز المعالج الرسومي بمئات أو غالباً بآلاف النوى لكي يتمكن من تنفيذ مليارات العمليات الحسابية في الثانية الواحدة، وهي بيئة العمل المناسبة للتعامل مع البيانات الجرافيكية المعقدة الخاصة بالألعاب والمشاهد الرسومية لمقاطع الفيديو ببرامج الملتيميديا. 

 

الميزة في امتلاك بطاقة رسومية (كارت الشاشة) منفصلة أنها تأتي مقترنة بذاكرة وصول عشوائي خاصة بها ونلقبها بذاكرة الفيديو رام. بينما تستند وحدة المعالجة الرسومية المدمجة iGPU بقالب المعالج المركزي على مشاركة عمليات التخزين مع ذاكرة الوصول العشوائي الأساسية الخاصة بالنظام (رامات الكمبيوتر). بالتأكيد الذاكرة المقترنة بالبطاقات الرسومية المنفصلة هي الأفضل والأسرع إذ تسمح بتخزين المشاهد والصور الرسومية المكتملة التي تمت معالجتها -قبل أن تتخلص منها- لحين احتياج المعالج الرسومي لعرضها مرة ثانية، وهكذا هي تساعد على تحسين مستوى الأداء في تجارب الألعاب أو حتى مشاهدة مقاطع الفيديو.

تعتبر المعالجات الرسومية المنفصلة (البطاقات الرسومية أو كروت الشاشة) واحدة من أفضل الترقيات التي يمكن للمستخدم أن يقوم بها، وعلى الرغم من ارتفاع أسعارها إلا أنك ستجد دوما ما يناسب ميزانيتك، ولكن تغيير البطاقة الرسومية في حد ذاته إلى بطاقة أقوى أحد أهم الترقيات المطلوبة لهواة ألعاب الفيديو ومستخدمي البرامج الإنتاجية والاحترافية. فتسمح لهم بالخوض في تجربة استخدام مختلفة تماماً وتحقق لهم قفزات عالية في الأداء مقارنة بالنتائج التي كانوا يحصلون عليها من بطاقاتهم الرسومية القديمة أو المعالجات الرسومية المدمجة.

وحدة المعالجة المُسرعة APU

ولتقليل الحجم المادي للرقائق الإلكترونية وتكاليف التصنيع، وجد المصنعون طريقة ذكية لدمج جميع المكونات الإلكترونية الأساسية بداخل رقاقة فردية واحدة. هيكلة هذه الرقائق هي ما عرفت باسم SoC اختصاراً لكلمة Silicon-On-a-Chip، حيث جمع هذا التصميم الجديد جميع الأجزاء الإلكترونية في قالب واحد، وهو ما أدى إلى تطوير الحواسيب والهواتف الذكية بتكاليف منخفضة. بالإضافة إلى ذلك ساعد هذا على تطوير معالجات ARM وهي أولى المعالجات المركزية المستخدمة في الهواتف الذكية.

 

ولكن قبل رقاقة Sillico-On-Chip كانت هناك وحدة المعالجة المسرعة APU أو Accelerated Processing Unit. هذه الرقاقة جمعت بين المعالج الرسومي والمعالج المركزي في رقاقة إلكترونية واحدة، هذه المعالجات الرسومية المدمجة بقالب المعالج المركزي كانت من تصميم AMD، ولقبتها الشركة بالمعالجات المُسرعة أو APUs. الاختلاف الوحيد بين المعالج المُسرع APU والمعالج الرسومي المدمج الخاص بشركة إنتل iGPU هو طريقة نقل البيانات بين كلتا الرقاقتين. 

 

حيث يمكن للمعالج المُسرع أن يدعم بما تسمى معمارية النظام المتغايرة أو Heterogeneous System Architecture والتي أتاحت الفرصة ليكون المعالج المركزي والرسومي المدمج بنفس ناقل البيانات الواحد، وهو ما لم يؤدي إلى كفاءة الطاقة الأعلى فحسب، وإنما السرعة الأعلى في تقليل زمن انتقال البيانات، حيث يتم ضغط العديد من الخطوات التقليدية في جمع التعليمات والعمل على تنفيذ الأوامر والمهام من خلال مشاركتها مع ذاكرة الوصول العشوائي بطريقة أفضل وفي فترات زمنية أسرع.

 

الأمر الطبيعي أثناء الاعتماد على معالج رسومي منفصل يتم تقويض هذه المكاسب بسبب المسافة المادية وسرعات نقل البيانات بين الرقائق الإلكترونية وبعضها البعض، ولكن أثناء الاعتماد على مُعالج مُسرع فهناك فرصة أفضل لتحقيق المكاسب من وراء دمج جميع وظائف عمليات الحوسبة بداخل رقائقة إلكترونية واحدة. على الرغم من كل هذا إلا أنها لا تؤدي بنفس الأداء الذي نحصل عليه من البطاقات الرسومية المنفصلة بسبب تعداد النوى الأكبر والمكونات الإلكترونية الدقيقة الأكثر عدداً في كروت الشاشة المنفصلة، لكن في النهاية تعتبر معالجات APUs من الحلول الذهبية إذا كنت تفكر في بناء منصة ستعتمد على معالج رسومي مدمج. 

قامت شركة AMD بتطوير APUs في البداية، ولكن سريعاً ما لحقت بها شركة إنتل وقامت بتطوير معالجات رسومية مدمجة بقالب وحدة المعالجات المركزية. يعد الاختلاف الوحيد بين شركة AMD وشركة إنتل أن شركة AMD تنتج خط إنتاج مخصص لمعالجات APUs على عكس الشركات الأخرى فهي تدمج هذه المعالجات بداخل نفس خطوط الإنتاج الرئيسية.