GPU（グラボ）とは？【ざっくり解説】

PC用のGPUについてのざっくりとした解説記事です。

GPUとは？

GPU：画像処理に特化したプロセッサ

GPUは（Graphics Processing Unit / グラフィックス プロセッシング ユニット）の略称で、名前の通りグラフィックス（画像処理）用の処理装置になります。

PCにおける最も有名な処理装置はCPUだと思いますが、「CPUがPCの処理を全般的に取り扱うプロセッサ」なのに対し、「GPUは画像処理（並列処理）に特化したプロセッサ」となっています。GPUはCPUの画像処理特化版と考えるとわかりやすいかと思います。

なぜこのように別々で分けられているかというと、画像処理はデータ量が多くて非常に高負荷な処理なので、他の多数の処理を担うCPUではなく、他のプロセッサに処理を任せたいためです。

特に高画質な動画やゲームでは非常に高性能な画像処理能力が必要となるため、GPUのような特化したプロセッサでないと対応が厳しいのです。

そのため、GPUは実質PCにとって必須です。今このページをPC（スマホなども含む）で閲覧しているのであれば、その端末にもGPUが搭載されているはずです。

GPUの並列処理の性能はCPUを圧倒的に上回る

GPUは画像処理に特化したプロセッサですが、これは並列処理が得意なためです。CPUのように同時に多数の処理を並行して行うのには適していませんが、その代わりに特定の処理を行う際には凄まじい処理性能を発揮します。

そのため、画像処理のような特定の並列処理に限れば、CPUを遥かに凌駕する処理性能を持つというのがGPUの大きな魅力です。

たとえば、動画のエンコード作業を例とした場合、CPUで行う場合（ソフトウェアエンコード）では20分以上の時間が掛かる場合でも、GPUで行うと（ハードウェアエンコード）ほんの数分で終わったりします。

また、その処理性能の高さを活せないかということで、GPUを画像処理以外の処理にも応用する、GPGPUという技術の開発が最近は進んでいる点も注目です。

GPUの種類

次はGPUの種類についてです。GPUと一口に言っても、実装方法によっていくつかの種類に分けられています。

現在主要なのは、CPUに統合されている内蔵GPU（iGPU）と、グラフィックボードやビデオカードなどと呼ばれるパーツに搭載される単体・分離GPU（dGPU）になるので、それぞれについて軽く説明していきます。

内蔵GPU（iGPU）

一つ目は内蔵GPU（iGPU）です。内蔵GPUは、文字通り他パーツに内蔵・統合されたGPUのことです。現在では主にCPU（SoC）に内蔵されている事が基本です。

内蔵GPUの良い点：消費電力が少ない、設置スペースが要らない、追加費用が要らない など

内蔵GPUの特徴として、まず良い点を挙げると、後述する単体のGPUと比べ、消費電力や発熱が少ない、設置スペースがいらない、別途GPUを用意する費用が要らないなどがあります。また、API（プログラムの共有方式のようなもの）に幅広く最適化されているため、汎用性が高いという点もメリットです。

ただし、大きなデメリットとして、単体のGPUに処理性能で大幅に劣るという点があります。これは使えるスペースがグラフィックボードやビデオカード（単体GPU）と比べると圧倒的に少ない上、消費電力もたくさん使えないため、どうしようもない部分です。

とはいえ、2024年現在では内蔵GPUの性能が大幅に向上してきているので、昔ほどはネックではなくなっているのは大きい点です。

フルHD以下の動画視聴や軽いゲーム程度なら、下位の内蔵GPUでも対応が可能な時代になっています。上位のものであれば、多少は重いグラフィック処理でも対応できないくらいの性能にはなっています。なので、重いゲームや動画編集などを意識しないライトユーザーであれば、内蔵GPUでも不満はほとんど無くなっています。

とはいえ、やはりまだ重い3Dゲームや動画編集などを想定すると、内蔵GPUでは快適とまでは言えない状況は依然として続いているため、それらの処理を日常的に行うのであればやはりグラフィックボード・ビデオカード（単体GPU）搭載のPCが欲しいです。

また、内蔵GPUは使用するメモリをCPU用のメインメモリから借りるという点もデメリットです。単体のGPUはGPU自体に専用のビデオメモリ（VRAM）が搭載されている上、これがCPU用のメモリよりも高速なので有利です。

更に、CPUのメインメモリーの一部を借りるということは、CPUの利用できるメモリが少なくなってしまう点もデメリットと言えます。

単体・分離GPU（dGPU / eGPU）

二つ目は単体のGPUです。いわゆる一般的にグラフィックボードやビデオカードと呼ばれるものに使われているのはこの単体GPUになります。上述の内蔵GPUと対照的に、CPUとは別に存在して稼働するのが特徴です。

単体のGPUのメリットは、内蔵GPUよりも性能が圧倒的に高い点です。これに尽きます。現状（2024年時点）では、最新の3Dゲームやデータ量の多い動画編集等を快適にしたいなら単体のGPUが推奨となります。

その性能差をゲームのベンチマークスコア（TimeSpy Graphics）を参考に比較してみます。2024年7月現在の内蔵GPUではトップレベルである、Core Ultra搭載の「Intel Arc Graphics（8コア）」のスコアは大体3,400くらいです。それに対し、グラボの中では比較的安価で、下位クラスに位置する4万円前後の人気グラボ（GPU）「GeForce RTX 4060」や「RX 7600」のスコアは10,600～10,900程度です。

最上位の内蔵GPUでも、下位クラスの主要グラボの3分の1のゲーム性能しかないというのが実情です。比較したグラボはゲーム用のものであるため、ゲーム以外ではここまでの差にはならないこともありますが、その性能差は少しというレベルではないです。そのため、重めのグラフィック処理をするならやはり単体のGPUが推奨されます。

ただし、2024年現在では、内蔵GPUの性能もかなり向上している点は注目しておきたいポイントです。まだ「上位の内蔵GPU」に限られるものの、フルHD以下に限れば重めの処理にも割と対応できるようになりました。

それに、単体GPUの性能の高さは魅力的ですが、デメリットもあります。主に、消費電力・発熱が多い、設置スペースが必要、高価などといったデメリットがあります。

価格については、ある程度将来性やコスパも意識するなら、安くても3～4万円程度からの選択になってしまいます。そのため、単体のGPUが搭載されているというだけでPCの価格は大幅に上昇してしまうのは大きな欠点です。それに加え、特にモバイルデバイスでは消費電力・発熱の増加も大きなデメリットです。

ここからは余談に近い形になりますが、上述のようなグラフィックボード・ビデオカードと呼ばれるものと別に、eGPUと呼ばれる、外付けHDDのような形で接続する利用できるタイプもあります。

主にノートPCで利用されており、基本的にはモバイル性能の高いPCとしての利用ながら、状況によって重いグラフィック処理もしたいという場合に活躍します。ただし、一見凄く便利に見えると思いますが、色々と条件が多い上に追加費用もかなり掛かってしまうので、正直使い勝手は良くはない印象です。

FAQ

GPUの用途や性能による可否などについてを、FAQ形式でざっくりとまとめています。

内蔵GPUではゲームは厳しい？

軽いゲームなら快適にできますし、最新の上位のものなら重いゲームも一応動きます。

もちろんモデルによりますが、今では内蔵GPUの性能も以前より格段に上がっているので、軽いゲームなら基本快適に動きますし、上位のものなら重めの3Dゲームも動かせるレベルになっています（FHDの低設定とかなら）。高いレベルを求めないなら不可能なことはかなり少なくなってきています。

ただし、やはりフレームレート（fps）は単体のGPUと比べると大幅に低く、滑らかな映像とはなりません。カジュアルに楽しみたいなら40fps～60fpsくらいでも普通にプレイはできるので問題ないですが、ゲームによってはfps方が高い方が有利だったり、没入感が高くて楽しめる場合もあるので、グラフィックのキレイなゲームを存分に楽しみたいなら素直に単体のGPUを搭載したゲーミングPCの方が良いと思います。

内蔵GPUで動画編集は厳しい？

FHDぐらいまでの解像度ならある程度出来ますが、それを超える画質となると厳しいです。

GPUにもよりますが、最新の上位のものなら、FHDくらいなら十分な性能だと思います。ただし、やはり4Kのような高解像度のものは厳しいですし、FHDでも動画時間が長いものを頻繁にやるようなら少し時間が勿体無いかもしれません。

高解像度の動画は、扱うデータ量が膨大となるためビデオメモリが重要ですが、内蔵GPUは基本的にCPUのメインメモリを借りて動作するため、単体のGPUよりも低速で容量の少ないメモリしか使えないために厳しいです。

グラボは重いゲームや動画編集をしないなら要らない？

2024年現在では基本「YES」です。

2024年現在では、以前より内蔵GPUの性能は格段に向上しているので、低性能なものでも動画鑑賞とか軽いゲームでは十分な性能があります。重いグラフィック処理をしないならグラボは必須ではありません。

単体のGPU（グラボ）は、主に3DのPCゲームやデータ量の多い画像・動画を扱う人などが必要とするもので、一般の人にとっては、上記以外の用途でグラボは活かせる場面は現状ほとんど無いので、上記のような作業が用途に含まれない場合は、グラボは基本的に必要ありません。

ただし、「グラボはゲームや動画編集等以外では役立つことはないか」ということであれば、今後の将来性も加味して考えると、一概にNOとは言えません。これは、「GPGPU」という、GPUを描画処理以外にも利用する技術があるためです。

そのため、予算に余裕があり、出来るだけ色んな用途で使える可能性を残しておきたいなら、今は必要なくてもグラボを搭載したPCを購入することは無駄ではありません。

ただしGPGPUは、2023年現在ではまだ使えるソフトは限定されているので、現状はそれ目的でわざわざ高価なPCを購入するほどの要素ではないとは思います。

その他の機能とかについて

GPUの通常の画像処理とはちょっと違う処理の一部について、参考までにざっくり触れています。

動画の再生支援（ハードウェアデコード）

YouTubeなどで動画を観る際に、その処理（デコード）をCPUのみで行うと、4Kなど高画質な動画だと負荷が大きくなります。その際にGPUが視聴する動画のコーデックに対してデコード機能を備えていれば、支援を受けることができてCPUの負荷を大幅に軽減することができます。

一応ざっくり仕組みを説明しておくと、動画を利用するには元のままだと容量が非常に大きいため、Web上で公開するなどして観て貰うためには圧縮することが必要となります。これをエンコード（符号化 / 暗号化）と呼びます。

エンコード（圧縮）された動画はそのままでは利用することが出来ないため、実際に視聴するにはそのデータを基に視聴できる動画にする必要があります。この作業をデコード（複合化）と呼びます。YouTube動画などを見る際に行う作業は主にこのデコードとなります。これをGPUに支援して貰えると助かるという感じです。

ただし、最新の高性能CPUならCPUデコードだけでも4K動画を視聴することは可能なので、別途GPUの支援が必須かというとそうではありません。とはいえ、処理中はCPU使用率は高くなってしまい、その他の作業にも影響が出てしまうため、使えたら便利という感じですね。

GPUによる動画の再生支援（ハードウェアデコード）は、ブラウザやGPUが動画のコーデックに対応したデコーターを備えている必要があります。細かい対応状況については割愛しますが、動画再生支援についてざっくりとまとめると下記のようになっています。

リアルタイムレイトレーシング

GPUによるリアルタイムレイトレーシングは、光の反射や屈折の全てをリアルタイムで計算し描写する技術です。これによって、現実を撮影した映像でなくても実写とほぼ区別のつかない映像の描写が可能となります。

リアルタイムレイトレーシングには専用のコアが必要となっています。対応がされ始めたのも最近で、2021年6月時点の主要GPUでは「NVIDIA RTX」「AMD Radeon RX 6000」シリーズくらいしか利用することが出来ないため、リアルタイムレイトレーシングを利用したいなら事前に確認しておきましょう。また、ゲーム側でも対応が必要となっている点にも注意です。ゲーム側の対応状況も確認する必要があります。

また、レイトレーシングは負荷が非常に大きく、通常の描画方法（ラスタライズ）と比べるとfpsが大幅に落ちてしまうため、競技性の高いゲームをする場合やfps数を重視したい場合には向いていない点も留意です。

アップスケーリング技術（DLSS、FSR等）

アップスケーリング技術とは、簡単に言うと「ある解像度の映像を描写したい場合に、より低い解像度の映像を描写し、それ基に高い解像度の映像へ変換することで負荷を大幅に軽減させること」です。このより高い解像度の画像へと変換することをアップスケーリングと呼びます。

アップスケーリング自体にも負荷は掛かるものの、4Kのような超解像度映像をネイティブで描写するよりは圧倒的に低負荷なため、負荷軽減に大きく貢献します。

ネイティブ映像と全く同じ画像とはならない点や、ハードウェアや各ソフトウェア（ゲーム）へ対応が必要になることなどの課題はありますが、特に滑らかさ（fps）を重視したい場合には非常に有用です。

アップスケーリングとは低解像度を高解像度に変換するという過程のみを決めた名称であるため、明確な処理の方法などが定義されていないため、複数の技術が乱立しているような状況です。

2023年現在ではNVIDIAの「DLSS」と、AMDの「FSR」が主となっています。

アップスケーリング技術について詳しいことが知りたい場合は下記の記事でまとめているため、気になる方は良ければご覧ください。

【DLSS / FSR など】主要なアップスケーリング技術まとめ【2024年6月更新】

生成AI

2024年現在では、AI方面でもGPUが活躍しているのも大きな注目点です。特に、処理量が膨大である画像系のAIではGPUによる処理が必須に近い形となっています。

まとめ

最後に、要点だけをざっくりとまとめています。

記事は以上で全てとなります。最後までご覧いただきありがとうございました。