PCのスペックに出てくる「GPU」って何のこと？

GPUとは画像処理装置のことです。GPUがあるとどのようなことができるのでしょうか？名前の似ているCPUとの違いについても解説します。3種類あるGPUの種類や、GPUを選ぶ上でのポイントについてもチェックしましょう。

GPUとは何か

『Graphics Processing Unit』の略であるGPUは、画像処理を行う装置です。データ量が多い画像を素早く処理できるGPUの機能を生かし、近年はAI学習や暗号資産のマイニングにも活用されています。

並列処理能力が高い画像処理装置

パソコンで画像や映像を表示するには、私たちが見られるような形にデータを変換しなければいけません。画像や映像のデータ量は、文書などのデータと比べると膨大です。パソコンの画面に映し出す場合には、データ量が多い分、大量の計算を行う必要があります。

この大量の計算を担うのがGPUです。複数のタスクを同時に処理する並列処理が得意なGPUを利用すると、大量の計算をあっという間に終わらせられます。データ量の多い画像や映像を瞬時に画面に映し出せるのは、GPUが素早く計算できるためです。

画像処理以外の計算にも使われている

膨大なデータをスピーディーに処理できるGPUの仕組みは、画像や映像を表示させるとき以外の計算にも使えます。さまざまな用途でGPUを活用できるようにしたのが、『GPGPU（General-Purpose computing on Graphics Processing Units）』です。

複雑な計算処理を素早く実行できるコンピューターとして、スーパーコンピューターが挙げられます。ただしスーパーコンピューターは高性能な処理装置を大量に使用しているため高額で、導入のハードルが高いでしょう。コストを抑えながら高性能な計算処理能力を利用できる点が、GPGPUのメリットです。

AIの学習や暗号資産のマイニングにも活用

素早く大量の計算を処理できるGPGPUの機能は、AIの学習（ディープラーニング）に活用されています。ディープラーニングの精度は、分析する情報量が増えるほど高まるのが特徴です。

実践の場で問題なく利用できるAIを開発するには、膨大な情報を分析させなければいけません。GPGPUの活用が進んだことで、AIはより速くより大量の情報を分析できるようになり、これまでと比較にならないスピードで進化しています。

また暗号資産のマイニングにも、GPGPUが利用されています。マイニングとは報酬として暗号資産を受け取るのを目的に、取引をはじめとするデータをブロックチェーン上に保存する作業です。

マイニングでは、ナンス値とハッシュ値を算出するために、高い計算処理能力を持つ機器が必要です。ここでも、GPGPUが用いられています。

GPUとCPUの違いは何？

(出典) pixta.jp

素早い計算を行うGPUと名前が似ている装置に、CPUがあります。GPU同様パソコンに用いられている装置ですが、2種類の装置にはどのような違いがあるのでしょうか？

CPUは中央処理装置

『CPU（Central Processing Unit）』は、中央処理装置やプロセッサと呼ばれる機器で、パソコンやスマートフォンなどコンピューターの頭脳にあたる部分です。人の脳が手足の動きを制御しているのと同じように、CPUはメモリを制御したりソフトウェアからの指示を処理したりしています。

高性能なCPUを搭載しているほどコンピューターの性能は高く、全体の動きは速くスムーズです。性能の高いパソコンを選ぶ上での基準にもなります。

またコンピューターの頭脳であるCPUが得意なのは、幅広い処理を連続的に行うことです。脳が機能しなくなると人は生きていけません。コンピューターも同様でCPUが止まると機能しないため、損傷がなければ10年以上動き続けられる装置ともいわれています。

例えば、ある式が成立するまで数字を当てはめて計算する逐次計算や、データベースの処理などに役立ちます。

GPUの方が処理は速い

GPUとCPUの違いは得意分野です。GPUが素早い処理が得意なのに対し、CPUは幅広い処理の継続的な実行を得意としています。この違いは、処理作業を行うコアの数の違いによるものです。GPUはCPUより多くのコアを搭載しているため、その分速く計算を処理できます。

単純に処理速度のみで比べると、計算処理の速さに特化したGPUの方がスピードは出やすいでしょう。実際のところ、まったく同じプログラムを実行させると、GPUの方が速く処理が進むそうです。

GPUは3種類

(出典) pixta.jp

家庭でGPUを使う場合、どのようなタイプを選ぶとよいのでしょうか？GPUには3種類あります。最適なタイプを選べるよう、それぞれの特徴を確認しましょう。

コスト重視なら内蔵GPU

内蔵GPUはパソコンに既に搭載されているGPUです。一般的な事務作業・負荷の低いゲーム・簡単な画像加工などに使う程度であれば、GPUが内蔵されているパソコンを選べば問題ありません。パソコンを1台購入すれば、ほかに用意するものがないため、安価にそろえられるのも魅力です。

カスタマイズが可能なパソコンであれば、購入後に自分で内蔵GPUを格納できます。自分で着脱できるため、必要な性能を備えたGPUに交換できる点が魅力です。

高負荷の処理にはグラフィックボード

パソコンを使って行いたいのが、推奨GPUのスペックが高いゲームのプレイや、手の込んだ画像加工・動画編集などであれば、GPUを搭載した映像出力装置であるグラフィックボードを用意した方がよいでしょう。

GPUを搭載したパソコンであっても、実施する作業によっては性能が不足します。必要な性能を満たすGPUを確認してパソコンに追加すれば、画像や映像のスムーズな表示が可能です。

常に最新タイプを使うならGPUクラウド

最新の装置が登場すると、以前から使っているGPUは古くなってしまいます。最新式で性能の高いGPUを常に使い続けたいなら、GPUクラウドがおすすめです。クラウドサービスとして提供されるGPUのため、内蔵GPUやグラフィックボードのように、古くなってスペックが足りなくなる心配がありません。

GPUクラウドを利用したクラウドゲームの提供も始まっています。画像や映像をGPUクラウドで処理した上で利用者のパソコンに表示するため、高性能なパソコンがなくても、タイムラグを最小限に抑えた美しい映像でオンラインゲームをプレイ可能です。

GPU選びのチェックポイント

(出典) pixta.jp

GPUを選ぶ際にはどこに注目すればよいのでしょうか？目的に合った性能のGPUを選ぶには、5種類の項目に注目します。

いつ発売されたか

まずチェックするのは発売された時期です。基本的に新しいものほど高性能の傾向があるため、できるだけ新しいモデルを購入します。ただし新しいほど値段が高く設定されている点には、注意が必要です。

必要な性能を十分に備えていながら予算に合ったGPUを購入するには、性能を比較するための基準であるベンチマークをチェックするとよいでしょう。

GPUのベンチマークとは何か？

GPUのベンチマークとは性能を示すもので、ベンチマークソフトを使って計測します。GPUに高い負荷をかけ、どのくらいの画質で映像を表示できるか、ゲームをプレイするのに必要なスペックをクリアしているかなどの点を確認可能です。

使用目的に合うベンチマークソフトでGPUの性能を調べれば、問題なく使えるGPUかどうかが分かります。

いくつ搭載されているか

より高性能のGPUを選ぶには、搭載されているGPUの数が重要です。GPUが多くなればなるほど、実行する計算処理を分担できるため、同じデータ量であればより速く処理でき、同じ時間内であればより精緻な画像や映像を映し出せます。

同じ性能のGPUを搭載しているパソコンなら、一つより二つ搭載している方が高性能です。GPUクラウドを選ぶ際にも、GPUの数を比べるとよいでしょう。

VRAM容量は十分か

高画質の画像や映像を表示するGPUの性能は、VRAMの容量にも左右されます。VRAMは映像出力に特化しているメモリで、GPUがデータを処理するときに作業台のような役割を果たします。

処理速度がどれだけ速くても、一度に作業台に載せられるデータの量が少なければ、GPU本来の処理速度を発揮できません。本来の性能を活用できないため、スムーズに表示されなくなったり、何も表示されなくなったりします。

スムーズな計算処理や画像・動画の表示には、GPUそのものの性能に見合うVRAM容量があるかという点も、確認が必要です。

冷却性能や消費電力

搭載されているGPUの数が多いほど、計算処理の性能は高まります。ただしGPUが多いと熱が発生しやすいため、冷却性能についても確認しましょう。冷却用のファンが十分に機能するかという点に加え、必要に応じてヒートシンクやヒートパイプなどの部品があるか、また取り付けが可能かについても確認します。

併せてチェックしなければいけないのは消費電力です。高性能なGPUほど消費電力は高くなります。USB接続したパソコンからの給電で十分なグラフィックボードもありますが、個別に電源を確保しなければいけない製品もあります。

必要な消費電力と、パソコン周りに使用できる電源があるかを、あらかじめ確認しておくと設置がスムーズです。

自分のパソコン環境に合うか

今あるパソコンやその他の周辺機器でGPUを使う計画なら、パソコン環境に合ったGPUであるかという点もポイントです。外付けのグラフィックボードであれば、端子が合うかも確認します。

市販されているグラフィックボードの端子の種類は、以下の通りさまざまです。事前に確認しておかなければ、購入後に端子が合わず使えない可能性もあります。

• Thunderbolt 3
• USB3.0
• ギガビットイーサネット
• HDMI
• DP

使っているパソコンによっては、パソコン内に格納する内蔵GPUを、後から自分で取り付けることも可能です。この場合、グラフィックボードはパソコン本体内に収まるサイズでなければいけません。

構成／編集部