GPUs são componentes centrais em computadores, laptops, consoles de jogos e mesmo em dispositivos como TVs, smartphones e até smartwatches. O termo, que é uma sigla em inglês para “Unidade de Processamento Gráfico”, classifica uma série de processadores desenvolvidos especificamente para trabalhar com processamento de imagens de forma eficiente, permitindo games cada vez mais realistas, avanços em IA e mesmo processos de edição de vídeo e imagem mais ágeis.
A seguir, explicamos melhor o que é uma GPU, em que ela se sobressai e como ela é diferente de um processador (CPU) comum. Também comparamos diferentes formas de incluir GPUs nos equipamentos, que podem ser integradas ou dedicadas, além de explicar como elas impactam a sintetização de mundos virtuais em games e também em aplicações mais profissionais, como a edição de vídeos. Confira!
📝 O que é CPU? Veja para que serve, como funciona e mais detalhes
➡️ Canal do TechTudo no WhatsApp: acompanhe as principais notícias, tutoriais e reviews
GPUs são essenciais em games e podem ser integradas ou dedicadas
Filipe Garrett/TechTudo
No índice abaixo, veja todas as informações que você terá nesse guia sobre o que é uma GPU:
O que é GPU?
Como funciona uma GPU?
Qual a diferença de GPU e CPU?
GPU e placa de vídeo são a mesma coisa?
Como aumentar o uso da GPU?
GPU integrada x GPU dedicada: diferenças e aplicações
Por que a GPU é essencial nos jogos?
E em edição de vídeos?
1. O que é GPU?
GPU é uma sigla em inglês para “graphics processing unit”, o que podemos traduzir livremente para “unidade de processamento gráfico”. Basicamente, uma GPU é um tipo de processador construído com ênfase em processamento gráfico, característica que acaba influenciando no design do chip com capacidades importantes, que tornam as GPUs ideais também para outros tipos de atividades.
As GPUs não são componentes tão antigos quanto as CPUs: até os anos 1980, computadores usavam um hardware mais simples para renderizar imagens em 2D. Durante os anos 1990, a chegada das primeiras placas de vídeo com novas GPUs introduziu uma grande revolução na computação gráfica: primeiro no desenvolvimento de efeitos especiais para o cinema, e posteriormente em games.
2. Como funciona uma GPU?
De uma maneira bem resumida, GPUs são um tipo de processador que possui uma grande capacidade de trabalho em paralelo. O processador do seu computador, se for um octa-core, em tese pode se encarregar de oito tarefas ao mesmo tempo: atender as requisições do driver de rede, monitorar o uso do teclado, e atualizar as notificações do sistema operacional, por exemplo.
GPUs são encontradas em placas de vídeo e até mesmo embutidas em processadores
Marcos Vinícius Pereira / TechTudo
O processador da placa de vídeo é diferente porque ele é projetado para processamento de grandes volumes de informações ao mesmo tempo. O processador de uma placa de vídeo simples, atualmente, pode ter milhares de núcleos: eles são otimizados para realizar o mesmo tipo de operação simultaneamente em grandes volumes de dados.
Ficou meio obscuro? Um exemplo ajuda: quando você renderiza uma imagem, a GPU está recebendo um conjunto de parâmetros preparados pelo processador que ditam como a imagem deve ser – vértices, texturas, iluminação – e os milhares de núcleos da GPU se encarregam de aplicar um mesmo conjunto de instruções para cada um dos milhões de pixels da sua tela. O resultado é um conjunto de novas instruções que chega à tela a cada 16 milissegundos, caso você esteja rodando o monitor a 60 FPS, por exemplo.
Se você colocar na ponta do lápis estes números – uma nova imagem completa a cada 16 milissegundos atualizando todos os mais de 2 milhões de pixels numa tela Full HD – dá pra estimar que uma GPU que mantém uma taxa de 60 FPS estáveis em Full HD está produzindo 124 milhões de pixels todo segundo.
3. Qual a diferença de GPU e CPU?
Processadores têm um perfil mais generalista do que as GPUs
Divulgação/Intel
Como abordamos antes, GPUs são processadores dedicados especialmente para gráficos e que aplicam um conceito que favorece uma capacidade enorme de processamento de dados em paralelo. Uma GPU típica tem milhares de núcleos e se sobressai em executar um conjunto de instruções pré-definido em cima de um grande volume da dados de forma simultânea: um exemplo seriam os parâmetros de renderização de uma imagem composta de milhões de pixels que são processados ao mesmo tempo para entregar dezenas ou centenas de novos frames a cada segundo para a tela.
Processadores são diferentes porque, ao contrário da GPU, eles precisam dar conta de um conjunto mais diverso de instruções. Embora tenham alguma margem de capacidade de trabalho em paralelo, os processadores se sobressaem em trabalho que envolva baixa latência (o tempo de resposta entre o comando e a resposta precisa ser curto) e com perfil mais genérico (GPUs são especializadas em um tipo particular de instruções). Do ponto de vista de arquitetura, enquanto uma GPU tem milhares de núcleos, um processador típico pode ter quatro, oito ou não muito mais que 10 núcleos.
4. GPU e placa de vídeo são a mesma coisa?
Apesar dos termos serem usados para representar uma coisa só, não, GPU e placa de vídeo não são a mesma coisa. A placa de vídeo é um componente completo, formado pela GPU e por outros elementos, como a memória de vídeo (VRAM), um sistema de resfriamento e portas para se conectar com o monitor. A associação das duas palavras deve-se ao fato de que a GPU é a parte “mais importante” de uma placa de vídeo, já que ela atua como o cérebro essencial para todo o resto funcionar.
5. Como aumentar o uso da GPU?
Você pode melhorar o uso da GPU pelo seu sistema com processador melhor ou por meio de drivers atualizados
Divulgação/Intel
Não há uma maneira direta pela qual você possa ditar ao sistema “use mais a GPU”. O sistema operacional do seu computador é extremamente refinado e eficiente em destinar o trabalho de acordo com a capacidade do hardware que está instalado. Se você considera que sua GPU está sendo subutilizada, há uma grande chance de que exista algum problema da sua configuração de hardware ou um gargalo no sistema.
Você pode verificar problemas de configuração procurando atualizar os drivers de placa de vídeo, chipset da placa-mãe, além da BIOS do PC. É possível que problemas de subutilização e acesso dos recursos da GPU sejam resolvidos com essa medida. Outro cenário tem relação com os games: tente mexer nas configurações do jogo em questão para aumentar a demanda sobre a GPU e avalie se as alterações passaram a exigir mais do componente.
Em geral, no entanto, a tendência é que você esteja sofrendo com algum gargalo de processamento: a GPU não é independente e ela só trabalha em cima de dados que são requisitados pelo processador, é nele que reside o controle e sincronismo de todo o seu PC. Se a GPU está aparentemente ociosa, é possível que seu processador não esteja dando conta de gerar novas instruções para manter a placa de vídeo trabalhando a pleno vapor o tempo todo.
6. GPU integrada x GPU dedicada: diferenças e aplicações
Placas de vídeo dedicadas têm maior margem de manobra para funcionar a velocidades mais altas, entregando maior performance
Divulgação/NVIDIA
GPUs são processadores gráficos que podem ser distribuídos de duas formas: de maneira dedicada, em que são isoladas da CPU em uma placa adicional ou em um chip separado na placa-mãe, ou de forma integrada, em que a GPU vem empacotada como uma parte da CPU.
Processadores gráficos integrados tendem a oferecer um nível de performance um pouco mais limitado. Embora tenham a mesma arquitetura e capacidades de uma GPU dedicada, as unidades integradas a processadores precisam dividir um mesmo orçamento térmico com a CPU, o que impõe a engenheiros limites de até que ponto é possível liberar performance, velocidade e núcleos para a GPU funcionar.
Se esquentar demais, a GPU integrada pode perturbar o funcionamento do processador e tornar a sua aplicação inviável no tipo de dispositivo que geralmente oferece placas integradas: notebooks, consoles ou mesmo smartphones. Se o processador gráfico esquenta demais, o uso pode ficar desconfortável, o calor excessivo pode comprometer outros componentes e encurtar a vida útil da bateria: em eletrônicos, calor é sempre uma medida de ineficiência.
A placa dedicada não sofre dos mesmos problemas num desktop. Como ela fica distante e isolada do processador, tende a contar com seu próprio sistema de arrefecimento que é instalado dentro de um gabinete com um volume de ar muito maior. Em princípio, é isso que determina que uma placa de vídeo dedicada é mais rápida do que uma integrada de mesma geração: um maior orçamento térmico permite que o hardware trabalhe em níveis de performance maiores.
Existem também placas dedicadas em notebooks, mas aqui não se trata de uma placa efetivamente adicionada no interior do laptop. Nesses casos, trata-se de um chip isolado do processador, que vai atingir maior performance que uma placa integrada, mas ainda assim, espremido dentro do notebook, terá alguma margem de restrições do ponto de vista térmico.
7. Por que a GPU é essencial nos jogos?
Games e edição de vídeo são dois tipos de uso que enfatizam a capacidades das GPUs
Reprodução/PlayStation Blog
Games são um tipo de software de alta complexidade. Mesmo criações mais simples visualmente precisam dar conta de atualizar a tela 60 vezes por segundo com milhões de pixels sendo redesenhados em cada ciclo. Ou seja: é uma nova tela feita de milhões de pontos sendo criada a cada 16 milissegundos, tudo isso com considerações de efeitos físicos, animações e cálculos precisos que garantem que a ação se mantenha fluída de um quadro para o outro, de forma que tudo pareça estável e natural aos nossos olhos.
É um volume de trabalho enorme para ser desempenhado de maneira contínua, exatamente o tipo de cenário em que GPUs se sobressaem: como mencionamos anteriormente, esse tipo de hardware é pensado para trabalhar com processamento paralelo de grandes volumes de informações.
8. E em edição de vídeos?
Em edição de vídeo, os desafios são parecidos. Quando você pega um material em 4K para editar no software de sua preferência e decide aplicar correção de cor, por exemplo, a GPU precisa remapear tons em cada um dos frames que formam o vídeo. Em 1 minuto de 4K a 60 FPS são 3.600 frames individuais para serem corrigidos, cada um deles com 8.294 milhões de pixels.
O mesmo raciocínio vale para outros tipos de processos de edição, como filtros, transições etc. Como a GPU se sobressai em processamento paralelo, ela acelera o trabalho, permite renderizações mais rápidas e o conforto de visualizar alterações em tempo real na timeline.
Editar com CPU ainda é possível, mas muito da agilidade do trabalho se perde e é fácil perceber o software engasgando em atividades que são computacionalmente mais intensas, especialmente em material de resolução mais alta. Quanto maior a resolução, mais pixels, mais informação e maior o volume de dados a serem processados.
Com informações de Corsair, HP, IBM, Intel, Microsoft e Positivo
Mais do TechTudo
Veja também: assista ao vídeo abaixo e saiba como editar fotos no computador sem baixar nada
Como editar fotos no computador sem baixar nada