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?

まずは、GPUとは何なのかという全般的なところから触れていきます。

画像処理に特化したプロセッサ

GPU(Graphics Processing Unit)は、PCの画像処理に特化した演算装置(プロセッサ)です。モニターに出力する映像の処理をするユニットです。PCの特に有名な演算装置はCPUですが、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。

GPUがないと画面に映像を出力する事が出来なくて操作が困難なため、実質GPUは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。

単純な処理の性能はCPUよりも高い

CPUが様々な処理に対応したいわゆる汎用プロセッサであるのに対し、GPUは画像処理に特化したプロセッサです。GPUはCPUほど複雑かつ様々な処理を単体で行うことは基本的に出来ないですが、その代わり画像処理に関してはCPUを遥かに凌駕する処理性能を持ちます。

たとえば、動画のエンコード作業を例とした場合、CPUでする場合(ソフトウェアエンコード)では20分以上の時間が掛かるものでも、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では進んでいます。

GPGPU

画像処理に特化しているGPUを画像以外の処理にも応用する技術。GPUは、CPUより複雑な処理が苦手な代わりに、単純な処理能力ではCPUを遥かに上回るものを持っているため、この技術が実用的になれば非常に有益。

GPUの種類

GPUの種類についてざっくり解説していきます。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のGPU(dGPU)になります。

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。以前は、チップセット(マザーボード)という部分などに組み込まれる事も多かったですが、現在ではあまり見掛けなくなりました。上述のように、PCにとってGPUは実質必須のものですが、内蔵GPUがあれば別途GPUを用意しなくてもPCで映像出力をする事が可能です。

また余談ですが、iGPUというのは「」

良い点

  • 消費電力・発熱が少ない(単体のGPUと比較して)
  • 設置スペースが要らない
  • 別途GPUを用意する費用が要らない
  • さまざまな用途に最適化

悪い点

  • 性能が非常に低い(単体のGPUと比較して)
  • ビデオメモリがCPUと共有(例外あり)

後述する単体のGPUと比べ、この内蔵GPUのメリットは、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大きなメリットです。

ただし、大きなデメリットとして、単体のGPUより性能が非常に低いということがあります。重いゲームやデータ量の多い画像や動画処理をしないなら十分といえるくらいの性能はありますが、基本的にはとりあえず使える用程度の性能しか持ち合わせていないと思った方が良いです。

また、内蔵GPUは基本的にCPUのメインメモリの一部を借りて動作します。PCのメインメモリーは単体のGPUに搭載されるビデメモリ(VRAM)よりも基本的に低速なので、性能的に制限となってしまいますし、僅かながらCPUの利用できるメモリ領域が狭まってしまう点もデメリットです(数は少ないですが、例外として内蔵GPUでも専用のVARMを搭載しているものもありますが)。

内蔵GPUの性能はなぜ低い?
  1. 利用出来るスペースが少ない
    利用できるスペースが少ないため、搭載できるユニット数なども単体のGPUと比べて少なくなってしまいます。
  2. メモリはCPUのメインメモリを借りる
    内蔵GPUは基本的にCPUが利用するメインメモリの一部を借りて動作します。PCのメインメモリーは単体のGPUに搭載されるビデメモリ(VRAM)よりも基本的に低速のため、性能的な制限となります。専用のメモリを搭載するにはスペースやコストの面で難しいので仕方ないですが、これも性能の足枷となっています。

単体のGPU(dGPU / eGPU)

二つ目は単体のGPUです。上述の内蔵GPUと対照的に、CPUとは別に存在して稼働するGPUです。また、単体のGPUにはdGPUeGPUがありますが、一般的にはグラフィックボードやビデオカードに搭載して使われるdGPUがほとんどになります。どちらも元のGPU自体は基本同じで、PCの内部に入れるか、外付けHDDのように外に置いて使うかという違いになっています。後でもう少し詳しく触れています。

良い点

  • 内蔵GPUより性能が圧倒的に高い

悪い点

  • 消費電力・発熱が多い
  • 高価(主要製品が1万円~15万円ぐらい)
  • 設置スペースが必要

単体のGPUのメリットは、やはり内蔵GPUよりも性能が圧倒的に高い点です。現状(2021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がほぼ必須となります。

ただし、性能の高さと引き換えに、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。特に、性能にもよりますが価格は非常に高価なため、単体のGPUが搭載されているか否かで搭載PCの価格が大幅に変化します。

どのくらい高価?

単体GPUを搭載したグラボの価格は非常に高価で、PCパーツの中でも特に高いです。仮に2021年6月現在、最新の3Dゲームをそれなりに快適にプレイできるデータ量の多い動画編集をそれなりに快適にできるという条件付きで選んだら、安くても2万円程度以上(希望小売価格)のものが必要となります。

少しでも性能の高いものが欲しいということで、ハイエンドクラス(トップクラスの性能帯)のものを検討する場合には、個人向けのものでも10万円を超えるものすら存在します。

また、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(後述の補足参照)。主にノートPCで利用されています。ただ、一見凄く便利に見えると思いますが、条件が非常に多い上に追加費用も結構掛かってしまうので、正直使い勝手は良くはないです。

補足:搭載場所による違い「dGPUとeGPU」
  • dGPU:PC内部に搭載
    dGPUはPC内部にパーツを設置するタイプのGPUです。単体のGPUはほとんどがこのdGPUとして使用されています。dGPUはディスクリートGPUの略称で、直訳だと「分離GPU」という感じになります。
  • eGPU:外付けGPU
    eGPUは外付けHDDのように、必要な時だけ接続するような形のGPUです。グラフィックボードをeGPUボックスなどと呼ばれるものに搭載して利用します。PC自体をいじる事なく高性能なGPUを利用出来るのがメリットです。ただし、通常のグラフィックボードは普通に用意しなければならない上、加えてeGPUボックスを用意する必要があるので、費用が嵩みます。また、Thunderbolt等の高速な接続規格も必要になり、PCおよび接続するケーブル等も同規格に対応していけません。ここでも追加の費用が多少必要になる可能性も高いです。このように、eGPUは費用も掛かる上に条件も多いので、使い勝手は正直悪いです。有用なのは、頻繁に持ち運ぶため軽量なノートPCでないといけないけど、たまに高性能なGPUも必要となる、みたいな場合に限られると思います。また、eGPUはエクスターナル(external)GPUの略称で、直訳すると「外部GPU」という感じになります。

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。

内蔵GPUでも、軽いゲームなら基本快適に動きます。また、最近は内蔵GPUの性能が格段に向上しているため、上位のものなら重めのゲームも一応動きはします(FHDの低設定とかなら)。fpsは大して出ないため極めたいならおすすめはしませんが、プレイ出来れば良いという程度なら不可能ではなくなってきています。


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、それ以上の画質となると厳しいです。

GPUにもよりますが、FHD程度ぐらいまでの解像度ならある程度可能です。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、4Kのような高解像度のものは厳しいです。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。最新の上位CPUなら出来なくはないと思いますが、処理時間が長すぎて快適とは到底言えないレベルになってしまうと思います。


グラボはデータ量の多い動画・画像編集やゲームをしないなら要らない?

2021年現在では基本「YES」です。

GPUにとって低負荷な事しかしないのであれば内蔵GPUの性能でも十分です。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す。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。

GPGPU

画像処理に特化しているGPUを画像以外の処理にも応用する技術。GPUはCPUより複雑な処理が苦手な代わりに、単純な処理能力ではCPUを遥かに上回るものを持っているため、この技術が実用的になれば非常に有益です。

ただしGPGPUは、2021年現在ではまだ発展段階の技術です。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。

動画のコーデックに
GPUがデコードに対応
動画のコーデックが
GPUがデコードに対応
4K等の超高画質動画 快適 かなり重い(CPUデコード)
高性能CPUなら観れるけど、低性能なCPUだと厳しい
FHD程度の動画 快適 そこそこ快適(CPUデコード)
低性能CPUだと少し重い

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。

AIによるアップスケーリング技術(DLSS等)

DLSS(ディープラーニングスーパーサンプリング)は、NVIDIA製GPU(RTXシリーズ)で利用できるAIの深層学習を利用したアップスケーリング技術です。細かい仕組みは割愛しますが、簡単にいうと、「実際に表示させる解像度よりも低い解像度でレンダリングして負荷を軽減するけど、AIによって高い解像度と低い解像度を比較学習することによって、実際に表示させる映像には低い解像度でレンダリングした影響をほとんど残さずにキレイな映像にする」みたいな感じです。

これによって、利用するGPUにとっては荷が重い解像度であっても高いfpsで描写させることが出来たり、1080p映像を基に4Kクラスの超高画質な描写を可能にしたりすることが期待できるという夢のような技術です。

レイトレーシングと同じく専用のコアが必要となっており、2021年6月時点ではNVIDIAのRTXシリーズで利用できます。AMDでも類似機能を開発しているようですが、まだ同等レベルのものは出来ていないっぽいです。

まとめ

最後に、要点だけをざっくりとまとめています。

GPUの要点まとめ
  • GPUは画像処理に特化したプロセッサ
    GPUは画像処理に特化したプロセッサです。CPUの画像版と思うと分かり易いかも。
  • 内蔵GPUは性能は低いけど、汎用性は高い
    内蔵GPUの性能は単体GPUより遥かに低く、3Dゲーム等をするにはちょっと厳しいです。とはいえ内蔵GPUでも、3Dゲームや高度な画像編集をせずに、少し画質の良い動画を観るくらいだったら十分な性能はあります。それに、内蔵GPUは様々な用途に対応できるように最適化されているため、汎用性は高いです。
  • 単体のGPU(グラボ)は性能が高いけど、高価で消費電力が多い
    グラボは内蔵GPUより遥かに性能が高いです。最新の3Dゲームやデータ量の多い画像・動画編集等をしたいならほぼ必須です。ただし、発熱と消費電力は非常に多いため、電源や冷却にも気を使う必要があります。また、設置スペースも必要となります。
  • GPUを画像以外の処理に応用する技術もある(まだ発展段階)
    GPUでは、GPGPUという画像以外の処理に応用する技術もあります。単純な計算能力でいえばGPUはCPUを遥かに上回るので、一般に実用化できれば非常に有益です。ただし、まだ発展段階です。

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。

5 COMMENTS

T.toshi

非常にタイムリーな記事ありがとうございます。勉強になりました!

質問よろしいでしょうか?
使用PC Dell optiplex7010
CPU i5 3470
メモリー 8G
GPU NVIDIA GeForce GT 710

モニター 
43インチ4k
24インチ 2枚使用しています。

内蔵GPUを24インチ2枚
GT710を43インチ4kに使用しています。

4kモニターに為替チャートソフト(MT4)+ブラウザー(トレーディングビュー)を立ち上げて使用しているのですが、動作が重くなります。
理想としては
24ー1にもう一つMT4orブラウザー
24ー2にpubgライトくらいのゲームorブラウザーで使用したいです。

この場合GPUをGTX1650LPに変えれば動作は快適になりますでしょうか?
それともCPUの問題でしょうか?
何かアドバイスあればよろしくお願いします。

長々とすみません。

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とねりん:管理人

コメントありがとうございます。

性能関連の話は後述するとして、記載のPCのまま使うなら、GTX 1650はGT710よりもTDP(消費電力の目安の指標)が大幅にアップしますので(19W→75W)、電源容量的に止めて置いた方が賢明かと思います。Dell optiplex7010は複数モデルがあるようで、どれをお使いかはわからないですが、電源容量はおおよそ250W前後っぽいので、GPUに使える猶予はざっと30W~40Wくらいだと思います。

4K出力モニターの動作が重いのは、恐らくGT710の性能不足によるものです。GT710は古い低性能GPUなので、4K出力は荷が重いと思います。
モニター一台での4K出力(60p)に関して言えば、GT710からGTX1650にしたら描写は快適になると思いますが、多数のアプリケーション起動を前提とした上で、一つはそこそこ重めのもの(PUBGライト等の軽めのゲーム)があっても快適度を保つ、という意味なら、Core i5-3470の処理性能が不足かもしれません。
また、Core i5-3470だと、恐らくボトルネックになってしまって、GTX 1650の性能を最大限発揮できないと思います。更に、お使いのPCではマザーボードが古く、恐らく対応PCI Expressの規格が古く(恐らく2.0)、GTX 1650対応のPCI Express 3.0より帯域幅が狭いと思うので、その面でも多少パフォーマンスが低下する可能性があります。高負荷なグラフィック処理を視野に入れたときに、思ったよりパフォーマンスが出ない可能性があります。

軽いゲーム等をしながらも快適度を保ちたいというなら、新たにPCを丸ごと購入するのが無難だと思います。

軽めの作業のみで4K出力の快適度を上げたいという意味だけなら、GT 1030が多分一番安上がりかつ電源容量的にもギリギリセーフだと思います。ただ、GT1030も高性能とは言えないGPUです。4K出力をしながら、軽めとはいえゲームをするというのは…やってみないとわからないですが、快適かはちょっと怪しいかもしれません。

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T.toshi

非常に勉強になりました!ありがとうございます。
聞いてよかったぁぁぁ

素直にPC丸ごと購入を検討します!
本当にありがとうございました。

ち、ちなみにどの程度のPCを購入すればよろしいでしょうか?
厚かましくてすみません、、、、

返信する
とねりん:管理人

寝てしまって遅くなりました。申し訳ありません。
そんなにかしこまらなくて大丈夫ですよ笑。私で良ければ気軽に聞いてくださいませ。
ただ、正直デイトレPCについては大して詳しくないのと、予算を聞かないと何とも言えないので、参考までに聞いてください。

多分そこまでヘビーな用途ではなさそうなので、
CPUは、第8世代以降のCore i5か第3世代のRyzen 5以上、GPUは、GTX 1650以上あたりで用途は十分満たせると思います。
安く済ませたいなら、「Core i5-9400(F) or Ryzen 5 3500/3600 + GTX 1650 ~ GTX 1660 SUPER」あたりが人気の構成だと思います。
ちなみに、Intelの末尾Fモデルやデスクトップ向けRyzen(末尾G以外)は内蔵GPUが利用できないので、内蔵GPUによる画面出力はできないので注意です。
ただ、最近のミドルレンジ以上のグラボは3画面出力くらいまでは大体対応しているので(要確認)、4画面以上を使う気が無いなら、内蔵GPUは無くても特に困る事は無いと思います。

また、多数のアプリケーションを同時起動する前提という事を考慮すると、さほど重い事をしないとしてもメモリーは16GB以上はあった方が良いと思います。

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