Về cơ bản, CPU và GPU khá giống nhau. Cả hai đều được tạo ra từ hàng trăm triệu bóng bán dẫn và có thể xử lý hàng nghìn hoạt động mỗi giây. Nhưng sự khác biệt giữa CPU và GPU là gì?
CPU (Central Processing Unit – bộ xử lý trung tâm) của máy tính thường được gọi là “bộ não” của máy tính. Đó là một tập hợp hàng triệu bóng bán dẫn có thể được điều khiển để thực hiện rất rất nhiều phép tính cùng lúc. Một CPU tiêu chuẩn thường có từ 4 đến 16 lõi xử lý xung nhịp từ 1 đến 4 GHz. Các CPU chuyên dụng có thể có đến 32 lõi xử lý. Một CPU mạnh mẽ vì nó có thể làm mọi thứ. Một máy tính có khả năng hoàn thành một nhiệm vụ nào đó, thì chắn chắn là do CPU thực hiện.
GPU (Graphics Processing Unit – bộ xử lý đồ họa) là một loại bộ vi xử lý chuyên dụng. Nó được tối ưu hóa để hiển thị đồ họa và thực hiện các tác vụ tính toán rất cụ thể. Nó chạy ở tốc độ xung nhịp thấp hơn một CPU nhưng nó lại tăng gấp nhiều lần xử lý dựa trên số lõi hiện có của GPU. Có thể hiểu về GPU cũng như một CPU chuyên dụng được xây dựng cho một mục đích rất cụ thể. Hiển thị video hoặc thực hiện các thao tác toán học đơn giản lặp đi lặp lại là “sở trường” của GPU. Một GPU sẽ có hàng nghìn lõi xử lý chạy đồng thời. Mỗi lõi GPU, mặc dù xung nhịp chậm hơn lõi của CPU, được điều chỉnh để đặc biệt hiệu quả trong các hoạt động toán học cơ bản cần thiết. Tác vụ xử lý song song này là điều làm cho GPU có khả năng hiển thị đồ họa 3D phức tạp theo yêu cầu.
Nếu một CPU là một bộ công cụ đa năng, GPU là một con dao rất bén. Bạn không thể siết chặt một cái chốt bằng một con dao, nhưng bạn chắc chắn có thể cắt một số thứ.
Một GPU chỉ có thể thực hiện một phần nhỏ trong số nhiều thao tác mà một CPU thực hiện, nhưng nó thực hiện với tốc độ không thể tin được. Một GPU sẽ sử dụng hàng trăm lõi để tạo ra các phép tính đồng bộ cho hàng nghìn pixel tại một thời điểm, giúp hiển thị đồ họa 3D phức tạp. Tuy nhiên, dù cho GPU nhanh như thế nào đi nữa, thì nó cũng chỉ có thể thực hiện các hoạt động một cách âm thầm và ít khi được chú ý.
Ví dụ, một GPU như Nvidia GTX 1080 có 2560 lõi. Nhờ các lõi đó, nó có thể thực hiện 2560 lệnh hoặc các phép toán trong một chu kỳ. Để so sánh, CPU Intel i5 4 lõi thì chỉ có thể thực hiện 4 lệnh đồng thời trên mỗi chu kỳ. Còn dĩ nhiên, khi so sánh các dòng GPU mới nhất hiện nay như P100 hay V100 thì con số này lại càng khủng khiếp hơn rất nhiều.
Tuy nhiên, CPU lại linh hoạt hơn so với GPU. Các CPU có một tập lệnh lớn hơn, do đó chúng có thể thực hiện một loạt các tác vụ khác nhau. CPU cũng chạy ở xung nhịp tối đa cao hơn và có khả năng quản lý đầu vào và đầu ra của tất cả các thành phần của máy tính. Ví dụ, CPU có thể tổ chức và tích hợp với bộ nhớ ảo, đó là điều cần thiết để chạy một hệ điều hành hiện đại. Đây là tính năng mà GPU hiện chưa thực hiện được.
Mặc dù GPU là tốt nhất tại video rendering, nhưng vẫn còn nhiều tính năng tính toán hữu dụng hơn. Xử lý đồ họa chỉ là một loại nhiệm vụ tính toán lặp lại và có tính song song cao. Các nhiệm vụ khác như “đào” bitcoin hoặc bẻ khóa mật khẩu dựa trên cùng một loại tập dữ liệu khổng lồ nhưng lại cần thực hiện các phép toán đơn giản. Đó là lý do tại sao một số người cũng sử dụng GPU để chạy các hoạt động phi đồ họa. Điều này được biết đến như là “khả năng tính toán của GPU”.
CPU và GPU có mục đích tương tự nhưng được tối ưu hóa cho các tác vụ tính toán khác nhau. Một máy tính hiệu quả sẽ cần cả hai để chạy đúng cách.