統合グラフィックスとは、CPU ( 中央処理装置 ) と同じパッケージに組み込まれた GPU ( グラフィックス プロセッシング ユニット ) を指します。愛好家コンピューター界では、統合グラフィックスはしばしば嘲笑されますが、GPU 設計へのこのアプローチには多くの重要な利点があります。
グラフィックスには特殊なハードウェアが必要です
ビデオ ゲームやプロフェッショナル アプリケーションにおける高解像度ビデオと詳細な 3D レンダリングを備えた最新のコンピューター グラフィックスは、要求の厳しい仕事です。 CPU はグラフィックスを作成 (「レンダリング」) できますが、それを迅速かつ効率的に行うための適切なタイプのアーキテクチャがありません。
これが、当社が GPU を使用している理由です。GPU は、数百万のピクセルの正しい値を毎秒数十、数百回計算する必要がある種類の数学に優れるように最初から構築されています。 PC からスマートフォンに至るまで、すべてのコンピューティング デバイスには GPU が搭載されています。
GPU を持たない唯一のコンピューターは通常、リモートで操作され、CPU に適した作業のみを実行する「 ヘッドレス 」サーバーです。ただし、GPU がグラフィックス以外の目的にも使用されるようになったことで、状況も変わりつつありますが、それはまた別の機会にお話しします。現在、ディスプレイに出力するコンピューターには、ほぼ確実に専用の GPU が内蔵されています。
統合型グラフィックスと専用グラフィックス
ラップトップまたはデスクトップ コンピュータを購入する場合、仕様書には、コンピュータに「統合」または「専用」グラフィックスが搭載されていると記載されることがよくあります。コンピューターに GPU を組み込むこれら 2 つのアプローチには大きな違いがあります。
専用 GPU とは、GPU に独自の独立したプロセッサ パッケージがあることを意味します。独自の個別の 冷却ソリューション を備えています。専用 GPU には、独自の電源管理ハードウェアとメモリもあります。専用 GPU は、それ自体が内蔵されたコンピューターのようなものです。
デスクトップ コンピューターでは、専用の GPU が、一般にグラフィックス カードとして知られる独自の回路基板に搭載されています。カードはコンピュータのマザーボードに差し込まれますが、多くの場合、カード スロットから供給できる以上の電力が必要になります。したがって、コンピュータの電源からの専用の電源接続もある場合があります。
ラップトップ コンピューターの専用グラフィックスは、 MXM ラップトップ GPU モジュール (現在は製造中止) など、取り外し可能なパッケージとして提供される場合があります。より一般的には、メインボードに直接はんだ付けされますが、それでも CPU とは別個のコンポーネントとして専用化されます。独自の冷却、メモリ、電力を備えています。
一方、統合型 GPU はすべてを CPU と共有する必要があります。これが、オンボード GPU と呼ばれることが多い理由です。同じプロセッサ パッケージ内に搭載され、同じヒートシンクとヒート スプレッダによって冷却され、CPU と同じシステム メモリを共有します。 マザーボードは 、モニターを接続できるディスプレイ出力ハードウェアを提供しますが、GPU のすべての「頭脳」は CPU のパッケージ内にあります。
統合グラフィックスの利点
ハイエンド CPU を除いて、今日の事実上すべてのコンピューター CPU には統合 GPU が搭載されています。統合 GPU モデルは、世に出ている最も一般的な GPU タイプであると言っても過言ではありません。これほど人気がある理由はいくつかありますが、いつものように、重要な理由のリストは比較的短いです。
1つ目はコストです。シリコン領域に GPU をエッチングしても、CPU にそれほどコストはかかりません。すべての GPU に GPU を組み込むと、GPU 自体のコストが増加するよりも、システムの他の部分のコストが大幅に削減されます。したがって、統合 GPU を使用するシステムは、専用ソリューションを使用するシステムよりも大幅に安価になります。
2 番目の主な理由は複雑さです。これは、あらゆる立方ミリメートルの体積が重要となる ラップトップ コンピューター に特に関係します。 GPU を CPU パッケージに統合することで、完全に別個のチップ パッケージを冷却、電力供給、接続するための追加のサポート ハードウェアがすべて必要なくなるため、ラップトップを大幅に小型化できます。
統合 GPU 設計の 3 番目の柱は電力効率です。 2 つの個別のチップのニーズのバランスをとるよりも、単一の統合チップの消費電力を管理する方がはるかに簡単です。 GPU と CPU は緊密に統合されているため、CPU パッケージの TDP (熱設計電力) に確実に適合することができます。
専用 GPU を搭載したラップトップには 通常、統合 GPU も搭載されており、使用しているアプリケーションに応じてオペレーティング システムが 2 つの GPU を動的に切り替え ます。したがって、 スプレッドシートの 実行中に高性能 GPU を使用することで、バッテリー電力を消耗することはありません。
統合グラフィックスの欠点
統合グラフィックスがそれほど良いアイデアであるなら、なぜ専用グラフィックスを使用するのでしょうか?簡単に言うと、専用カードにははるかに優れたパフォーマンスの可能性があるということです。
専用 GPU は物理的に大きくなり、より大きな電力バジェットを備え、動作中に安全に高温に到達することができます。また、グラフィックス アプリケーションのニーズに合わせて特別に設計された、特殊な高性能メモリにもアクセスできます。
長い間、統合型 GPU は低パフォーマンスの代名詞であり、基本的な生産性タスクや限られたマルチメディアに使用するのに十分な性能しかありませんでした。ゲーム？まったく問題外です！
2022 年には、もはや当てはまりません。GPU テクノロジーによって統合グラフィックスのパフォーマンスが向上し、カジュアル ゲーマーを含むほとんどのユーザーが 専用 GPU を実際に必要としない ようになりました。ただし、今日の専用 GPU が統合型 GPU よりもはるかに高速であることは依然として事実です。
統合グラフィックスおよびシステムオンチップデバイス
別のタイプの統合 GPU は、SoC または System-on-a-Chip デバイスにあります。 SoC は、CPU と GPU を同じパッケージに統合するだけでなく、システム メモリ、さらにはストレージも統合します。
SoC は特定の総合パフォーマンス目標を念頭に置いて設計されているため、SoC に搭載されている GPU は非常に強力なものになる可能性があります。たとえば、 Apple M1 SoC は 、Playstation 4 よりも優れたグラフィックス能力を備えていますが、CPU は依然としてハイエンドのラップトップ CPU と競合できます。
PlayStation 5 や Xbox Series X などの最新のコンソールは、高性能 CPU と GPU を同じパッケージに統合していますが、これによって発生する大量の熱を根本から放散するように設計されています。
どの GPU 設計が最適ですか?
グラフィックスに関してパフォーマンスが最も重要である場合は、専用のグラフィックスを搭載したデスクトップ コンピューターを購入する必要があることに間違いはありません。バッテリー寿命、コスト、発熱、騒音が最も重要である場合は、おそらく統合ソリューションが必要です。
マザーボードに正しいスロットがあり、電源とシャーシがそれに対応している場合、デスクトップ ユーザーは、後日自分のシステムに専用 GPU を追加するオプションを利用できます。したがって、CPU に統合された GPU を試して、ニーズに十分であるかどうかを確認できます。
最終的に最も重要なことは、将来の CPU が備える統合 GPU のパフォーマンス機能について調査を行うことです。この小さなプロセッサーにどれほどの電力が詰め込まれているかに驚かれるかもしれません。
