TIL 41. CPU와 GPU의 특징

윤현묵·2022년 1월 16일
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CPU와 GPU는 둘 다 데이터를 읽어들여 연산처리를 통해 답을 도출하는 기능을 수행하며 컴퓨터에서의 두뇌 역할을 합니다. 다만, 프로세서 내부의 구조를 살펴보면 CPU와 GPU는 차이가 있습니다.

CPU·GPU와 같은 프로세서 내부는 크게 연산을 담당하는 산출연산처리장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)와 명령어를 해석·실행하는 컨트롤유닛(CU, Control Unit), 각종 데이터를 담아두는 캐시(Cache)로 구성되어 있습니다.

CPU(Central Processing Unit)

  • 정의: 중앙 처리 장치로서 CPU는 입출력장치, 기억장치, 연산장치를 비롯한 컴퓨터 리소스를 이용하는 최상위 계층 장치로써, 컴퓨터의 두뇌를 담당합니다.

  • 구조: CPU는 명령어가 입력된 순서대로 데이터를 처리하는 직렬(순차)처리 방식에 특화된 구조를 가지고 있습니다. 한번에 한가지 명령어만 처리하게 되며, 그래서 연산을 담당하는 ALU의 개수가 많을 필요는 없습니다. 옥타(8)코어의 경우에는 CPU에는 코어당 1개씩, 총 8개의 ALU가 탑재되어 있습니다.
    CPU 내부면적의 절반 이상은 캐시 메모리로 채워져 있는데, 캐시 메모리는 CPU와 RAM사이의 속도 차이로 발생하는 병목현상을 막기 위한 장치입니다. CPU가 처리할 데이터를 RAM에서 미리 불러와 내부 캐시 메모리에 임시로 저장해서 처리 속도를 높일 수 있습니다. CPU가 단일 명령어를 빠르게 처리할 수 있는 특징도 캐시 메모리 때문이라고 할 수 있습니다.

GPU(Grapical Processing Unit)

  • GPU의 등장: 기존의 CPU는 컴퓨터가 하는 모든 일을 조종/통제해왔습니다. 그러나 점점 기술이 발전하면서 GUI(Graphical User Interface) 등의 다양한 로드가 추가 되었고, 이는 CPU의 성능 저하로 이어져 CPU가 제때 중요한 연산을 못하게 되었습니다. 그러자 간단한 연산들(ex. 그래픽 작업)은 다른 Processing Unit에게 맡기고 기존의 중요한 일을 CPU에게 맡기도록 하자는 아이디어가 나왔고, GPU가 탄생하게 되게 됩니다.

  • 정의: 그래픽 연산을 처리하고 모니터에 출력하는 연산 장치. 컴퓨터 그래픽과 영상 처리에 효과적이며, 고도의 병행 구조는 비교적 크기가 큰 영상 데이터를 병행으로 처리하기 때문에 능률적. 일반적으로 컴퓨터에서 GPU는 그래픽 카드에 부착되며 내장 그래픽 카드와 외장 그래픽 카드로 나누어집니다.

  • 구조: CPU와는 반대로 GPU는 여러 명령어를 동시에 처리하는 병렬 처리 방식을 가지고 있습니다. 캐시 메모리 비중이 크지 않고 연산을 할 수 있는 ALU 개수가 많습니다. 1개의 코어에는 수백, 수천개의 ALU가 장착되어 있으며, 여러개의 코어로 구성되어 있습니다(수백~수천개). 따라서 반복적이고 비슷한 대량의 연산을 수행하는 데에 있어서 속도가 빠릅니다.

CPU와 GPU의 특징 비교

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진정성 있는 개발자를 꿈꾼다

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