CPUとGPUの分担方法は？

Question

素人質問ですいません。

CPUやGPUの役割について調べていてスッキリしない部分があったので質問させていただきます。

CPUもGPUも演算をする装置で、GPUは単純で大量の演算をすることに特化しているため描画に向いているというのは聞いたことがありました。

しかし、最近は描画以外にもGPUが用いられる(GPGPU)と聞いて分からなくなりました、、、

そこで質問は2点です。

1.ある処理がCPUで行われるのかGPUで行われるのかはどういう風に決定されるのでしょうか？　たとえば、開発者がこの処理はGPUでするようにって書くことにより実現されるのか、CPUがこの処理はGPUに処理させようと振っているのか、はたまたその他なのでしょうか？

2.行われるべき処理はメインメモリに書かれているという認識なのですが、GPUはそれを直接実行しているのでしょうか？　一度CPUが、たとえばデコードまでCPUがした上でGPUに渡しているとかでしょうか？

CPUとGPUが役割分担しているとはたくさん書いてあるのですが、具体的にどのように分担しているのか、どういう関係性があるのか疑問に思いまして、初歩的で申し訳ありませんが質問させていただきました。

ご回答お待ちしております。

####追記

みなさま的外れにもかかわらず丁寧なご回答ありがとうございます。

GPUとCPUがどのようにしてタスクを分担しているのか、描画に関する処理はGPUと言われても、描画に関する処理かどうかをどうやって判定しているのかなど知りたくて質問いたしましたが、プログラミングに関する質問ではないと指摘されその通りだと感じています。

自己の検索能力の低さを恥じるばかりですが、せっかく丁寧にご回答いただいたのに削除するのも申し訳なく、このまま残させていただければと感じています。

本当にありがとうございました。

Comments

[nanami12]

プログラミングに関係のないことなので低評価になっているかとおもいます。
ぐぐれば、質問の回答はいくらでも説明が書いています。
みつけられないのであれは、検索キーワードが甘いだけです。

[okina]

的外れな質問をして申し訳ありません。
だいぶ調べたのですがCPUの負担を軽減しているという旨の記載があるばかりで、具体的にどういうプロセスを辿るかの理解にいたらず質問してしまいました。
申し訳ありません

[退会済みユーザー]

俺は好き

Answer 1

GPUを画像処理以外に流用するには、GPUプログラミングという特殊な技術が必要です。

GPU上のとてつもない数の演算装置を並列に使えるというのが売りですが、実際にはいろいろな制約があり、そこをクリアしたプログラムを書かない限り、GPU上の全部の演算装置がフル回転で仕事を分担してあっという間に処理完了というわけには行きません。内容によっては、そもそも並列化しようのない処理もあります。そのへんを考慮して、CPU側のプログラムで無駄なくデータと命令をGPUに渡してやる処理を書かなければなりません。

これらを実現するにはGPUのスペックに関してかなり高度の知識が要求されます。CUDAというシステムを使うとCでプログラムが書けますが、一般のCプログラミングとはかなり雰囲気の異なるものです。実は私も仕事に使えないかとちょっと勉強してみたことがありますが、とてもではないですが素人が生半可な知識で手を出せるものではないと結論しました。

• プログラムを高速化する話Ⅱ 〜GPGPU編〜
• CUDAを使ったGPUプログラミング超入門

Answer 2

そもそもなぜ GPU が演算能力を持っているかというと、3D 描画に必要な膨大な演算を、CPU によらず行うためです。
CPU の提供する演算能力を大幅に上回るようになったことで、単に描画に使うだけではなく他の演算用途（例えば大規模データ解析）にも使えるのではないか、という発想から生まれたのが、GPGPU です。
※ベクトル演算に特化しているので、いわゆるスパコンと似たことができると考えられた

従って、GPU で（描画以外に）演算させるためには、必要なデータや演算ロジックを、CPU から指定してやらねばなりません。GPU は CPU の下請けとして、演算だけを専門に行う別会社のようなものです。
一例的には、こんな感じです。

1. CPU は演算のための元データをメインメモリに準備する
2. CPU は GPU に、元データを転送する（GPU は自身の管理するグラフィックメモリ内にそのデータを格納する）
3. CPU は GPU のプログラマブルシェーダーを転用して、演算ロジックを設定する
4. CPU は GPU に命令して、演算を実行させる
5. CPU は GPU からの演算完了を待ち、完了したら GPU に命令して、結果を受け取る

GPGPU で演算を行うには、対象の GPU に関する深い知識が無いと難しいのです。最近でこそ NVIDIA の CUDA のようにライブラリ化されましたが、そのライブラリにしても使い方は難しく、性能を十全に発揮するには多くのノウハウが必要になります。
※対象の GPU の構成に合わせてメモリ配置を行うなどのチューニングが発生する

Answer 3

1. 私が知る限り、GPUが何か処理をするのはプログラムによって明示的に指示された場合だけです。

2. CPUが「この場所にあるデータにこの処理をしてくれ」とGPUに指示します。

Comments

[Zuishin]

GPU はメインメモリにアクセスできません。

Answer 4

GPUというものは別のところ（グラフィックカード）にあって、CPUとは全く関わりはありません。
GPUに処理をさせるためには、実行データをGPU（上のメモリ）に転送させ、実行終了を待ち、結果をGPUから転送してこなくてはなりません