窓際に追いやられたGPUが、なぜスパコンを凌ぐまでに出世した? いまさら聞けないIT基礎知識「GPGPU」

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ITのことは、なんとなくは理解しているけれど、詳しい説明を求められた途端にどこから説明したらいいのか、と固まってしまうという人はいないだろうか。

そんな人たちに「このくらい理解していたらOK」というレベルでIT関連の知識をお伝えする。

■今回のテーマは「GPU」による「GPGPU」
GPUとはGraphics Processing Unit(グラフィックス・プロセシング・ユニット)を省略した呼び方だ。
GPU本体は、四角い半導体チップであり、パソコン、タブレット、スマートフォンを始め、人気ゲーム機の任天堂SwitchやPlayStation4などにも搭載されている。

特殊なのがデスクトップパソコンだ。
デスクトップパソコンのマザーボード上には拡張スロットが搭載されており、そのスロットに拡張カードを差すことでGPUを交換したり、パワーアップしたりできる。
より高性能なGPUを積んだ拡張カード(グラフィックスカード、またはビデオカードと呼ぶ)を差すうことで、グラフィックの描画機能を自在にパワーアップすることが可能となる。

言うまでもなくGPUの基本的な機能はグラフィックスの描画である。
パソコンの操作などでメインに使うデスクトップ画面は、2Dグラフィックス、平坦な2次元の画像だ。
これに対して3Dゲームや3D CAD、3D CGなどのソフトウェアが使うのは、3次元の立体的な3Dグラフィックス画像だ。
現在のGPUは、この両方を処理することができるパーツというわけだ。

GPUの開発と販売をしている代表的な企業は、NVIDIA、AMDそしてIntelがある。
とまあここまでが、一般的なGPUの基礎知識と説明だ。

■GPUとCPUとの違いとは?
パソコンやスマホ、タブレットでは、CPUとGPUは、担当する機能が分かれている。

最も重要な様々な処理を行うのがCPU(Central Processing Unit:セントラル・プロセシング・ユニット、中央演算処理装置)だ。

対してGPUは(原則として)グラフィックスに関連する処理だけを行う(後述)。

パソコンが登場した当時は、画面の表示もCPUが行っていた。
しかし、パソコンの機能が増え、処理量が増えるに従い、様々な計算をしながら、同時に画面の表示も処理するため、CPUだけでの処理では画面表示が遅くなっていく。
それがユーザーの不満につながっていた。

特にWindowsシリーズが登場し、アイコンやファイルなどが現在のようなグラフィカルな表示(GUI表示)が主流の時代になると、表示の遅さが、パソコン操作の遅さとして体感されるようになった。

そこで、それまでCPUが行っていたグラフィックス処理をGPUにまかせることで、CPUの負担を減らし、パソコンの処理や動作を高速化できるように変わってきたのである。

■GPUの進化
CPUとGPUは、それぞれの役目が決まってから、ひたすら性能を上げることに注力してきた。

もちろんGPUは、コンピューターで扱う画像処理(2Dや3D)をスムーズに行うことだけをひたすらに追及し、その結果、現在では実写と見間違えるほどのクオリティで3Dゲームがプレイできるまでになっている。

そしてもはやパソコンのデスクトップ上の画面(2D表示)は、GPUにとって、あくびが出る程度の簡単な処理になってしまったのである。

■性能向上の結果、GPUはヒマになってGPGPUが生まれた?
GPUの性能が飛躍的に向上した結果。3Dゲームをプレイしていない状態では、GPUはほぼなにもせず、あくびをかみ殺しているような状態となった。

いわば仕事や作業が来るのを待っていて、ヒマを持て余している状態なのだ。

たとえば、一般的なコンピューターの使い方は、
・表計算やビジネス文書作成
・プレゼン資料の作成
・データベース処理
などなので、2Dグラフィックス処理だけで十分となる、

2D描画や処理だけであれば、GPUはなにもせずにぼーっとしているというわけだ。
力は有り余っているにも関わらず、何もさせていない待機状態なのだ。

職場で、特定の仕事だけ行い、普段は何もせずに「ぼーっ」としていたとしたら?
ほかの社員はどう思うだろうか。

「仕事を捜して(見付けて)働けよ!」と、思うだろう。

というわけで「GPUに、何もさせずにいるのは無駄」と、メーカーも当然のように思った。

そこで、「画層処理が専門のGPUに画像の処理以外で利用できないか?」
という考えが出てきたのだ。

そして生まれたのが“GPGPU”だ。
GPGPUは、General-Purpose computing on Praphics Processing Unitsの略で、GPUを使った汎用処理という意味、
普段は休んでいるGPUを画像の処理以外でも活用できるようにしたものなのだ。

こうして、窓際族になったGPUは、スパコンを凌ぐ性能への道を歩み出したのだった。